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几家主流智能汽车的架构设计概念技术分析及评价

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摘要:本文对几家主流智能汽车的架构设计概念进行了技术分析,并对几种智能汽车的架构设计概念进行了评价。

一、智能汽车电子架构研究现状

传统分布式汽车电子电气架构的设计 思想为硬件定义规格,硬件架构采用CAN总线网络和分布式功能单元,单功能单控制器,软硬件不能解耦,专用传感,专用控制器,专用算法。传统汽车电子电气架构面对汽车“四化”的挑战和需求难以支撑,汽车行业主要企业都给出了自己的解决方案,对未来智能汽车的电子电气架构进行了思考,提出了新型的汽车电子电气架构概念。

1,博世

博世作为整车Tire1供应商的重要代 表,提出了未来智能汽车电子电气架构的 演进方向(图 1)。从整个演进过程分为6个阶段:分布式功能模块、功能模块合并、多域控制器架构、功能域逐渐融合阶段、域融合终极阶段汽车大脑,最后远景云端计算阶段。博世汽车电子电器架构的演进概念清晰指明了未来汽车电子电气架构算力会逐渐集中化,最终会发展到云端计算。当前架构主流处于功能模块合并阶段,正在朝多域控制器架构方向发展。

图1 博世汽车电子电气架构演进路线图

2,联合电子

联合汽车电子有限公司面向未来智能汽车,设计开发了扩展型域控制器平台, 将于2020年实现量产。联合电子设想未来汽车电子电气架构分为三层(如图2),顶层为云服务平台,中层为计算与控制,下层标准化的执行器和传感器。中层计算与控制包括五个功能域的主控和以太网主干网、车载无线通讯共七个架构主要构成元素。联合电子面向未来智能汽车的架构思路为集中式域控制器架构。

图2 联合电子未来汽车电子电气架构

3,安波福

安波福提出了智能汽车架构的概念以适应自动驾驶的需求。针对未来的智能汽车电子电气架构,安波福提出了“大脑”与“神经”结合的方案(如图3)。其主要由三个部分组成,一是中央计算集群, 二是标准电源和数据主干网络,三是电源数据中心。安波福的智能汽车架构关注三大特性,一个是灵活性,二个是生命周期内持续更新性,三是系统架构相对容错性和健壮性。

图3 安波福智能汽车架构

4,丰田

丰田面对智能网联的新需求,丰田汽车设计了基于中央+地方(Central & Zone Concept)概念的电子架构(如图4),主要包括三部分:汽车大脑或中控ECUs负责计算和信息处理;跨区域通讯网络以车载以太网为主干网提供高带宽通讯能力;跨区域控制器作为某区域的输入输出主控单元,构建汽车中央计算单元的神经网络。

图4 丰田中央/地方概念的电子架构

5,特斯拉

特斯拉最大的特点了是实现了“软件定义汽车”,汽车向移动的智能终端进化。公开消息了解,特斯拉 Model 3的电子电气架构只有三大域:中央计算模块(CCM)、左车身控制模块(BCM LH)和右车身控制模块(BCM RH)。其中中央计算模块(CCM) 整合了信息娱乐系统(IVI)、辅助驾驶系统 (ADAS/Autopilot)和车内外通信三部分。特斯拉的电子架构通过中央计算模块 (CCM) 对不同的区域控制单元及其部件进行统一管理,对传统汽车电子架构进行了全方位的创新,实现了“软件定义汽车”,加快了汽车产品迭代速度。该架构的好处显而易见:算力集中化、服务附加值提升、内部拓扑结构简化。

6,华为

世界智能网联汽车大会上(2019),华 为轮值董事长徐直军再次解读了华为汽车业 务,也再次解读了华为面向未来汽车的“计算+通讯”CC 架构(如图5)。华为提出的CC架构采用分布式网络+域控制器的架构,将车辆分为三大部分:驾驶、座舱和整车控制,并推出了三大平台:MDC智能驾驶平台、 CDC智能座舱平台和VDC整车控制平台。该架构可做到软件可升级、硬件可更换、传感器可拓展。

图5 华为L4级的自动驾驶汽车架构

分析以上6家智能汽车电子电气架构,可以分类为3种:博世和联合电子为基于功能域控制器的集中化架构;丰田和特斯拉为基于区域控制器和中央计算的架构;安波福和华为基于环形主干网和多计算中心的架构。

二、智能汽车电子架构分析

对智能汽车进行需求定义是架构开发的第一步,为了科学合理的进行架构设计,需从客户需求、发展趋势、目标市场、法规需求等方面收集并分析。从几方面分析未来智 能汽车电子架构基本需求包括高计算性能、 高通讯带宽、高功能安全性、高网络安全性、 软件持续升级更新能力等。站在整车厂角度, 还需具备有效的变形管理,实现相同架构平台下车型谱系间硬件配置灵活多样,具有很好的沿用性和平台公用性。以CAN总线网络为基础的架构已支撑汽车电子架构平台10年的功能需求,汽车网络为了适应智能汽车的发展需要正面临着技术的革新(表1)。 

表1 智能汽车电子架构的主要需求汇总表

有效的电子电气架构开发评估体系是确保架构开发更加科学合理的重要手段。对于架构的评估,一般从三个大的层面分析:首 先架构能否满足用户使用需求及未来可能的需求变化;其次架构能否实现车型开发成本最优;再次是兼顾用户需求、开发成本最优的同时,能否满足汽车本身性能配置。

本文从以下7个方面评估了上述几种面向智能汽车的电子架构(表2)。

表2 智能汽车电子电气架构评估表

随着汽车科技的进步,围绕“四化”的需求越来越多,智能汽车电子架构将发生变革。面向未来智能汽车的基于功能域控制器 集中化的架构、基于区域控制器和中央计算的架构和基于环形主干网和多域计算架构的方案都是可行方案。满足L2/L3等级高级驾 驶辅助功能需求的集中化域的电子电气架构将成为主流解决方案。在面向更高自动驾驶等级时,基于环形主干网和多计算中心架构方案与其它两种方案相比,在网络安全,冗余备份等方面更具优势,在技术上也更具有挑战性。

来源:智驾最前沿

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