汽車電子電氣架構(gòu)簡(jiǎn)介

什么是電子電氣架構(gòu)？電子電氣架構(gòu)包含了車上所有的硬件、軟件、傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電子電氣分配系統(tǒng)，電子電氣架構(gòu)是通過(guò)系統(tǒng)集成化的工具把這所有的內(nèi)容整合到一起，它包含了最軟件設(shè)施、硬件設(shè)施和高效的動(dòng)力和信號(hào)分配系統(tǒng)三個(gè)基礎(chǔ)的要素，在軟件設(shè)施和硬件設(shè)施具備基礎(chǔ)上還要一套高效的動(dòng)力和信號(hào)分配系統(tǒng)把這些軟件和硬件有機(jī)地結(jié)合到一起。電子電氣架構(gòu)（EEA）涉及電子與電氣兩部分，它是在成本、重量、可靠性等一定約束條件下，能最優(yōu)實(shí)現(xiàn)整車電子與電氣需求的技術(shù)方案。電子電氣架構(gòu)是整車電子電氣開發(fā)的主體框架，為具體的整車項(xiàng)目中的模塊開發(fā)提供整車實(shí)現(xiàn)方案與規(guī)范指導(dǎo)，需具備前瞻性，平臺(tái)化，可拓展性等特點(diǎn)。

總結(jié)來(lái)說(shuō)，電氣架構(gòu)是整車電氣系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，它包括功能，系統(tǒng)，組成系統(tǒng)的零件，零件與零件之間的相互關(guān)系，零件與環(huán)境之間的關(guān)系，以及指導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和演化的原理。

下圖電子電氣架構(gòu)視圖。

EEA的主要支撐技術(shù)

1. 車載以太網(wǎng)：在車載以太網(wǎng)概念出現(xiàn)之前，我們知道汽車內(nèi)已經(jīng)有不同的總線標(biāo)準(zhǔn)在應(yīng)用，包括CAN、LIN、FlexRay、MOST等；那為什么還需要車載以太網(wǎng)呢？主要還是因?yàn)檐囕d以太網(wǎng)在面向未來(lái)應(yīng)用的低成本、高帶寬、低延遲等特性。
2. 仿真技術(shù)：依賴于V流程，有整車級(jí)、系統(tǒng)級(jí)、軟硬件等多種層級(jí)的仿真，針對(duì)于具體應(yīng)用包括新能源、智能駕駛等領(lǐng)域的仿真，主要優(yōu)點(diǎn)是可以縮短產(chǎn)品開發(fā)流程、降低開發(fā)成本。

3. 信息安全：在EEA中，當(dāng)車與外界互聯(lián)時(shí)，涉及到信息安全。在第一、二代EEA中，廣播收音系統(tǒng)、胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、汽車安全門禁系統(tǒng)等都涉及到信息安全；未來(lái)EEA中，面向5G的LTE V2X，基于以太網(wǎng)的DOIP等與外界頻繁交互的功能及相關(guān)產(chǎn)品需要考慮信息安全。

4. 功能安全：現(xiàn)在講功能安全的車廠和零部件公司很多，但始終不要忘記，功能安全是正向開發(fā)的，一個(gè)優(yōu)秀的EEA，會(huì)將功能安全需求合理的分配給相應(yīng)的零部件。

5. 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)：根據(jù)EEA要求，設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、點(diǎn)與點(diǎn)的通信方式、傳輸速率等。
6. 診斷設(shè)計(jì)：根據(jù)EEA要求，參考相關(guān)診斷標(biāo)準(zhǔn)，完成ECU級(jí)別的診斷設(shè)計(jì)。

7. 電氣設(shè)計(jì)：主要指線束設(shè)計(jì)，作為汽車內(nèi)部的神經(jīng)血管，未來(lái)EEA中對(duì)于線束設(shè)計(jì)的要求方向是：輕量化、縮短整車線束長(zhǎng)度；電氣設(shè)計(jì)還包括整車的電源分配、EMC設(shè)計(jì)等。8. 硬件設(shè)計(jì)：EEA，需要通過(guò)硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)落地。未來(lái)架構(gòu)中，域控制器/中央計(jì)算平臺(tái)會(huì)隨著MCU/MPU的性能提升而不斷提升，而每個(gè)域下的傳感器和執(zhí)行器會(huì)逐步走向標(biāo)準(zhǔn)化。9. 基礎(chǔ)軟件設(shè)計(jì)：每個(gè)ECU的基礎(chǔ)軟件會(huì)走向標(biāo)準(zhǔn)化，即滿足Classic AUTOSAR和Adaptive AUTOSAR。

10. 應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)：基于模型的應(yīng)用層軟件開發(fā)將會(huì)是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，而未來(lái)的EEA將是基于服務(wù)的，類似于手機(jī)APP,可實(shí)現(xiàn)軟硬分離，車廠可以根據(jù)用戶的需求快速開發(fā)應(yīng)用軟件。

為什么要做電子電氣架構(gòu)（EEA）？

EEA是整車層面電子電氣相關(guān)需求的繼承及擴(kuò)展，確保工程開發(fā)滿足整車層面的需求；

前期好的EEA規(guī)劃，能夠?qū)崿F(xiàn)降低成本，增強(qiáng)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力；

EEA會(huì)前期定義好軟硬件接口，從而避免在系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程中出現(xiàn)系統(tǒng)之間不匹配的問(wèn)題；

EEA能夠是實(shí)現(xiàn)平臺(tái)化、模塊化的基礎(chǔ)，保證技術(shù)方案的一致性，避免重復(fù)的開發(fā)及驗(yàn)證，縮短開發(fā)周期，降低成本。

EEA的發(fā)展趨勢(shì)

目前市場(chǎng)上一些廠家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)域控制器的量產(chǎn)，一些廠家還是用的分布式架構(gòu)。現(xiàn)在的電子電氣架構(gòu)不僅要滿足車輛本身的功能和車輛本身的服務(wù)，還要延伸到云端，實(shí)現(xiàn)車跟車之間的互聯(lián)、車跟交通設(shè)施之間的互聯(lián)、車跟人之間的互聯(lián)，這些都將通過(guò)電子電氣架構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以將來(lái)的電子電氣架構(gòu)是互聯(lián)的電子電氣架構(gòu)。

隨著智能化汽車的發(fā)展和新能源汽車的發(fā)展對(duì)電子電氣架構(gòu)的要求會(huì)越來(lái)越高，隨著用戶體驗(yàn)系統(tǒng)、娛樂(lè)系統(tǒng)、互動(dòng)系統(tǒng)和主動(dòng)安全功能的不斷完善，導(dǎo)致目前的電子電氣架構(gòu)已經(jīng)無(wú)法滿足這些需求，現(xiàn)在的電子電氣架構(gòu)已經(jīng)沒(méi)有足夠的空間和相應(yīng)的成本增加，并且在物理安裝上也有很大的困難。如果在想繼續(xù)滿足自動(dòng)駕駛和新能源汽車的相應(yīng)功能，現(xiàn)在的架構(gòu)已經(jīng)超過(guò)負(fù)載，目前的架構(gòu)需要更新。隨著智能車輛的普及，汽車會(huì) 采用集中計(jì)算架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)集中計(jì)算，區(qū)域連接。后續(xù)繼續(xù)發(fā)展可能會(huì)將部分內(nèi)容放至云端。

汽車電信通信速率朝著高速化方向發(fā)展，而且越來(lái)越注重安全。電氣化、網(wǎng)聯(lián)化的推進(jìn)也使功能安全、信息安全的問(wèn)題越來(lái)越凸顯。安全的問(wèn)題也在汽車開發(fā)過(guò)程中越來(lái)越受到重視。

未來(lái)的電子電氣架構(gòu)應(yīng)該具備四個(gè)特點(diǎn)：第一，要易擴(kuò)展，第二要高性能，第三要一體化，第四要強(qiáng)安全。

易擴(kuò)展就是電子電氣系統(tǒng)要很方便的增加、減少，按照功能的需求進(jìn)行增減。第二高性能，不管我們?cè)谟?jì)算力還是通訊方面都需要有高性能的基礎(chǔ)。第三一體化，車和云是一體化的考慮，以后車不再是單獨(dú)獨(dú)立的個(gè)體，是云端互聯(lián)和旁邊的車一起形成有機(jī)的整體。第四是強(qiáng)安全，這是車從誕生以來(lái)就著重強(qiáng)調(diào)的，但是在智能網(wǎng)聯(lián)的時(shí)代安全性就更加重要。

第二方面是軟件，我們未來(lái)的架構(gòu)需要開放標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)軟件平臺(tái)，我們要從以前單個(gè)系統(tǒng)的縱向軟件開發(fā)轉(zhuǎn)向到橫向分層的結(jié)構(gòu)開發(fā)。面向服務(wù)架構(gòu)的設(shè)計(jì)，要成為我們未來(lái)電子電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)主流的思想，統(tǒng)一協(xié)調(diào)車內(nèi)的資源，讓車內(nèi)的資源能夠快速、有效的進(jìn)行重新組合，形成新的功能。

第三方面是軟硬分離對(duì)架構(gòu)開發(fā)模式帶來(lái)的變化。我們以前傳統(tǒng)交鑰匙的，整車廠、供應(yīng)商、用戶的關(guān)系很難維系，整車廠、供應(yīng)商、用戶要形成新的開發(fā)模式。我們合作模式來(lái)講，以前整車廠提需求，供應(yīng)商軟件做好交到整車廠，整車廠組裝測(cè)試，要變?yōu)檎噺S更多的涉及到底層軟件，包括硬件軟件的開發(fā)。第二個(gè)改變思維要從以前和消費(fèi)者之間一錘子的買賣，售出車輛之后不再進(jìn)行優(yōu)化的模式，變成全生命周期的迭代，就是從我們?cè)O(shè)計(jì)開始那一天到用戶拋棄這輛車，這輛車報(bào)廢的那一天，整個(gè)的生命周期要形成新的開發(fā)模式。第三是車云的協(xié)同開發(fā)，以后車的功能開發(fā)部再僅僅局限于車端，和云端一體化，以及云端快速的迭代、監(jiān)測(cè)，一些控制，將會(huì)成為車功能開發(fā)新的特點(diǎn)。第四個(gè)要和用戶一起，把用戶介入進(jìn)來(lái)，以后我們整車上的功能不僅僅是整車廠的想法，用戶的想法要加入進(jìn)來(lái)，要迭代到整個(gè)的開發(fā)流程當(dāng)中去，讓用戶也成為開發(fā)的一個(gè)部分，讓每個(gè)用戶都有屬于自己的一輛車，成為新的一個(gè)特性。

EEA應(yīng)該怎么做？

1. 架構(gòu)設(shè)計(jì)：明確開發(fā)目標(biāo)

對(duì)于城市規(guī)劃師來(lái)說(shuō)，他們的設(shè)計(jì)對(duì)象并不是某一個(gè)街區(qū)或某個(gè)建筑，而是整個(gè)城市，他們要對(duì)整個(gè)城市的設(shè)計(jì)質(zhì)量負(fù)責(zé)。如果我們?nèi)绻哑嚿厦總€(gè)控制器甚至電子部件都想象成城市中的一個(gè)特定功能區(qū)域，那么電子電氣系統(tǒng)的架構(gòu)師做的就是規(guī)劃整個(gè)的E/E系統(tǒng)，并對(duì)E/E系統(tǒng)的設(shè)計(jì)質(zhì)量負(fù)責(zé)。

架構(gòu)師首先要確定E/E系統(tǒng)（整個(gè)城市）的主要功能和性能，然后根據(jù)確定的功能與性能的目標(biāo)來(lái)規(guī)劃整車的拓?fù)洌ǔ鞘械慕謪^(qū)）：確定有多少個(gè)主要的控制器、每個(gè)控制器的基本功能和相互的連接方式、車輛的主要通信網(wǎng)絡(luò)的形式（CAN或者以太網(wǎng)或其它）等，并要設(shè)計(jì)整車的電源方案等。

因?yàn)镋/E系統(tǒng)在車上并不是一個(gè)孤立的系統(tǒng)，它要與車輛本身的物理架構(gòu)充分的融合，并與車輛的外部世界也有著密切的聯(lián)系，所以，在進(jìn)行E/E系統(tǒng)的規(guī)劃時(shí)，他們還要考慮車輛本體的很多具體限制與能力，就如同城市規(guī)劃師需要考慮城市的地形、氣候以及與其它城市之間的關(guān)聯(lián)性一樣。每個(gè)控制器在車上的大致布置位置、質(zhì)量要求、性能要求等也是需要在架構(gòu)設(shè)計(jì)階段需要考慮并確定的。

上述的各種架構(gòu)設(shè)計(jì)階段所確定的各種詳細(xì)信息最終會(huì)以各種原則、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)或者需求等形式輸出給相關(guān)方，他們會(huì)根據(jù)得到的需求來(lái)進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)，然后再交給最終承擔(dān)具體實(shí)現(xiàn)任務(wù)的各個(gè)供應(yīng)商進(jìn)行部件的開發(fā)。

2 .系統(tǒng)開發(fā)：細(xì)化具體策略

對(duì)于一個(gè)城市來(lái)說(shuō)，每個(gè)街區(qū)的功能都是不同的，比如說(shuō)可以分為商業(yè)區(qū)、居住區(qū)、工業(yè)區(qū)等等。因?yàn)槊總€(gè)街區(qū)的功能不同，所以它們的設(shè)計(jì)要求也不同。例如：居住區(qū)要能夠容納100萬(wàn)人，并有各種便利的生活設(shè)施，而工業(yè)區(qū)要能夠支持多個(gè)大型的工業(yè)項(xiàng)目的生產(chǎn)、物流等要求。當(dāng)某一個(gè)街區(qū)的設(shè)計(jì)要求由城市規(guī)劃師確定之后，一般會(huì)有專門的人員進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)。例如：負(fù)責(zé)居住區(qū)的設(shè)計(jì)師把城市規(guī)劃師的要求可以細(xì)化為：1000棟高20層的樓、有3所小學(xué)、兩座醫(yī)院等等，并詳細(xì)的在圖紙上列出它們的位置和邊界，并對(duì)區(qū)內(nèi)的交通網(wǎng)絡(luò)、通信、電力網(wǎng)絡(luò)等進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)，并給出具體的要求。這個(gè)過(guò)程可以類比為E/E系統(tǒng)中的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

車上的E/E系統(tǒng)也會(huì)被分為多個(gè)域或者子系統(tǒng)，每個(gè)域或者子系統(tǒng)的功能與技術(shù)要求都是不同的，比如：底盤控制、儀表顯示、電池管理等。所以一般都會(huì)由來(lái)自專業(yè)領(lǐng)域的系統(tǒng)工程師來(lái)負(fù)責(zé)進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)。他們會(huì)像街區(qū)的設(shè)計(jì)師一樣，根據(jù)架構(gòu)設(shè)計(jì)的要求對(duì)自己所負(fù)責(zé)的領(lǐng)域進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)。燈光控制的系統(tǒng)工程師會(huì)根據(jù)車輛的配置和功能需求來(lái)設(shè)計(jì)燈光系統(tǒng)的詳細(xì)邏輯以及具體的信號(hào)交互、硬件驅(qū)動(dòng)的參數(shù)要求，并且給出對(duì)每個(gè)相關(guān)部件的詳細(xì)要求，從而讓各個(gè)部件的工程師能夠完成對(duì)部件的詳細(xì)設(shè)計(jì)。

3. 零部件設(shè)計(jì)：詳細(xì)設(shè)計(jì)不同的域、零部件

當(dāng)街區(qū)的設(shè)計(jì)完成之后，接下來(lái)要做的就是每棟建筑的詳細(xì)設(shè)計(jì)，建筑的設(shè)計(jì)者發(fā)布的圖紙中規(guī)定了房屋的主要結(jié)構(gòu)、所在位置與周邊環(huán)境的相互關(guān)系，以及屋中各種組件的位置與相互之間結(jié)合的關(guān)系，比如磚混結(jié)構(gòu)、房屋的具體位置和朝向、臥室與客廳的相對(duì)位置與尺寸、馬桶在衛(wèi)生間中的位置等，還會(huì)對(duì)各種建筑材料的選取原則給出具體的標(biāo)準(zhǔn)，比如水泥的標(biāo)號(hào)，鋼筋的型號(hào)，各種電線的等級(jí)要求等等。

零部件工程師完成的也是類似的工作，他們會(huì)和供應(yīng)商進(jìn)行深入合作，在滿足系統(tǒng)工程師給出的具體要求的前提下，進(jìn)一步詳細(xì)的設(shè)計(jì)每一個(gè)具體的零部件，完成諸如硬件、軟件邏輯的詳細(xì)設(shè)計(jì)、整個(gè)零部件的外觀尺寸、可靠性和EMC標(biāo)準(zhǔn)等，并要確保供應(yīng)商的產(chǎn)線能夠保質(zhì)保量的穩(wěn)定生產(chǎn)，隨時(shí)解答供應(yīng)商的各種問(wèn)題，并將其中的部分問(wèn)題反饋給系統(tǒng)工程師乃至架構(gòu)師，讓他們決定是否要更改原來(lái)的設(shè)計(jì)。

4 供應(yīng)商開發(fā)：系統(tǒng)的搭建及實(shí)現(xiàn)

在各種設(shè)計(jì)需求最終到達(dá)供應(yīng)商的時(shí)候，供應(yīng)商就要開始具體的實(shí)施工作了。

在建筑行業(yè)，施工單位拿到具體的圖紙之后，將組織施工隊(duì)伍進(jìn)行具體的建造工作，并最終在驗(yàn)收完成后結(jié)束一切具體的工作。而汽車行業(yè)的供應(yīng)商則有所不同，他們將在設(shè)計(jì)驗(yàn)收之后開始大規(guī)模的量產(chǎn)活動(dòng)（SOP，Start Of Production），并且一直持續(xù)到產(chǎn)品退市（EOP，End of Production）。而且，對(duì)于很多復(fù)雜的產(chǎn)品，整車廠與零部件供應(yīng)商的設(shè)計(jì)職責(zé)之間的界限并沒(méi)有那么清晰，很多時(shí)候，整車廠只要給出概要性的設(shè)計(jì)，所有的詳細(xì)設(shè)計(jì)工作都由供應(yīng)商來(lái)完成。

從整個(gè)E/E系統(tǒng)的開發(fā)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中可以看出：無(wú)論是架構(gòu)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)還是零部件的設(shè)計(jì)，其實(shí)都是設(shè)計(jì)的過(guò)程，而設(shè)計(jì)本身是一種不斷產(chǎn)生需求、傳遞需求的活動(dòng)，上下游之間的信息傳遞過(guò)程是以需求作為載體的，設(shè)計(jì)過(guò)程產(chǎn)生的各種規(guī)范、原則、標(biāo)準(zhǔn)等本質(zhì)是一種需求——一種需要下游來(lái)遵守或滿足的需求。需求的傳遞并非完全是瀑布式的單向傳遞，而是雙向的，只有被下游接受了的需求才是有效的需求，而且，下游是可以反向?qū)ι嫌翁岢鲂枨蟮?。具體需求的最終實(shí)現(xiàn)則是通過(guò)供應(yīng)商的開發(fā)、驗(yàn)證和生產(chǎn)活動(dòng)完成的。

EEA的評(píng)估

一個(gè)架構(gòu)成功與否必須有它的評(píng)價(jià)條件。上圖的評(píng)價(jià)維度僅供參考，也不全面。后續(xù)會(huì)根據(jù)理解繼續(xù)細(xì)化。

審核編輯 ：李倩