功能汽车转变为智能汽车背后：汽车电子电气架构亟待变革

蒋炬卿

摘 要：我国汽车行业近些年来，随着我们国民经济的不断进步飞速发展，人们对我国人民享有物质生活财产享受生活和基本社会保障精神能力享受生活水平等的基本要求不断大大提高，汽车在我们现代人的社会日常生活中已经开始扮演着越来越重要的一个角色。

关键词：汽车电子 智能化技术 新能源汽车

1 汽车电子架构概念

随着现代汽车产业快速稳步发展，汽车车用功能平台需求越来越丰富多样，车载车用电子及元器件产品数量越来越多，汽车电子通信系统网络越来越复杂。为有效应对现代汽车车用电子电气系统架构设计的各种复杂性，相应的架构设计理论开发研究理论应运而生。车用电子汽车电气系统架构设计理论开发研究理论主要解决在进行汽车电子产品开发之初，对车辆整车功能平台顶层结构进行统筹规划的复杂问题，包括整车产品设计需求、功能设计逻辑、功能资源分配、信号交互、网络系统架构、整车平台空间和车辆线束间的布置等。

2 智能汽车电子架构研究现状

传统分布式智能汽车专用电子系统电气硬件架构的系统设计基本思想主要为采用硬件架构定义系统规格，硬件系统架构设计采用一个cann的总线控制网络和分布式的多功能控制单元，单功能单元微控制器，软硬件不能解耦，专用智能传感，专用自动控制器，专用控制算法。新型传统智能汽车专用电子系统电气硬件架构设计面对智能汽车"四化"的技术挑战和市场需求难以得到支撑，汽车行业主要制造企业都纷纷给出了自己的具体解决对策方案，对未来用于智能驾驶汽车的专用电子系统电气硬件架构设计进行了深入思考，提出了新型的智能汽车专用电子系统电气硬件架构设计概念。缺点和不足：随着汽车行业的快速发展，电子电气部件越 来越复杂，国内部分汽车厂及汽车零件商运用传统方法设计汽车电子电气架构无法改 变被动的局面，没有找到或意识到一种行之有效的方法。面对如此复杂的汽车电子电气架构设计，如何高效管理各类文档和设计方案，达到降低成本，增强质量与可靠性，这也是汽车电子电气架构设计的平台化问题。

3 未来电子电气架构发展面临的六大挑战

（1）架构灵活性：未来的智能汽车更新换代的生命周期将可能会更加缩短，新技术功能的大量引入也将会更加频繁，汽车品牌为了继续维持新的市场份额优势需要不断采用更加灵活的智能电子车用电气系统架构，以此来适应新的技术创新和应用软件的快速大量引入。（2）架构功能复杂：未来的智能电子车用电气系统架构功能需要更加具备数据处理和设计分发各种跨域应用功能所必需要求的功能多样性。（3）可伸缩性：在不同的行业细分消费市场汽车厂商中所采用的汽车生产部件技术与制造设备也不同，未来的消费电子汽车电气部件架构设计需要厂商具备广泛的技术适用性、可伸缩性以及能满足不同类型汽车部件厂商的生产标准，简化汽车厂商的产品生产流程。（4）跨域通信數据带宽：当前的两个域间和当前跨域间的通信数据带宽流量不足以完全满足未来的跨域数据带宽流量扩展要求、未来的域EEA域将需要对跨域通信数据带宽进行扩容。（5）数据计算分析能力：嵌入式操作系统软件中的串行数据计算已经完全达到了一个技术上的极限，算力的提高上限大大限制了其EEA的技术发展。（6）安全：已经接入到了智能化移动互联网的系统现代电动汽车将来还有机会面临持续不断面临各种威胁用户个人信息安全上的巨大风险，使用现代汽车安全软件系统进行安全升级的现代汽车车在过程中很快都有可能还有机会再次遭受各种勒索软件病毒、木马程序等的恶意袭击，造成汽车用户全部个人隐私以及汽车数据严重遭到泄露。

4 汽车变革趋势下电子电气架构

当下，汽车正在成为引领当代我国智能汽车行业不断探索发生重要性的技术创新变革，汽车中的电气系统功能越来越多样、复杂，电子集式汽车电气系统基础架构也在不断创新融入技术变革之中，逐渐从以往传统电子分布式汽车电气系统架构的新发展转型到逐步走向电子集成式汽车电气系统架构发展方向的新演进。

4.1 服务附加值提升

汽车厂家实现这种软件化的整车产品销售服务ota产品服务更新功能后，汽车厂家已经可以通过利用软件中的系统升级功能持续地不断改进一辆传统店的车辆产品服务更新功能，软件一定的限度的很大程度上已经基本实现了大众汽车基于传统4s车型汽车店的车辆服务更新功能，可以同时具有持续性地为您提供一辆传统产品车辆服务产品完成交付后的日常整车运营和售后服务。虽然基于传统汽车店的软件汽车产品服务传统产品一旦完成交付就很有可能直接意味着传统产品使用损耗和传统车辆使用折旧的重新计算开始，但通过这种软件化的整车ota服务可以直接赋予汽车传统店的汽车服务产品更多新的市场生命力，带来的也将是更好的传统汽车产品用户服务产品体验。

4.2 算力集中化

我们可以真正地有效实现传统硬件商的标准化和传统软件开发商的重复整合利用，既可以实现硬件供应商可靠性替代，也同时可以大大缩短传统软件迭换替代工作周期，同时为日后第三方平台软件开发工作扫清了诸多障碍。电动车辆将发展成为中国移动的一个智能终端，同时大量移动计算机和工作人员可以直接集中迁移至车载中央的微处理器甚至移到云端，减少了内部冗余，同时使得车辆互联网上的协同发展成为一种可能。

4.3 内部结构简化

车载以太网技术开始逐渐取代汽车CAN总线内部结构，半导体系统集成技术使得中国汽车企业可以直接精简内部汽车线束内的结构。models内部汽车线束内的长度可以长达3km，model3只有1.5km，modely上一代汽车的总线计划也就是将汽车线束内部长度始终控制在100m。对于线束内部结构的简化精简设计可以直接使中国汽车的质量生产管理效率进一步提高。当然，现实情况仍是，许多中国整车制造企业还在用面向分布式的新型电子汽车电气系统架构。但是伴随中国汽车越来越多的智能化，ecu的快速增长终将使其迎来巨大爆发，这种面向分布式的汽车ecu系统架构如果无法被限制性的扩张，势必将会面临着巨大技术挑战。以此例如，ecu的处理算力不能相互协同，并相互冗余，产生极大资源浪费;这种分布式的系统架构仍然需要大量的内部网络通信，客观上将会导致内部线束结构成本大幅度的增加，同时连接装配车的难度也日益加大。为了响应新发展趋势，部分中国整车制造企业和电子零部件产品供应商也已经开始积极思考一种面向中国汽车行业自动化、电气化、互联一体化的汽车智能化型电子汽车电气系统架构设计。

5 智能汽车电子架构分析

对企业智能能源汽车应用进行网络需求模型定义分析是网络架构设计开发的第一步，为了更加科学合理的准确进行网络架构设计，需从企业客户应用需求、发展趋势、目标应用市场、法规政策需求等多個方面深入收集并进行分析。在电动整车厂商的角度，还要按需要求具备有效的车型变形功能管理，实现相同车型架构谱系平台下各个车型架构谱系间的软硬件功能配置更加灵活多样，具有很好的可可沿用性功能和平台上的公用性。

以CAN汽车总线综合网络架构为技术基础的车型架构已能够支撑电动汽车燃气电子产品架构开发平台10年的整体功能应用需求，汽车总线网络为了更好适应现代智能电动汽车的快速发展及其需要正正在面临着相关技术的不断革新。有效的应用电子汽车电气产品架构技术开发成本评估技术体系架构建设技术是开发能够有效确保电动车型本身架构管理技术开发更加可靠并且科学合理的重要成本技术手段，见下表1。

对于电动车型本身架构的技术开发成本评估，一般从三个大的成本维度技术层面上来进行成本分析：首先电动车型本身架构技术开发过程能否实现能够同时满足用户本身实际使用中的功能管理需求及未来对于用户本身可能的各种使用方式需求及其成本发生变化;其次电动车型本身架构技术开发过程能否实现能够同时实现所有电动车型本身架构技术开发成本最优;再次车型架构管理是开发能否实现兼顾能够满足用户本身功能管理需求、开发成本最优的车型架构同时，能否实现能够同时满足所有电动汽车本身用户使用性能成本优化后的配置。

6 结语

随着现代汽车信息科技的不断进步，围绕“四化”的技术需求越来越多，智能驾驶汽车域的电子系统架构将不断发生重大技术变革。面向未来更高主流智能汽车驾驶新型汽车的基于域多功能域数据计算中央控制器域的汽车集中驾驶自动化的汽车电子系统架构、基于域的汽车区域数据计算中央控制器和多域数据核心中央综合处理计算的汽车电子系统架构和一种基于域的汽车环形新型智能驾驶主干网和基于域的多域数据中央综合计算器的电子系统架构的等级解决思路方案都已经认为是具有可行性的解决方案。一种能够完全满足基于域的l2/l3等级高级驾驶汽车智能驾驶自动化和辅助电气系统电子功能架构等级设计需求的智能汽车新型集中驾驶自动化域的新型汽车驾驶电子化和电气系统电子架构将逐渐发展成为未来更高主流汽车电子系统解决方案思路设计方案。在客户需求面向未来更高集中自动化的汽车驾驶自动辅助系统等级时，基于域的汽车环形新型智能驾驶主干网和多功能区域中央计算器和数据中心域的电子系统架构域的解决思路方案与其它两种电子解决思路方案电子架构产品相比，在网络安全，冗余性和数据备份等多种功能等级方面已经显得愈加更具有高竞争力和优势，在技术上也更加的明确具有一定技术性和挑战性。

参考文献 ：

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[2]匡小军，唐香蕉，李桂伟，et al. 汽车电子电气架构需求分析及优化研究[J]. 汽车电器，2019（8）：45-46.

[3]杜莎.汽车变革趋势下电子电气架构如何演进[J].汽车与配件，2019，15：56-57.