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汽车电子架构,进化或改革?

  今日,轿车上数以百计的ECU(电子操控单元), MCU(微操控处理器单元)及其上面运转着的很多的嵌入式软件代码以及杂乱的整车网络注定了轿车不同于其他的IOT设备和智能手机可以快速得追赶上信息技能开展的脚步。现实上轿车上的电子电气架构也一直在朝着为智能化体会服务这个方向在演化着,仅仅这个进程比较消费电子职业需求更长的时刻。

  博世集团2017年在德国的一个轿车职业会议上曾同享过其在整车电子电气架构方面的战略图。如下图,整车电子电气架构的开展被分为了6个阶段:模块化阶段(一个功用一个ECU硬件),功用集成阶段,中心域操控器阶段,跨域交融阶段,车载中心电脑和区域操控器,车载云核算阶段。

  今日咱们大多数传统的车型尚处于功用集成阶段,而新式的造车企业(如Telsa)及传统车企要点投入的一些未来车型的研制则有时机丢掉一些前史包袱然后规划更先进的整车电子电气架构。

  

轿车电子架构,进化或变革?

  近期,大众轿车的CEO也宣告了计划经过将其现有轿车搭载来自200个不同供货商的70个ECU“削减到三台中心车载电脑”来削减整车软件的杂乱性然后为智能化供给根底。而这个行动将经过“收买曩昔向咱们交给软件的供货商”来完成。

  Volkswagen plans to improve its software’s robustness by reducing its cars’ 70 electronic control units “to three or four central on-board computers”. Herbert Diess announced restructure its software operations achieved by “taking over suppliers that in the past have delivered software to us”

  Automotive 《VW Cutting ECUs From 70 to “3 or 4”》

  宝马的Matthias Traub, Alexander Maier和Kai Barbeh?n 2017年在IEEE Software上宣布了宝马对轿车电子和IT的开展论文《Future Automotive Architecture and the Impact of IT Trends》其间关于车载中心电脑,面向服务的电子电气架构等思维必定程度上也在影响着轿车职业的开展,周末找来这篇文章拜读一下。译文如下:

  未来轿车架构和IT趋势的影响摘要

  信息技能和消费电子技能向轿车范畴的搬运将供给严重时机。但是,这些技能和轿车工业都需求很多的习惯。轿车电子架构正在灵敏改动。动力功率正在推进传统动力体系向高压混合动力和电动发动机开展。自动驾驶对涣散于功用阻隔的操控单元的多传感器提出了交融的要求。网络衔接和信息文娱现已把轿车变成了一个分布式的IT体系:可以拜访云,OTA晋级,高速接入地图服务、多媒体内容、与其他交通东西和周边根底设施交互。

  数字化正在创造时机,这将改动咱们对移动日子的了解。轿车作为网络国际的一部分,不只将为用户供给信息和文娱的新的或许性,而且还将经过进步舒适性和辅佐功用的自动化程度,向自动驾驶轿车的方向开展。

  这些立异将需求电子、软件和通讯才干的更快增加。物理结构和功用电子电气架构都将是办理日益杂乱的体系的要害。软件质量、长途软件更新、不同厂商软件的集成、内部软件开发和安全性,以及更高的数据速率、对各种数据格式的支撑、网关概念、毛病操作支撑和动力功率,都将成为要害的成功要素。

  在这里,咱们将评论将信息技能和消费电子技能搬运到轿车范畴所带来的首要时机。关于每一个时机,咱们都会显现当时的状况及其或许带来的长处。

  轿车工业的时机

  来自数字国际的玩家(例如,谷歌、苹果和亚马逊)正在向咱们展现或许适用于轿车范畴的时机和处理计划。

  这种处理计划的一种办法是面向服务的架构(SOA),包含操作体系(例如,苹果的iOS)。这种办法答应开发人员创立高效的新功用(运用程序),这些功用可以很容易地集成到设备的整个生态体系中(例如,iPhone)。这种新功用的无缝集成可以协助为每个用户供给个性化。此外,长途更新支撑功用优化、质量改善和灵敏的生命周期办理。其他的时机来自现已在信息技能中运用的高功能处理器,以及明晰的规划形式,如层次结构和可弹性性。

  高功能处理器使能更高程度的集成

  高功能消费电子处理器正在轿车电子架构中使能新的集成渠道。这些处理器的运用为轿车范畴引进了强壮的操作体系——例如,Linux(参见图1)。

  

轿车电子架构,进化或变革?

  图1,消费电子范畴的高功能处理器将为轿车电子架构使能新的集成渠道

  GENIVI联盟正在树立一个软件架构规范,包含一个操作体系。在不久的将来,其他运用(例如自动驾驶)的ECU将需求这样的软件架构。此外,AUTOSAR规范将得到增强,运用POSIX规范创立AUTOSAR自习惯渠道(AUTOSARAdaptive Platform)。这些新技能将使得咱们可以用新的办法去规划轿车电子架构。

  无缝的分层架构

  到现在为止,E/E架构的规划大多选用渐进的办法,要点放在部分处理计划上。这意味着四件事:

  功用的区分会集在核算才干可用的当地

  项目特定的和异构的开发办法在各个E/E开发范畴中是常见的

  一切ECU都遵从OEM的通用体系需求,这常常导致ECU的过度规划

  因为职责和方针严厉别离,ECU的开展会集在ECU的本地优化。

  为了处理这些问题,宝马为下一代轿车的规划创立了一个分层的E/E架构(见图2)。具有以下几个长处:

  ECU分类是根据需求的

  适用于每类ECU的一致开发办法代替了本地开发办法

  每类ECU都有特定的体系需求

  体系级优化是首要重视点,由体系架构师驱动

  

轿车电子架构,进化或变革?

  图2,强壮的集成渠道为轿车范畴供给了无缝的分层的电子电气架构

  在这个体系结构中,中心核算渠道(图2的顶层,第1类)区分首要的软件功用,这些功用首要在内部开发。这些渠道供给高功能,并满意最高的安全要求。集成ECU(第2类)填充了中心核算渠道和一般ECU(第3类)之间的距离——例如,布置需求直接拜访传感器或履行器的时刻要害功用。关于简略和非特定于OEM的功用,可以承受一般ECU和传感器和履行器(第4类)。抱负状况下,这些ECU、传感器和履行器根据常见的OEM或许一级供货商的零件。

  一个可弹性的架构

  当今的网络架构的开发,部分是以增加变种和杂乱性为价值的。规划形式一般根据发送方和接收方之间的通讯,这常常导致了高依靠性和有限的可扩展性。

  关于下一代网络架构,中心通讯服务器(CCS)将支撑封装,以便在本地处理可扩展性。这些架构将具有以下首要特性(参见图3):

  中心信息服务器和署理将处理一切网络架构信息

  E/E架构将被封装,以较小改动支撑从根底版到全功用版别的一切车辆

  网络架构通讯将是结构化和层次化的

  信息在比方LIN、CAN、FlexRay、以太网以及开展中的V2V无线协议之间的转化是活动的

  物理节点、信息和服务等级将是独立的,包含防火墙功用

  

轿车电子架构,进化或变革?

  图3,中心通讯服务器将支撑可弹性的E/E架构

  在体系等级,CCS将为物理拓扑和逻辑拓扑供给优化的或许性。例如,在物理等级上,可以用CCS的高功能路由引擎替换子网关。关于逻辑等级的优化,CCS可以解耦发送方和接收方之间的依靠联系,并为逐渐引进SOA打下根底。

  面向服务的架构

  轿车功用需求与IT和消费电子职业的功用具有相同的立异水平。因为人们对轿车的依靠性越来越大,轿车的功用也变得越来越杂乱。一个比方便是从简略的巡航操控,到自习惯巡航操控,再到自动驾驶的演化。今日,体系的功用视图是根据信号的。功用的区分遭到留传体系、ECU资源和开发体系的安排架构的明显影响。只重视于ECU等级不足以把握杂乱性。

  因而,咱们在BMW为下一代E/E架构引进了根据SOA的计划(见图4)。SOA计划为整个体系供给了重要的服务笼统。谨慎的封装和分层结构支撑运用灵敏开发办法和针对接口进行测验,并降低了体系的杂乱性。将大大简化软件组件在车辆更新换代时的重用。

  

轿车电子架构,进化或变革?

  图4,面向服务的架构将协助BMW把握日益杂乱的E/E功用网络

  车内和云端架构

  车内E/E架构和云端架构越来越挨近。越来越多的轿车功用与云端交流数据或部分功用运转在云端。因而,功用别离、编码和防火墙等方面变得越来越重要。这些安全形式现已存在于信息技能和消费电子职业,而且可以搬运到轿车范畴。

  车内网络和后端之间的衔接非常重要。首要方面有

  LTE、Wi-Fi和未来5G等通讯规范

  供给优质服务

  满意的带宽及可用性

  云端为各种运用程序供给了根底。功用可以在那里履行(例如,自动驾驶或多媒体)。可以经过云端为司机供给移动服务。可以对从轿车传输到云端的信息进行剖析。

  车内和云端架构的无缝结合,以及前面说到的构建块(CCS、SOA和分层的E/E体系结构),将成为使咱们的E/E根底设施可以处理行将到来的立异的重要一步。图5显现了可以在ECU或云端履行的功用的整体体系结构和软件规划。

  

轿车电子架构,进化或变革?

  图5,从车内和云端架构的整体视点来看,安全性和隐私等机制有必要一起处理这两种架构,才干供给无缝的功用。AF =自动驾驶功用,CD =人群数据

  车内和云端架构的无缝规划和文档是要害的成功要素。这包含数据处理、长途更新和为可以在ECU或云端履行的功用的软件规划。咱们将在下一节中评论这些方面。

  流程、办法和东西的改动

  现在,整个E/E开发进程运用了许多不同的办法和东西。一般来说,软件项目中的每个部分都有自己的规划准则、工作流和东西。将来,IT职业规划E/E架构的最先进的办法和东西将消除当时异构的状况,创立一个愈加同构的开发环境。图6显现了当时和未来的状况。这一技能进步将供给:

  从客户交互到软件架构的无缝需求进程

  根据SOA的E/E架构的无缝、完好建模

  运用SOA规划准则封装分布式开发的内容

  发动灵敏开发流程、联合Scrum团队和同享代码存储库

  继续集成和前期运用虚拟集成办法

  

轿车电子架构,进化或变革?

  图6,轿车电子的开展(a)今日和(b)未来。车内和云端架构的无缝规划和文档是要害的成功要素。ADD=架构规划文档,B&C =车身和舒适性,DA&S =驾驶员辅佐和安全,HIL =硬件在环,I&C =信息和通讯,P&C =动力总成和底盘,SIL =软件在环

  数字化和互联互通改动着用户的希望,如功用的长途无缝更新,新的商场参与者(比方特斯拉),以及拟定新法规的必要性(比方有关自动驾驶职责的法令)。

  轿车电子的开展将从信息技能和消费电子规范中获益,但有必要从头创造许多技能,以满意严厉的需求。轿车电子体系还将与传统的软件体系有所不同。对安全性、功能、可用性和信息安全的需求导致了对熟练程度和质量的最高希望,而这在消费类电子产品中并不被认为是必要的。聪明的选用和习惯信息技能和消费电子办法和技能将带来许多时机,一起防止削弱传统软件体系的圈套。

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