互联网人进入汽车行业的第一步:理解电子电汽架构

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作为一个科技爱好者,最热爱的是智能硬件、智能汽车、虚拟现实。写这个系列,是为了梳理这几年的所学、所思、所想,从而形成一个完整的知识体系,供大家参考。将讲述关于产品、技术、商业在汽车领域的现状与未来。

对于汽车电子相关的从业者,一切以电子电气为导向,了解、学习、判断电子电气架构的发展对于自身产品未来的竞争关系、发展趋势才能有比较直观的理解。

当我们说电子电气时,我们在说什么?

电子电气架构是一个抽象的概念,定义汽车电子部件之间的关系,及所有的电子部的逻辑功能之间的关系,以及设计和维护这些电子部件的各种原则。

电子电器架构的开发也遵循《车规和AEC-Q是什么关系?》中讲的ISO26262的“V“形开发过程。

电子电气架构设计解决的4个核心问题

1. 通信网络拓扑

网络拓扑就是汽车上的各个控制器之间的通信关系,根据网络拓扑来设计控制器之间的通信关系。比如网状拓扑、星形拓扑、环形拓扑,更多情况是在不同的领域中使用了不同形态的异构网络形态。异构网络必然带来网关、协议转换,以及根据物理特征不同采用不同的消息形式。

2. 电源网络拓扑

即然是电子电气,那么所有的设备都面临着供电的需求,车辆上的控制器、传感器、执行器等加起来要有几百个,所有的供电都需要实体线的连接,汽车里面的线束和相关的各种保险丝、继电器,在车身上的布置与物理连接关系就构成了电气拓扑。在以太网技术普及过程中POE会被引入,特斯拉也通过重新设计电缆结构来优化电气拓扑。

3. 逻辑拓扑(功能与技术架构)

用来描述汽车的各个功能如何划分,哪些功能在哪一个区域中,哪些子功能安排在哪一个控制器中。这里面包含硬件产品的再组合,软件功能的重新分配。

4. 软件模型

对于基础软件和应用软件进行描述,AutoSAR标准定义了基础软件以及他与应用软件之间的标准接口,包含硬件抽象软件、驱动、操作系统、通信软件等,应用软件分为功能软件与控制软件。

电子电气还会定义与空间、安装等相关的内容,但对互联网行业进入的人员来说可以暂不关注。

当我们讨论功能划分,所谓的功能是什么?

当我们讨论功能划分时,是在讨论汽车的车身域、动力域、底盘域、娱乐域、自动驾驶域的软件、硬件等功能如何组合、连接。

对于互联网进入者,娱乐域和自动驾驶域相对直观不再介绍,对于其它的三个域的内容作个区分。

  • 动力域指给道路上的车辆提供功率的一组部件,其中包括发动机,变速箱,轴和车轮。能量管理、热管理、性能优化、车载充电、智能节点,车辆行使信息、发动机、电机、电池、变速箱数据、发动机管理。它还包括一些特殊的传感器通过测量各种部件的流量,压力,速度,扭矩,角度,体积,位置和稳定性从而改善驾驶环境,减少污染。
  • 车身域包含车内灯光、大灯、转向灯、车窗、雨刮、座椅、PE、门把手、门、后备箱、暖气、制冷,车身控制模块。车身域对通信实时性要求较低。
  • 底盘域包括支撑动力系统的内部框架,以及除发动机以外的所有驱动部件 – 包括制动器、转向和悬架。

不同的功能域中,通常包含哪些ECU?

在电子架构的发展中,有新的ECU出现,也有老的ECU消失。更有同一个ECU有可能被分布在不同的域中。

电子电气架构在说什么?

随着自动驾驶的发展,域间通信的要求越来越高,而随着汽车电动化的发展,不同的域也有开始进行融合,所以对于ECU的位置不要过于教条。

当我们定义产品时,首先需要从电子电气结构中切割出,我们产品所在的位置,以及可能的与其它域之间发生的关系。

当讨论电子电气架构时,怎么评估决策的正确与否?

电子电器架构的设计从过去由Tier1主导,变成完全由车企主导开发。传统的电子电气架构是完全分布式的方式,而新的电子电气架构相对比较被大家认可的是Model 3 和大众的 ID.3。它们的主干网络已经实现以太网控制,并且全车 ECU 集成到了几大域控制器之中。

在满足用户功能需求的基础上,电子电气架构最为重要的判断标准有:

  1. 是否有利于车企缩减成本
  2. 是否有利于减轻车身重辆
  3. 是否有利于车辆信息安全
  4. 是否有利于配置的灵活性

用户的功能需求的增长主要体现在电子电气架构设计时,网络的带宽、实时性、可扩展性等方面,比如Flexray、most、ethernet的在网络拓扑的配置。

从下图可以看出,电子产品成本占整车比例已经从上世纪 70 年代的 4%,成长到现在的 30%左右。车企通过整合冗余的计算单元、调整网关位置、减少线束长度、改变线束结构、减少设备间接插件、减少汽车生产装配复杂度来降低成本,已经是第一优先选择。

电子电气架构在说什么?

汽车轻量化对于汽车的能量、性能、续航、驾驶体验都有重要影响。ES8整备重量2460KG,而白车身重量335KG。对于一辆汽车而言车身重量占比不到14%,汽车线束重量大概占整车重量5%。减少线束长度、优化部署、整合ECU、探索新形线束、供电与信号同线束传输,都会有助于汽车轻量化

驱动电子电气架构发展的动力?

驱动一切发展的核心动力的需求,对于电子电气架构的发展,最核心的发展动力是以下几点:

  • 信息娱乐系统对带宽、联网、交互体验日趋增长的需求。
  • 自动驾驶系统对新传感器、对深度学习、对大数据的、对云计算的依赖。
  • 电动汽车的发展,对动力、车身、底盘功能的重新组合与融合的需求。
  • 车企对远程升级、诊断,降低维护、服务、召回成本的需求。
  • 车企对成本电子电器成本的控制的需求。

总结

下期文章将介绍汽车电子电气架构的发展,以及对未来汽车电子产品方向的影响。

 

本文由 @updatedb 原创发布于人人都是产品经理。未经许可,禁止转载

题图来自Unsplash,基于CC0协议

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  1. 是电子电器,不是电子电汽

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