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智能网联汽车电子电气架构的发展趋势解读

2021-09-29 17:58:24·  来源：国汽智联  
　
随着汽车新四化的推进，汽车电子电气架构进入了全面革新阶段。智能汽车的电子电气架构由分布式走向集中式：垂直融合将取代分布协同，软件定义汽车的需求将推动汽
随着汽车新四化的推进，汽车电子电气架构进入了全面革新阶段。智能汽车的电子电气架构由分布式走向集中式：垂直融合将取代分布协同，软件定义汽车的需求将推动汽车从机械化向电子化华丽转身。本文将重点解读未来汽车电子电气架构的构成与特点，分析重塑未来架构的重点因素，并对电子电气架构的未来趋势进行总结。

一、电子电气架构的革新背景与动力

随着汽车新四化的推进，汽车技术正在从控制模式、能源形式、使用场景和商业应用等方面实现全面的革新，智能汽车的电子电气架构正从分布式走向集中式。为了提高汽车智能化、舒适度以及车辆安全性，更多的传感器、控制器、执行器等电子模块被引入车内，这也使得车内网络架构愈发复杂，对通信连接技术的要求越来越高，原有的电子电气架构也趋于饱和，已经不能满足新四化发展的要求。
对于未来汽车电子架构来说，垂直融合将取代分布协同成为趋势。同时，软件定义的需求正呼之欲出，汽车亟待从机械化到电子化的华丽转身，这些都要求汽车电子电气架构做出变革：提升效率，降低复杂度—不论是硬件制造的复杂度，还是软件开发的复杂度。
新型车载高速网络技术和5G无线技术的引入，已使这一融合变为部分现实。如果网络带宽足够宽，延迟足够低，这一趋势将会更加明显：算力向中央集中、向云端集中，汽车电子电气架构的演进也正朝着这个方向进行。
在域控制器的体系架构之下，各个功能部件均成为独立的域，在每个域之下有相应的控制功能集合。域与域之间可以做到安全隔离，也可以根据需求进行通信和互操作，形成类似以太网总线上的计算机局域网，变成了松散耦合的架构。

图1 域控制器体系架构

二、未来电子电气架构的构成与特点

新一代汽车电子电气系统的设计与开发主要是围绕近年来汽车技术智能化、网联化发展趋势下所带来的任务复杂化和系统复杂化而展开的，目的是为了满足汽车电子越来越复杂的系统和功能要求，主要包括以下方面：
  • 实现高速数据传输与处理：目前常用车载以太网速率为100Mpbs和1000Mbps，未来10Gbps等更高的速率将应用于更高级别的自动驾驶汽车中；
  • 打造标准化软硬件平台：要求平台具备良好的可移植性和可扩展性，能够灵活地增添或删除功能，可以满足产品线上各类产品对功能与成本的不同要求；
  • 系统软硬件分离：从整车的层面上实现系统软硬件的分离设计，从而使软件不依赖于硬件存在，实现软件对于硬件的解耦，方便于不同的硬件平台之间可以灵活地进行程序的开发和移植；
  • 具备可重构性：重构的意义在于能够使开发者根据不同的设计需求灵活调整相应功能，同时基础平台可以被反复利用，缩短研发周期，节省研发成本；
  • 支持外部环境互联特性：汽车不再作为一个相对封闭的系统，而是具备与外部环境进行互通互联的能力，有效支持车辆智能化、网联化发展需求；
  • 更高级别的安全策略：汽车智能化程度提高，智能驾驶、车联网的普及使车内中央处理单元承担越来越要的角色，面对车外通信的复杂环境和未知情况，车内处理单元的安全策略要求越来越高，必须提高安全策略级别以应对复杂多变的外部环境。
三、重塑未来电子电气架构的主要因素

1、异构软件平台的系统集成
构建以CP+AP AUTOSAR为基础的混合软件架构。对有高可靠性、高实时性要求的域采用具有更高功能安全等级的CP架构，对于需要进行海量数据并行处理的智驾域和娱乐域，则采用AP架构。
2、由基于信号向面向服务（SOA）的通讯方式转变
基于SOA的电子电气架构开发依托传统“V”流程开发方法，结合敏捷开发思想、分层架构模型、模块化服务设计，形成一套以服务设计为核心的强内聚、松耦合、可复用的面向服务的架构。
3、汽车电子电气架构安全体系
从一开始就在汽车架构的设计中充分考虑安全保障。根据新一代电子电气架构的正向开发方式，利用用户思维、软件思维和硬件思维从整车、系统和零件的角度开展从上到下的架构设计，将安全体系融入其中，并在汽车的整个生命周期内对安全保障进行维护。
四、未来电子电气架构的趋势

在未来，随着汽车电子及软件功能的大幅增长，最终可能向基于中央计算机的车辆集中式电子电气架构，甚至车-云协同控制发展。

图2 车-云一体化电子电气架构
目前，国家智能网联汽车创新中心基于电子电气架构领域的顶尖人才、丰富的项目开发经验，开发基于服务的（SOA）满足功能安全、预期功能安全和信息安全的车云一体化电子电气信息架构，并已形成CAN/LIN/CAN-FD/Ethernet等各种车载网络的开发、仿真及测试能力。
此外，创新中心作为中国智能网联汽车产业创新联盟“电子电气信息架构与网络工作组”、 电动汽车产业技术创新战略联盟“汽车电子电气架构工作组”这两个工作组的牵头单位，将组织相同班底，共同研究适应车辆电动化、智能化和网联化的新型电子电气架构，有效地聚集行业资源，推动共性技术和标准化发展，达成产业共识，与行业伙伴共同推动下一代电子电气架构技术的发展。

本文作者：国家智能网联汽车创新中心 电子电气架构开发团队 
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