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行业新闻

汽车电子电气架构的重要性

2020-11-18 09:21:35


现在的汽车越来越像“轮子上的计算机”,但是世界上第一辆车是全机械操作,直到1930年才出现第一个汽车电子部件——真空管收音机。


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随着电子信息技术的飞速发展和消费趋势的变化,车辆变得越来越复杂。在汽车历史中,机械系统被认为是造成这种复杂性的主要原因,然而电气和电子组件的复杂性的复杂性在逐步的提高。如今的汽车功能都需要电子组件和底层的电子电气架构来支撑。现代汽车的ECU中,拥有数百万行代码,这些代码满足从信息娱乐到被动安全的所有功能。

随着车辆功能的不断增加,以前跟车辆完全不搭边的子系统也慢慢加入到汽车中。之前独立的系统慢慢开始集成化。

1950年代末,巡航控制系统开始引入到汽车中,也是汽车中机电系统的首次集成,如图1所示。从那时开始,巡航控制系统不断完善,发展到现在的自适应巡航,汽车可以跟前车保持固定的距离,如图2所示。而且即使驾驶员不偶尔分心,车辆会自动紧急自动,使车辆停止。
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图1 巡航控制是车辆中机电系统的首次集成

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图2 自适应巡航系统更多的依靠EEA来获取传感器的数据,从而控制车速

这种创新和集成的复杂性很高,需要将机电部分进行整合,其中包括ECU、传感器、执行器以及线束。这种架构的规模和复杂性给OEM和供应商带来了全新的挑战,随着车辆电气化、网联化、智能化的不断发展,这些挑战会越来越严峻,这种趋势下,底层的电子电气架构的重要性越来越凸显。


为了争取未来的市场和用户,OEM仍在不断投资以改进其电子电气架构,因为这些正在成为新业务和新收入来源的推动者。

例如系统集成供应商正在提供完整的服务,以实施由OEM定义的约束和要求相结合而开发的车辆子系统。

同时,OEM也在进行大量投资,为了掌握关键部件的软件开发。比如大众,成立一个新的由5000名软件工程师和专家组成的软件部门,以创建该公司各品牌的基本统一软件功能。

OEM有能力自己主导关键领域的软件开发后,可以通过OTA来改善用户体验、车辆性能以及及时响应市场上的质量问题。另外OEM还可以为车主全新功能的订阅,从而使汽车持续的为OEM产商带来价值。

在大规模的技术变革中,成熟的OEM必须通过电子电气架构的创新带来差异化,这意味着要创建可在车辆平台之间扩展的架构,以适应未来的新技术,这也意味着以有吸引力的先进汽车平台击败商场上的竞争对手。然而,以当前市场所需的步伐进行创新,OEM需要改进其设计流程以跨域集成,自动化设计任务并提供强大的数据一致性。

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图3 OEM必须创建灵活,可扩展且可靠的E / E架构,以在汽车行业的新压力下竞争

OEM和供应商在适应新的消费者需求和不断发展的技术时将面临数项挑战。

消费者希望有更多的自由来通过可选功能自定义其汽车,而无需支付高价。OEM仍在尝试大规模提供定制服务,因为他们的业务仍依赖于制造和销售大量汽车。同时OEM尝试在整个车辆平台上重复使用物料清单,以降低设计和制造 成本,这与定制相矛盾,因为存在潜在车辆配置数量越多,制造每辆汽车的成本越高,跟踪和协调架构组件(例如ECU的正确版本和软件版本,以及整个车辆平台上的相应连接器和终端)也变得更具挑战性。

消费者想要的许多功能都是电子性质的,例如信息娱乐、自动驾驶。随着大量更先进的电子设备的出现,典型的汽车供应商渠道比以前更加广泛和深入。更长的供应商管道会大大增加级联和实施设计变更所需的时间。确保所有团队都了解正在实施的更改以及对其领域的影响已经是一项关键挑战。与其他供应商签约并扩展供应商生态系统已提供所需的功能只会加剧这种问题。

缩短变更实施周期使OEM可以更快的将车型推向市场并应对市场上出现的质量问题,这对于充满争议的市场中运营的公司来说是一项关键的竞争优势。一些OEM正在试图通过将主要供应商的域引入内部,以缩短开发周期。通用汽车增加了近万名信息技术员工,这是他们经过多年的外包做出最大的变化,以使IT服务重新受其控制。
接下来,今天的普通新车包含70-100个ECU。在未来的车辆中,OEM将把它们整合到数量更少,功能更强大的控制单元中。这种整合应该走多远?这是一个主要争论点。一些人主张采用具有几个或单个非常强大的ECU来管理车辆功能的集中式架构。其他人则认为,具有更多ECU的分布式体系结构是更好的选择,主要是在车辆系统中创建冗余。


OEM可能将组件整合作为一种节省成本的策略进行考虑。通过将传感器、执行器和其他组件融合在一起,OEM可以实现相同的功能,从而降低成本。另一方面,OEM可能也希望维护独立的组件以保留系统冗余。

此外OEM将寻求限制投资以节省成本,但是不断增加的结构复杂性和更严格的安全要求增加了车辆设计的挑战。挑战的增加等于成本的增加,因为需要投资来交付市场所需的复杂车辆。

OEM以及供应商的前进之路仍然漫长而混乱。尽管全自动驾驶是个热门话题,但具有高度影响力的技术将在实现真正的自动驾驶之前需要很长一段时间成熟。这些新技术将进一步增加E / E体系结构对功能和可靠性的需求。

电子电气架构是领域的融合,包括电子硬件、网络通信、软件应用程序和布线都结合在一起构成车辆体系架构。当前,这些领域仅在域的通信、约束下进行有限的运行。这些域相互作用时,可能会导致严重的问题。例如,OEM内的几个团队可能正在为车辆中的核心ADAS ECU开发软件应用程序。这些团队按功能组织并独立工作。例如,将有单独的团队进行车道偏离,主动巡航控制和其他应用程序。为了确保将来更新的灵活性,此ECU的处理器利用率限制为大约75%。当每个团队将他们的软件加载到ECU时,它们超出了利用率上限,甚至超过了处理器的功能。之所以发生这种情况,是因为每个团队都独立地开发其实现。

OEM和供应商将需要采用一种新的设计方法,以在迅速变得越来越复杂的环境中处理这些领域之间的相互作用。几家OEM已进行了重大改组,以更好地满足这些需求:福特,菲亚特-克莱斯勒,戴姆勒等。这种方法必须确保紧密的跨域集成,强大的设计自动化以及全面的数据一致性。这种方法为每个域提供系统级上下文,以在特定域的工程设计中加以利用。借助系统级上下文,工程师可以评估设计备选方案,消除问题并在更短的时间内完成更高质量的设计。

但是,行业挑战并不局限于技术创新。因此,应对移动行业巨大挑战的战略必须超越新的设计解决方案。主要的OEM和供应商都意识到,对其组织和商业模式的改变将为未来的成功奠定基础。OEM正在投资以提高其软件能力,而长期的汽车供应商正在扩展其提供的服务,以涵盖从设计到制造的整个组件开发。实际上,一些供应商甚至展示了自主的包裹运送平台。通常,真正的挑战来自于新技术一旦通过验证就可以扩展规模并创造利润。

汽车电子电气体系结构的不断扩展,使其设计在车辆工程范围内更具挑战性,也变得越来越关键。电子电气体系结构的各个方面在实现核心车辆功能方面都扮演着更大的角色。结果,从传感器和ECU之类的设备到网络和布线的各个方面都在不断发展,以满足这些日益增长的需求。ECU已经变得越来越强大,可以使用功能越来越强大的软件来处理来自大型传感器阵列的数据。同时,车辆网络必须在这种复杂的传感器和控制器系统中管理通信。

在不断变化的行业中,同时采用其设计方法和组织结构以提供最高质量的电气,电子和数字汽车体验的公司将获得最大的成功。