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談?wù)務(wù)囯娮与姎饧軜?gòu)EEA

2020-10-09 10:48:26·  來源：汽車電子與軟件  作者：殷瑋  
　
汽車智能化、電子化程度的不斷提高，這是大背景，這個大家肯定沒異議。畢竟客戶爸爸們現(xiàn)在很喜歡，未來會更喜歡。這時候來了三批工程師要搞定這個事，他們首先要
汽車智能化、電子化程度的不斷提高，這是大背景，這個大家肯定沒異議。畢竟客戶爸爸們現(xiàn)在很喜歡，未來會更喜歡。
這時候來了三批工程師要搞定這個事，他們首先要解決的就是怎么把車上這么多電子設(shè)備連接起來，這個設(shè)計(jì)過程就是電子電器架構(gòu)
所謂「電子電氣架構(gòu)」，簡單地說就是把汽車?yán)锏膫鞲衅?、中央處理器、電子電氣分配系統(tǒng)、軟件硬件通過技術(shù)手段整合在一起。通過這種架構(gòu)，可以將動力總成、驅(qū)動信息以及娛樂信息等，轉(zhuǎn)化為實(shí)際的電源分配的物理布局、信號網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、診斷、容錯、能量管理等電子電氣解決方案。
通俗來說，汽車是一個軟硬件結(jié)合的產(chǎn)物，如果把它比作是一個人，「四個輪子+一個沙發(fā)」是身體，電子電氣架構(gòu)就相當(dāng)于神經(jīng)系統(tǒng)，負(fù)責(zé)完成各個部位的連接，統(tǒng)領(lǐng)整個身體的運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)特定功能。
首先是一群抱著“機(jī)械定義汽車”思維的傳統(tǒng)車企工程師開始動作了。增加電子控制單元(ECU)、增加傳感器、增加儀表。要連接了咋么辦。哪兩個東西之間有需求，就加根線唄。
傳統(tǒng)的車上電氣系統(tǒng)，大多采用點(diǎn)對點(diǎn)的單一通信方式，相互之間很少有聯(lián)系
但隨著系統(tǒng)變復(fù)雜情況不對了，布線系統(tǒng)變得異常龐大, 一輛傳統(tǒng)連接的汽車中，導(dǎo)線總長度可以達(dá)到2000多米，電氣節(jié)點(diǎn)可以達(dá)到1500多個。導(dǎo)致線束材料成本劇增，可靠性驟減。系統(tǒng)不可持續(xù)了。
又來了一群抱著“硬件定義汽車”思維的車企工程師開始尋思了，計(jì)算機(jī)硬件里不是有總線嘛，能不能借鑒下，大家都先連在幾根粗線上。
總線技術(shù)可以簡單理解為高速公路，路上所有的車（信息）都走一段高速，降低道路（線束）成本。
為簡化線路連接，提高可靠性、利于各裝置之間的數(shù)據(jù)共享，以汽車分布式控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)的車載網(wǎng)絡(luò)總線技術(shù)發(fā)展起來了。
汽車總線技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是在統(tǒng)一應(yīng)用層協(xié)議和數(shù)據(jù)定義的基礎(chǔ)上，可以使之成為一個“開放式系統(tǒng)”，具有很強(qiáng)的靈活性。對于任何遵循上述協(xié)議的供應(yīng)商所生產(chǎn)的控制單元都可輕易添加入該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中或者從網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中拆除，幾乎不需要做任何硬件和軟件的修改，這完全符合現(xiàn)代汽車平臺式設(shè)計(jì)的理念。因此汽車電子控制采用網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)可大大降低設(shè)計(jì)成本。
當(dāng)然行人或者自行車（數(shù)據(jù)）移動的過程對路（線束）的需求不同，不同設(shè)備之間的通訊也有不同需求，有些要高可靠，有些要大容量，有些要抗干擾。這也催生了大量的汽車網(wǎng)絡(luò)如LIN，CAN，CAN FD， FlexRay，MOST，汽車以太網(wǎng)的百家齊放。
 
 
綜合考慮功能和位傳輸速率等因素現(xiàn)有的汽車通信網(wǎng)絡(luò)大致可劃分為ABCDE類網(wǎng)絡(luò)：
A類網(wǎng)絡(luò)主要應(yīng)用于低速場合，通信速率不超過10kb/s。目前A類網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用最廣的是LIN總線。LIN總線標(biāo)準(zhǔn)是由LIN協(xié)會制定的專門用于低速網(wǎng)絡(luò)的低成本網(wǎng)絡(luò)解決方案。
B類網(wǎng)絡(luò)主要應(yīng)用于實(shí)時性要求不高的場合，通信速率一般為過10~125kb/s。以前有低速CAN，J1850和VAN等多種，目前低速CAN總線成為B類網(wǎng)絡(luò)中的主流。
C類網(wǎng)絡(luò)主要應(yīng)用于實(shí)時性要求較高的場合，通信速率一般為125~1000kb/s。目前C類網(wǎng)絡(luò)中主要有高速CAN，F(xiàn)lexRay其中仍屬高速CAN使用較為廣泛，普遍應(yīng)用于動力、底盤、發(fā)動機(jī)等領(lǐng)域的控制。
D類網(wǎng)絡(luò)主要面向多媒體、導(dǎo)航系統(tǒng)等領(lǐng)域，網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸速率為250kb/s~400Mb/s。目前的D類網(wǎng)絡(luò)總線有IDB-1394和MOST。兩者目前在量產(chǎn)中是并存關(guān)系。
E類網(wǎng)絡(luò)主要面向成員的安全系統(tǒng)以及車輛被動安全領(lǐng)域。目前主要的E類網(wǎng)絡(luò)主流為Byteflight，其最高傳輸速率10Mb/s。特點(diǎn)是強(qiáng)調(diào)高安全性。
可問題又來了，這高速公路是修了，成本也節(jié)省了，可這道路上的交規(guī)（總線協(xié)議）是幾個山頭（ECU供應(yīng)商)定出來的，不允許你變化。最多兩年變一次（整車開發(fā)周期）。還有一種情況是本來走自行車的現(xiàn)在要走卡車了，這路面又支持不了了，部分總線比如LIN,CAN并沒有很高的容量擴(kuò)展性。需求變化了，基本就只能讓客戶爸爸等兩年換一輛車了。
 
這個時候抱著“軟件定義汽車”思維的工程師跨步走來，看著他們好像要做軟件了，實(shí)際他們第一件事還是盡可能的要折騰下硬件，就是在把盡可能多不同的總線合并（所有路都按照一個標(biāo)準(zhǔn)修建），另外盡可能多的合并控制器（哪有那么多山頭，交通部全中國就一個），這樣后面有個啥世博會，馬拉松啥的，我可以根據(jù)需求統(tǒng)一變化，適應(yīng)各種需求。
 
博世電子電器架構(gòu)研究研究
 
這里還是要再專業(yè)點(diǎn)描述這個問題，在軟件定義汽車思維下有三個重要的關(guān)注點(diǎn)
 
硬件成本進(jìn)一步降低：相同功能需求下，減少 ECU（電子控制單元）數(shù)量，可以降低 ECU 物料成本，另一方面也進(jìn)一步減少了整車線束使用量。Model S 線束約 3 公里長，而 Model 3 縮短了近 1 倍。
硬件抽象：此前的供應(yīng)體系是供應(yīng)商將「軟件+零部件」打包賣給主機(jī)廠，軟硬件的耦合很深，議價能力差，測試調(diào)試苦難。特斯拉的牛叉在于軟件基本自己寫，即便更換硬件供應(yīng)商，也不會顯著影響軟件功能的部署。
OTA升級：在硬件抽象的基礎(chǔ)上，特斯拉可以通過 OTA 的方式進(jìn)行新功能的更新下放，以及對車輛狀況進(jìn)行良好監(jiān)控，降低維修成本。整車軟件開發(fā)變得更多樣化，更簡單。
一個最經(jīng)典例子：特斯拉通過 OTA 解決制動距離過長的問題。彼時 Consumer Reports（消費(fèi)者報告）發(fā)布的特斯拉 Model 3 測評中指出，這臺車的 60mph-0 剎停距離并不理想，達(dá)到了 46.33 米，但是經(jīng)過 OTA，Model 3 的剎車距離得到了顯著提升。
 
剛才說了有三批工程師來解決這些問題，目前第二批工程師代表了主流的主機(jī)廠，而第三批工程師代表了Tesla等新興的車企。主流主機(jī)廠看Tesla不眼饞嘛？家大業(yè)大干不過他？還真是。。。
 
阻礙帝國成長的是帝國本身，軟件定義汽車本質(zhì)就不是一個技術(shù)問題
 
表面上，車子都是整車廠造出來的，但這并不意味著車上的所有技術(shù)都是由整車廠研發(fā)的，供應(yīng)商才是大部分技術(shù)的幕后功臣，而「整合」才是整車廠的重要任務(wù)。汽車工業(yè)百年發(fā)展，早已形成完備且復(fù)雜的供應(yīng)商體系，比如我們常說的一級供應(yīng)商、二級供應(yīng)商、三級供應(yīng)商。。。。
 
如此多供應(yīng)商的加持，看起來更牛逼了。舊時代看著是一只軍隊(duì)，新時代里就變成了烏合之眾。車企轉(zhuǎn)型需要自身有足夠強(qiáng)的研發(fā)能力，還得和供應(yīng)商不斷博弈，付出大量的人力物力財(cái)力，還需要經(jīng)過一個比較長的磨合期，才能真正在量產(chǎn)車上落地。
 
更重要的，欲練此功，必先自宮，主機(jī)廠們擔(dān)心特斯拉的這種設(shè)計(jì)趨勢會淘汰掉他們數(shù)十年來培育起來的零部件供應(yīng)鏈。誰能想到有一天，曾經(jīng)讓主機(jī)廠安逸發(fā)財(cái)?shù)墓?yīng)鏈成為阻礙其創(chuàng)新的絆腳石？
大眾、豐田、上汽等傳統(tǒng)整車廠，體量巨大。在電子電氣架構(gòu)上動刀子 ， 如果不成功，誰來為負(fù)責(zé)？輕則影響公司未來幾年產(chǎn)品的銷量，重則事關(guān)生死。而且，難免會因此而觸犯別人的利益，推行阻力很大。
特斯拉體量小得多，也沒什么歷史包袱，因此可以直接上手去做。而馬斯克個人秉承的第一性原理的思維方式以及超強(qiáng)控制欲，多年以來，公司堅(jiān)持創(chuàng)新自研、垂直整合，已經(jīng)是這家公司的深刻烙印。特斯拉在電子電氣和軟件層面的優(yōu)勢，并不是偶然。
傳統(tǒng)車廠也在行動：大眾開發(fā)了自己的 MEB 純電動平臺，同時斥巨資成立軟件中心，提升自己的軟件能力，與此同時，大眾設(shè)計(jì)了全新的 E3 電子架構(gòu)，計(jì)劃將 70 個 ECU 減少到 3 個域控制器。去年 5 月，通用汽車發(fā)布了新一代電子電氣架構(gòu)，支持整車 OTA。寶馬也在全新一代產(chǎn)品（3 系、X5、X7）都已經(jīng)可以支持整車 OTA，如果不是在電子架構(gòu)層面做改變，這個特性是很難實(shí)現(xiàn)的。中國的頭部 OEM 都在積極開發(fā)下一代的電子電氣架構(gòu)，并且在 2022 年左右實(shí)現(xiàn)新一代電子電氣架構(gòu)的平臺化。
趣聞：量產(chǎn)過程，不是自動駕駛工程師不努力，而是臣妾做不到哈
 
如果你知道整車開發(fā)流程，一定知道“凍結(jié)”這個概念，關(guān)鍵接口，關(guān)鍵零部件在每個小迭代周期都會進(jìn)行凍結(jié)，以維持各個塊線的合作和同步推進(jìn)。
 
沒有OTA或者域控制器之前，智能駕駛功能必須要等到底盤性能完全凍結(jié)才能開始進(jìn)行標(biāo)定、調(diào)教和測試，雖然多數(shù)時候會分多個迭代過程，進(jìn)行多個周期的調(diào)試，但不管哪個周期，智能駕駛功能永遠(yuǎn)是拍在最后的。一旦前面的某些開發(fā)出現(xiàn)了延期，在量產(chǎn)前最著急最痛苦的就是智能駕駛工程師，因?yàn)閴嚎s的基本都是他們性能提升和測試的時間。
 
自動駕駛的研發(fā)周期理論上就不可能和整車研發(fā)周期契合！
無論生物成長還是汽車制造基本都一個道理：簡單構(gòu)件往往會優(yōu)先產(chǎn)生并投入工作，以支持復(fù)雜構(gòu)建的產(chǎn)生，骨架，心肺，往往都會優(yōu)先形成機(jī)能并支持大腦器官的發(fā)育，后者的成熟周期往往是最長的。不同器官需要處理的任務(wù)維度不同，因此復(fù)雜度也不同
就像小寶寶，如果它腦袋在出了娘胎后就不成長（傳統(tǒng)電氣架構(gòu)），那牛津大學(xué)也要在娘胎里讀了。雖然骨架，肌肉，心肺都可以在出生前健全，但10個月時間腦子的核心功能是好不了的，他需要對接外部環(huán)境。但如果可以后天學(xué)習(xí)，那ok了，差不多時候我就可以從娘胎里出來了。
OTA或者域控制器的產(chǎn)生，為自動駕駛等功能釋放了更多空間和時間，讓其開發(fā)周期和測試周期得到必要的保障。
 
你以為結(jié)束了？軟件定義汽車的工程師剛剛完成了第一步!
 
把硬件折騰清楚了，充其量就是車的硬件基本可以和一臺電腦或者一部手機(jī)相比較了，可這些東西可以真正工作起來還缺個操作系統(tǒng)哈（什么android，Windows，Linux），那汽車的操作系統(tǒng)是什么？下篇將會介紹。 
 
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