汽車電子架構設計的研究與分析

摘要：本文闡述中國汽車電子架構設計從無到有的變革，研究分析目前電子架構設計的發展及變化趨勢，并對未來汽車電子架構發展方向提出建議和看法。關鍵詞：汽車;電子架構

中圖分類號：U468

文獻標識碼：A

1 汽車電子架構

隨著時代的進步，人們對汽車電子功能的需求越來越多。這些需求涵蓋了安全性、娛樂性、舒適性和智能等各方面。汽車電子部件的堆砌帶來汽車質量變重、成本增加，能耗也在增加。大概在2008年初，國內車企首次接觸到電子架構設計的概念。這項概念從客戶需求出發，以需求為導向，以功能實現方式為主導，對功能邏輯、信號交互、功能分配、網絡架構進行定義設計，故而稱之為電子架構設計。

2 電子架構平臺設計帶來的變化

2.1 從廣義方面來看

2.1.1 推動正向設計思路的落地

V型正向開發設計的思路一直在提，但由于受到的制約因素較多（包括零部件沿用、成本制約等），一直都未真正的實施。通常的做法就是打補丁，在現有框架的基礎上更改優化。這樣不僅會帶來一些重復開發的工作，造成管理成本增加，且由于零部件工程師無法完整評估需要更改哪些關聯部件，以及是否會產生影響，因而存在風。全新平臺的架構設計則更利于實施正向開發思路。

2.1.2 平臺化設計提高零部件的通用性，降低成本

平臺化的開發支持零部件的通用性，同平臺各車型產量的疊加，直接促使零部件成本的下降，產品質量也更加穩定。大眾集團在這方面尤為明顯，不僅僅是外觀上的套娃，其內在的電子架構也是平臺化的產物。大眾這一開發理念引領了行業風潮，相比之前的單打獨斗，實現平臺化在管理檢測和成本控制上的優勢非常明顯。

2.1.3 產品迭代快，提升競爭力

相同平臺的車型，由于開發是同時啟動的，且零部件的通用化程度很高，因而當首款車型上市后，后續車型的迭代會非常快，通常只需要5～8個月的時間。以吉利的領克品牌舉例，領克01上市時間為2017年11月28日，領克02上市時間為2018年6月29日，領克03上市時間為2018年10月19日。領克系列能夠迅速上市并占領市場，就是得益于其CMA架構平臺的開發。

2.2 從狹義方面來看

2.2.1 推動網絡架構的升級

網絡架構的搭建是電子架構設計的核心部分，電子功能增多，信號交互增多，功能響應速度快，如果還基于早期的硬線連接通信方式，遠遠滿足不了功能需求的變化，同時還會帶來整車重量的增加。因此，有了總線通信的需求，目前較?遍的是CAN通信，后期隨著智能化的需求，CANFD＼ETHERNET都是未來主流的通信方式，更多是幾種通信方式集成的情況，隨著成本的降低和技術的提升，不排除全車使用局域網的可能性。

網段的劃分也基于功能實現方案，通常我們會把信號交互多的幾個控制器放在同一網段，這樣可以減少信號路由（通過網關轉發），實時性好，出現故障的幾率低。評判網絡架構的標準除了信號路由的數量以外，還有可擴展性的要求，一個好的網絡架構可以支撐電子架構平臺未來5～7年的功能需求[1]。

2.2.2 功能分配

前期的邏輯定義、信號交互都還停留在設計概念階段，到功能分配時涉及到落地的可行性，需要和供應商共同討論。這個階段也會受到很多外在條件的制約，零部件廠商的能力，主機廠的能力在這個階段會被徹底的挑戰。但不論博弈的過程如何，筆者認為高集成度控制器的前?都不會改變。高集成度控制器帶來的信號交互的減少、成本的降低是顯而易見的。也只有這樣才符合電子架構發展的目標：以平臺車型的需求為基礎，兼顧成本，質量、性能等因素，綜合平衡、優化的結果。

3 汽車電子架構的演變

上文已經提及網絡架構在電子架構設計中的核心地位，電子架構的演變之一就是網絡架構的演變。最早的電子架構就是硬線連接的線束原理圖，傳感器、控制器、執行器之間的信號交互、電源、驅動全部硬線實現。功能多導致線束多，增重、裝配困難等問題接踵而至。

到第2代的電子架構采用總線通信時，這種狀況才得以緩解，大部分的信號可以通過CAN/LIN總線傳遞，大大減少了線束的數量。但由于網絡負載率的限制，也導致這種單網段的通信無法擴展更多的功能，于是有了第3代電子架構的產生，多網段CAN總線通信網絡架構，這一代架構基本可覆蓋之前10年里所有功能的通信需求。

早在2000年初，筆者剛剛接觸到CAN總線通信時，大眾、奧迪等外資企業就已經在使用多網段總線架構，那時候國內還沒有電子架構設計的概念。未來，隨著對自動駕駛，數字化駕駛艙、V2X等概念的提出，現在的第三代電子架構平臺已無法滿足傳遞數據量及傳遞速率的要求，早先提出的MOST/FLEXRAY總線技術也被以太網所取代，CAN的升級版CANFD也處于試用期，究竟能否替代CAN，還需要時間的檢驗。

目前，比較主流的做法是在對通信速率及帶寬要求較高的Infortainment功能域以及ADAS功能域采用以太網通信，其他網段仍然采用CAN總線通信。比如大眾最新的MEB平臺就采用了類似這種方案，可稱之為第3.5代電子架構。

4 汽車電子架構的發展趨勢

未來的第4代電子架構涉及到了域控制器的概念，也就是上文提及的高集成度控制器的一種發展趨勢（圖1）。在域控制器的加持下采用以太網為主干網，域控制器下屬的子網段則采用CAN通信，主要的控制策略和算法均在域控制器里，下屬的子網段里控制器則更多的承擔了信號的采集、簡單處理以及執行驅動的功能，這樣的控制器多放置于離傳感器或執行器很近的地方，或者直接和傳感器、執行器集成，最大程度減少線束的長度[2]。由于架構方案涉及到所有的電子部件，所以其發展方向也影響到零部件產品的發展方向。這是相輔相成的關系，零部件廠商的平臺規劃同時也影響到整車電子架構的發展趨勢。沒有好壞之分，架構設計需要平衡。

5 結束語

汽車電子架構的設計就好像房地產開發商蓋房子，房子蓋多大，地基打多深，總共蓋幾層，每戶有幾個房間，每個房間的功能是什么，每個房間有幾個插座，幾個開關，下水在哪里等等。在這個框架下，業主拿到房子后才能各顯神通進行風格各異的裝修。汽車電子架構設計也是如此，在約束各系統零部件開發的同時也要給予極大的自由度，這樣才能適應平臺下各車型的需求。

【參考文獻】

[1]羅紅梅，周逸凡.智能汽車產業的發展情況[J].摩托車技術，2019（03）.

[2]孫娜.智能汽車未來的發展趨勢分析[J].中外企業家，2018（25）.