汽車電子電氣架構(gòu)簡介

什么是電子電氣架構(gòu)？電子電氣架構(gòu)包含了車上所有的硬件、軟件、傳感器、執(zhí)行機構(gòu)、電子電氣分配系統(tǒng)，電子電氣架構(gòu)是通過系統(tǒng)集成化的工具把這所有的內(nèi)容整合到一起，它包含了最軟件設(shè)施、硬件設(shè)施和高效的動力和信號分配系統(tǒng)三個基礎(chǔ)的要素，在軟件設(shè)施和硬件設(shè)施具備基礎(chǔ)上還要一套高效的動力和信號分配系統(tǒng)把這些軟件和硬件有機地結(jié)合到一起。電子電氣架構(gòu)（EEA）涉及電子與電氣兩部分，它是在成本、重量、可靠性等一定約束條件下，能最優(yōu)實現(xiàn)整車電子與電氣需求的技術(shù)方案。電子電氣架構(gòu)是整車電子電氣開發(fā)的主體框架，為具體的整車項目中的模塊開發(fā)提供整車實現(xiàn)方案與規(guī)范指導(dǎo)，需具備前瞻性，平臺化，可拓展性等特點。

總結(jié)來說，電氣架構(gòu)是整車電氣系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，它包括功能，系統(tǒng)，組成系統(tǒng)的零件，零件與零件之間的相互關(guān)系，零件與環(huán)境之間的關(guān)系，以及指導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計和演化的原理。

下圖電子電氣架構(gòu)視圖。

EEA的主要支撐技術(shù)

1. 車載以太網(wǎng)：在車載以太網(wǎng)概念出現(xiàn)之前，我們知道汽車內(nèi)已經(jīng)有不同的總線標(biāo)準(zhǔn)在應(yīng)用，包括CAN、LIN、FlexRay、MOST等；那為什么還需要車載以太網(wǎng)呢？主要還是因為車載以太網(wǎng)在面向未來應(yīng)用的低成本、高帶寬、低延遲等特性。
2. 仿真技術(shù)：依賴于V流程，有整車級、系統(tǒng)級、軟硬件等多種層級的仿真，針對于具體應(yīng)用包括新能源、智能駕駛等領(lǐng)域的仿真，主要優(yōu)點是可以縮短產(chǎn)品開發(fā)流程、降低開發(fā)成本。

3. 信息安全：在EEA中，當(dāng)車與外界互聯(lián)時，涉及到信息安全。在第一、二代EEA中，廣播收音系統(tǒng)、胎壓監(jiān)測系統(tǒng)、汽車安全門禁系統(tǒng)等都涉及到信息安全；未來EEA中，面向5G的LTE V2X，基于以太網(wǎng)的DOIP等與外界頻繁交互的功能及相關(guān)產(chǎn)品需要考慮信息安全。

4. 功能安全：現(xiàn)在講功能安全的車廠和零部件公司很多，但始終不要忘記，功能安全是正向開發(fā)的，一個優(yōu)秀的EEA，會將功能安全需求合理的分配給相應(yīng)的零部件。

5. 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計：根據(jù)EEA要求，設(shè)計網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、點與點的通信方式、傳輸速率等。
6. 診斷設(shè)計：根據(jù)EEA要求，參考相關(guān)診斷標(biāo)準(zhǔn)，完成ECU級別的診斷設(shè)計。

7. 電氣設(shè)計：主要指線束設(shè)計，作為汽車內(nèi)部的神經(jīng)血管，未來EEA中對于線束設(shè)計的要求方向是：輕量化、縮短整車線束長度；電氣設(shè)計還包括整車的電源分配、EMC設(shè)計等。8. 硬件設(shè)計：EEA，需要通過硬件來實現(xiàn)落地。未來架構(gòu)中，域控制器/中央計算平臺會隨著MCU/MPU的性能提升而不斷提升，而每個域下的傳感器和執(zhí)行器會逐步走向標(biāo)準(zhǔn)化。9. 基礎(chǔ)軟件設(shè)計：每個ECU的基礎(chǔ)軟件會走向標(biāo)準(zhǔn)化，即滿足Classic AUTOSAR和Adaptive AUTOSAR。

10. 應(yīng)用軟件設(shè)計：基于模型的應(yīng)用層軟件開發(fā)將會是未來的發(fā)展趨勢，而未來的EEA將是基于服務(wù)的，類似于手機APP,可實現(xiàn)軟硬分離，車廠可以根據(jù)用戶的需求快速開發(fā)應(yīng)用軟件。

為什么要做電子電氣架構(gòu)（EEA）？

EEA是整車層面電子電氣相關(guān)需求的繼承及擴展，確保工程開發(fā)滿足整車層面的需求；

前期好的EEA規(guī)劃，能夠?qū)崿F(xiàn)降低成本，增強產(chǎn)品的競爭力；

EEA會前期定義好軟硬件接口，從而避免在系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計過程中出現(xiàn)系統(tǒng)之間不匹配的問題；

EEA能夠是實現(xiàn)平臺化、模塊化的基礎(chǔ)，保證技術(shù)方案的一致性，避免重復(fù)的開發(fā)及驗證，縮短開發(fā)周期，降低成本。

EEA的發(fā)展趨勢

目前市場上一些廠家已經(jīng)實現(xiàn)域控制器的量產(chǎn)，一些廠家還是用的分布式架構(gòu)?，F(xiàn)在的電子電氣架構(gòu)不僅要滿足車輛本身的功能和車輛本身的服務(wù)，還要延伸到云端，實現(xiàn)車跟車之間的互聯(lián)、車跟交通設(shè)施之間的互聯(lián)、車跟人之間的互聯(lián)，這些都將通過電子電氣架構(gòu)來實現(xiàn)，所以將來的電子電氣架構(gòu)是互聯(lián)的電子電氣架構(gòu)。

隨著智能化汽車的發(fā)展和新能源汽車的發(fā)展對電子電氣架構(gòu)的要求會越來越高，隨著用戶體驗系統(tǒng)、娛樂系統(tǒng)、互動系統(tǒng)和主動安全功能的不斷完善，導(dǎo)致目前的電子電氣架構(gòu)已經(jīng)無法滿足這些需求，現(xiàn)在的電子電氣架構(gòu)已經(jīng)沒有足夠的空間和相應(yīng)的成本增加，并且在物理安裝上也有很大的困難。如果在想繼續(xù)滿足自動駕駛和新能源汽車的相應(yīng)功能，現(xiàn)在的架構(gòu)已經(jīng)超過負(fù)載，目前的架構(gòu)需要更新。隨著智能車輛的普及，汽車會 采用集中計算架構(gòu)，實現(xiàn)集中計算，區(qū)域連接。后續(xù)繼續(xù)發(fā)展可能會將部分內(nèi)容放至云端。

汽車電信通信速率朝著高速化方向發(fā)展，而且越來越注重安全。電氣化、網(wǎng)聯(lián)化的推進也使功能安全、信息安全的問題越來越凸顯。安全的問題也在汽車開發(fā)過程中越來越受到重視。

未來的電子電氣架構(gòu)應(yīng)該具備四個特點：第一，要易擴展，第二要高性能，第三要一體化，第四要強安全。

易擴展就是電子電氣系統(tǒng)要很方便的增加、減少，按照功能的需求進行增減。第二高性能，不管我們在計算力還是通訊方面都需要有高性能的基礎(chǔ)。第三一體化，車和云是一體化的考慮，以后車不再是單獨獨立的個體，是云端互聯(lián)和旁邊的車一起形成有機的整體。第四是強安全，這是車從誕生以來就著重強調(diào)的，但是在智能網(wǎng)聯(lián)的時代安全性就更加重要。

第二方面是軟件，我們未來的架構(gòu)需要開放標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)軟件平臺，我們要從以前單個系統(tǒng)的縱向軟件開發(fā)轉(zhuǎn)向到橫向分層的結(jié)構(gòu)開發(fā)。面向服務(wù)架構(gòu)的設(shè)計，要成為我們未來電子電氣架構(gòu)設(shè)計主流的思想，統(tǒng)一協(xié)調(diào)車內(nèi)的資源，讓車內(nèi)的資源能夠快速、有效的進行重新組合，形成新的功能。

第三方面是軟硬分離對架構(gòu)開發(fā)模式帶來的變化。我們以前傳統(tǒng)交鑰匙的，整車廠、供應(yīng)商、用戶的關(guān)系很難維系，整車廠、供應(yīng)商、用戶要形成新的開發(fā)模式。我們合作模式來講，以前整車廠提需求，供應(yīng)商軟件做好交到整車廠，整車廠組裝測試，要變?yōu)檎噺S更多的涉及到底層軟件，包括硬件軟件的開發(fā)。第二個改變思維要從以前和消費者之間一錘子的買賣，售出車輛之后不再進行優(yōu)化的模式，變成全生命周期的迭代，就是從我們設(shè)計開始那一天到用戶拋棄這輛車，這輛車報廢的那一天，整個的生命周期要形成新的開發(fā)模式。第三是車云的協(xié)同開發(fā)，以后車的功能開發(fā)部再僅僅局限于車端，和云端一體化，以及云端快速的迭代、監(jiān)測，一些控制，將會成為車功能開發(fā)新的特點。第四個要和用戶一起，把用戶介入進來，以后我們整車上的功能不僅僅是整車廠的想法，用戶的想法要加入進來，要迭代到整個的開發(fā)流程當(dāng)中去，讓用戶也成為開發(fā)的一個部分，讓每個用戶都有屬于自己的一輛車，成為新的一個特性。

EEA應(yīng)該怎么做？

1. 架構(gòu)設(shè)計：明確開發(fā)目標(biāo)

對于城市規(guī)劃師來說，他們的設(shè)計對象并不是某一個街區(qū)或某個建筑，而是整個城市，他們要對整個城市的設(shè)計質(zhì)量負(fù)責(zé)。如果我們?nèi)绻哑嚿厦總€控制器甚至電子部件都想象成城市中的一個特定功能區(qū)域，那么電子電氣系統(tǒng)的架構(gòu)師做的就是規(guī)劃整個的E/E系統(tǒng)，并對E/E系統(tǒng)的設(shè)計質(zhì)量負(fù)責(zé)。

架構(gòu)師首先要確定E/E系統(tǒng)（整個城市）的主要功能和性能，然后根據(jù)確定的功能與性能的目標(biāo)來規(guī)劃整車的拓?fù)洌ǔ鞘械慕謪^(qū)）：確定有多少個主要的控制器、每個控制器的基本功能和相互的連接方式、車輛的主要通信網(wǎng)絡(luò)的形式（CAN或者以太網(wǎng)或其它）等，并要設(shè)計整車的電源方案等。

因為E/E系統(tǒng)在車上并不是一個孤立的系統(tǒng)，它要與車輛本身的物理架構(gòu)充分的融合，并與車輛的外部世界也有著密切的聯(lián)系，所以，在進行E/E系統(tǒng)的規(guī)劃時，他們還要考慮車輛本體的很多具體限制與能力，就如同城市規(guī)劃師需要考慮城市的地形、氣候以及與其它城市之間的關(guān)聯(lián)性一樣。每個控制器在車上的大致布置位置、質(zhì)量要求、性能要求等也是需要在架構(gòu)設(shè)計階段需要考慮并確定的。

上述的各種架構(gòu)設(shè)計階段所確定的各種詳細信息最終會以各種原則、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)或者需求等形式輸出給相關(guān)方，他們會根據(jù)得到的需求來進行詳細的設(shè)計，然后再交給最終承擔(dān)具體實現(xiàn)任務(wù)的各個供應(yīng)商進行部件的開發(fā)。

2 .系統(tǒng)開發(fā)：細化具體策略

對于一個城市來說，每個街區(qū)的功能都是不同的，比如說可以分為商業(yè)區(qū)、居住區(qū)、工業(yè)區(qū)等等。因為每個街區(qū)的功能不同，所以它們的設(shè)計要求也不同。例如：居住區(qū)要能夠容納100萬人，并有各種便利的生活設(shè)施，而工業(yè)區(qū)要能夠支持多個大型的工業(yè)項目的生產(chǎn)、物流等要求。當(dāng)某一個街區(qū)的設(shè)計要求由城市規(guī)劃師確定之后，一般會有專門的人員進行詳細的設(shè)計。例如：負(fù)責(zé)居住區(qū)的設(shè)計師把城市規(guī)劃師的要求可以細化為：1000棟高20層的樓、有3所小學(xué)、兩座醫(yī)院等等，并詳細的在圖紙上列出它們的位置和邊界，并對區(qū)內(nèi)的交通網(wǎng)絡(luò)、通信、電力網(wǎng)絡(luò)等進行詳細的設(shè)計，并給出具體的要求。這個過程可以類比為E/E系統(tǒng)中的系統(tǒng)設(shè)計。

車上的E/E系統(tǒng)也會被分為多個域或者子系統(tǒng)，每個域或者子系統(tǒng)的功能與技術(shù)要求都是不同的，比如：底盤控制、儀表顯示、電池管理等。所以一般都會由來自專業(yè)領(lǐng)域的系統(tǒng)工程師來負(fù)責(zé)進行詳細的設(shè)計。他們會像街區(qū)的設(shè)計師一樣，根據(jù)架構(gòu)設(shè)計的要求對自己所負(fù)責(zé)的領(lǐng)域進行詳細的設(shè)計。燈光控制的系統(tǒng)工程師會根據(jù)車輛的配置和功能需求來設(shè)計燈光系統(tǒng)的詳細邏輯以及具體的信號交互、硬件驅(qū)動的參數(shù)要求，并且給出對每個相關(guān)部件的詳細要求，從而讓各個部件的工程師能夠完成對部件的詳細設(shè)計。

3. 零部件設(shè)計：詳細設(shè)計不同的域、零部件

當(dāng)街區(qū)的設(shè)計完成之后，接下來要做的就是每棟建筑的詳細設(shè)計，建筑的設(shè)計者發(fā)布的圖紙中規(guī)定了房屋的主要結(jié)構(gòu)、所在位置與周邊環(huán)境的相互關(guān)系，以及屋中各種組件的位置與相互之間結(jié)合的關(guān)系，比如磚混結(jié)構(gòu)、房屋的具體位置和朝向、臥室與客廳的相對位置與尺寸、馬桶在衛(wèi)生間中的位置等，還會對各種建筑材料的選取原則給出具體的標(biāo)準(zhǔn)，比如水泥的標(biāo)號，鋼筋的型號，各種電線的等級要求等等。

零部件工程師完成的也是類似的工作，他們會和供應(yīng)商進行深入合作，在滿足系統(tǒng)工程師給出的具體要求的前提下，進一步詳細的設(shè)計每一個具體的零部件，完成諸如硬件、軟件邏輯的詳細設(shè)計、整個零部件的外觀尺寸、可靠性和EMC標(biāo)準(zhǔn)等，并要確保供應(yīng)商的產(chǎn)線能夠保質(zhì)保量的穩(wěn)定生產(chǎn)，隨時解答供應(yīng)商的各種問題，并將其中的部分問題反饋給系統(tǒng)工程師乃至架構(gòu)師，讓他們決定是否要更改原來的設(shè)計。

4 供應(yīng)商開發(fā)：系統(tǒng)的搭建及實現(xiàn)

在各種設(shè)計需求最終到達供應(yīng)商的時候，供應(yīng)商就要開始具體的實施工作了。

在建筑行業(yè)，施工單位拿到具體的圖紙之后，將組織施工隊伍進行具體的建造工作，并最終在驗收完成后結(jié)束一切具體的工作。而汽車行業(yè)的供應(yīng)商則有所不同，他們將在設(shè)計驗收之后開始大規(guī)模的量產(chǎn)活動（SOP，Start Of Production），并且一直持續(xù)到產(chǎn)品退市（EOP，End of Production）。而且，對于很多復(fù)雜的產(chǎn)品，整車廠與零部件供應(yīng)商的設(shè)計職責(zé)之間的界限并沒有那么清晰，很多時候，整車廠只要給出概要性的設(shè)計，所有的詳細設(shè)計工作都由供應(yīng)商來完成。

從整個E/E系統(tǒng)的開發(fā)實現(xiàn)過程中可以看出：無論是架構(gòu)設(shè)計、系統(tǒng)設(shè)計還是零部件的設(shè)計，其實都是設(shè)計的過程，而設(shè)計本身是一種不斷產(chǎn)生需求、傳遞需求的活動，上下游之間的信息傳遞過程是以需求作為載體的，設(shè)計過程產(chǎn)生的各種規(guī)范、原則、標(biāo)準(zhǔn)等本質(zhì)是一種需求——一種需要下游來遵守或滿足的需求。需求的傳遞并非完全是瀑布式的單向傳遞，而是雙向的，只有被下游接受了的需求才是有效的需求，而且，下游是可以反向?qū)ι嫌翁岢鲂枨蟮摹＞唧w需求的最終實現(xiàn)則是通過供應(yīng)商的開發(fā)、驗證和生產(chǎn)活動完成的。

EEA的評估

一個架構(gòu)成功與否必須有它的評價條件。上圖的評價維度僅供參考，也不全面。后續(xù)會根據(jù)理解繼續(xù)細化。

審核編輯 ：李倩