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汽车电子电气架构专题报告:从特斯拉看汽车电
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摘要:如需报告请登录【未来智库】。 1、汽车电子电气架构:汽车的中枢神经 1.1. 汽车电子电气架构 EEA:电子电气设计的整体解决方案 汽车电子电气架构 E/E 架构(EEA, Electrical/Electronic Archite
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1、汽车电子电气架构:汽车的中枢神经
1.1. 汽车电子电气架构 EEA:电子电气设计的整体解决方案
汽车电子电气架构 E/E 架构(EEA, Electrical/Electronic Architecture)由德尔福公司提出。汽车电子电气架构将传感器、ECU、线束、电子电气分配系统整合,实现了汽车整体的配置和功能的实现。
E/E 架构通过物理层面的布置,对车身信息进行转化和处理,为汽车电子电气设计提供了整体的解决方案。车上每一个功能都有一个最基础的电气架构作为支撑,包括供电、控制、执行、反馈等回路,而整车的电子电气架构就是这些基础电气架构的有机组合。
电子电气架构市场规模较大,ECU/DCU 占比最高。电子电气架构设计组件包括软件、ECU/DCU、集成验证、动力系统、传感器以及其他包括线束在内的电气器件。2020 年软件与电子电气架构市场规模 2380 亿美元,ECU/DCU 市场规模 920 亿美元,占比 38.7%。
1.2. 大部分车企仍处于分布式架构阶段
目前大部分车企仍处于分布式架构阶段,小部分车企出现分域的概念。目前整车的控制体系以电控单元 ECU 为核心,每个功能对应一个或多个 ECU,比如加热装置 ECU、多媒体系统 ECU 等等。
电子控制单元 ECU( Electronic Control Unit)是汽车专用微机控制器。一般由 CPU、存储器(ROM、RAM)输入/输出接ロ(WO)、模数转换換器(AD)以及驱动等大规模集成电路组成。随着汽车的电子化发展,ECU 由用于控制发动机逐渐深入到整个汽车,一辆车上的 ECU 个数也急剧增多。从 1993 年到 2010 年,奥迪 A8 上使用的 ECU 个数从 5 个快速增加到超过 100 个。
随着汽车需要实现的功能越来越复杂、ECU 的数量越来越多,部分车企一方面将 ECU 按照车身、底盘、动力、信息娱乐等进行域的划分,另一方面通过中央控制网关实现跨功能连接,加强各个部件的协作。
1.3. 传统软件架构及其开发模式以面向信号为中心
传统汽车软件架构为面向信号的架构(Signal-Oriented Architecture),ECU 之间基于信号进行点对点的通讯。在面向信号的架构中,整个系统是“封闭静态分布式系统”,所有的决策在架构设计时被完成。车辆的软件与组件相互绑定,无法统一对软件进行开发和修改。
面向信号的架构优势在于系统的已知性和可预测性。设计师可以在设计时对资源进行优化,比如消息副本和总线调度。劣势在于运行时的灵活性低,以及系统在后续无法拓展。同时,面向信号的架构只使用具有发送发/接收方接口的软件组件,因而不支持更加复杂的功能实现。
1.4. 传统车企的信号传输以 CAN/LIN 总线为主
控制器局域网络 CAN(Controller Area Network)是国际上应用最广泛的现场总线之一。CAN 总线解决现场控制设备和高级控制器之前的信息传递问题,是自动化领域中底层数据通信网络。在现代大型整车厂的汽车设计中,CAN 已经成为首选装置。与其它现场总线比较而言,CAN 总线具有通信速率高、检错处理高效、性价比高等优势。
局部互联协议(LIN 总线)是面向汽车低端分布式应用的低成本,低速串行通信总线。OEM 使用 LIN 总线主要是为了在不需要 CAN 总线的带宽和多功能的时候降低成本,同时可以为汽车网络提供辅助功能。
LIN 总线与 CAN 总线相比在成本上的优势,主要源于其单线传输的特点、硅片中硬件或软件的低实现成本,以及其无需在从属节点中使用石英或陶瓷谐振器。而这些的代价就是 LIN 总线以较低的带宽和受局限的单宿主总线访问方法。
2. 汽车 E/E 架构变革时代,朝着多域控制发展
2.1. 汽车电子电气架构从分散式向更集中的多域控制升级
E/E 结构变革可以分成五个阶段,目前大部分车企仍处于第三代 E/E 分布式体系到第四代的变化过程中,从分散式走向更集中。在第三代 E/E体系中,功能在具有高度软件到硬件(SW-to-HW)集成的 ECU 上。第四代 E/E 体系中出现核心域控制器,在整合多个功能的基础上进行成本优化和更多功能的实现
按照麦肯锡的定义,E/E 结构可以划分为五个阶段:1、出现独立 ECU,功能根据 ECU 进行一定程度的分离,功能与 ECU 一一对应;2、出现分域的概念,包括动力、底盘、车身等等域,同一个域的 ECU 被合并,域与域的交流较少;3、通过控制网关跨功能连接加强域与域的联系,可以处理更加复杂的功能,比如自动驾驶;4、出现核心域控制器对功能进行整合,可以实现更复杂的功能;5、出现虚拟域,专属硬件减少,应用以太网加强通讯能力,汽车更像是一台高性能电脑。
文章来源:《时代报告》 网址: http://www.sdbgzz.cn/zonghexinwen/2020/0801/435.html