主流国际OEM/TIRE1电子电气架构

主要是从网络架构角度写的，关于整车电子电气架构，还包括很多方面，下面我们来捋一捋。

首先架构是什么？不同的人对其有不同的理解，软件工程师觉得架构是软件模块的划分以及模块之间的关系，硬件工程师觉得架构是输入输出信号的数据流，整车工程师觉得架构是整车机械架构，比如丰田的TNGA架构。那么架构到底是什么呢，电气和电子工程师协会(IEEE)的定义：

architecture as the fundamental organization of a system embodied in itscomponents, their relationships to each other and to the environment, and theprinciples guiding its design and evolution.

架构是系统的基本组织，它表征系统内部模块之间的关系，模块与外部之间的关系，以及对其设计和改进的原则。

那对于整车电子电气架构而言，定义了各电子部件之间的关系，以及各电子部件所承载功能关系。如果需要深入系统学习架构，请参考《1月开课|汽车电子电气架构开发实践高级培训》《软件架构经理资质培训》

对于整车各电子部件的关系有分为以下几种：

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逻辑功能架构

逻辑功能架构可以认为是功能分配(如图1所示)，将不同的功能需求分配至不同的ECU。通常一个功能的实现需要若干执行器和传感器参与，所以一个功能是若干ECU、执行器、传感器的动作组合(如图2所示)。通过对功能的分配，整车各ECU的接口、ECU与ECU之间的逻辑关系也会逐渐被确定，最终形成逻辑功能架构。

图1 功能分配

• 功能的实现

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网络架构

功能分配好之后，需要各ECU协调完成，通常这种协调是通过ECU之间的通信来实现的，整车所有ECU间的通信组成了整车的网络架构(如图3所示)， 这种通信可以通过不同的总线形式来实现，比如对于自动驾驶类的ECU，数据的传输量很大，可以通过以太网实现，对于网关与外部的通信，可以通过蜂窝网络或者WIFI，对于数据量不大的通信而言，可以通过可靠有便宜的CAN实现。网络架构设计好之后，整车的通信矩阵也可以确定了。

• 整车网络架构

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电气架构

电气架构(如图4所示)是实现功能架构和网络架构的基础，在整车上，整车各ECU、执行器、传感器的供电，接地分配，线束走线是电气架构要考虑的，电气架构包含整车各ECU的供电、接地、整车线束等，在电气架构的设计时，需要考虑以下几点：

1.整车的电源及供电系统是否匹配

2.导线的选择是否合适

3.回路是否最短路径

4.保险丝和继电器是否选择合理

5. 插件是否合理，使用数量是否降到最低

6.回路数通过架构优化是否可以合并

7.其他

• 电气架构

整车电子电气架构的内容很多很多，以上就是个人对整车电子电器架构的不同维度理解，更深入的内容需要后续进一步去挖掘，比如当整车开发时提出需要该车型需要有某一特征，针对这一特征，怎么一层一层分解成各ECU的功能。

大众:MEB平台的电子电气架构

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MEB是什么？

MEB平台是模块化电气化工具(modularelectrification toolkit)的缩写，MEB平台是大众首个模块化传统车平台MQB向电动化进化的平台。从动力层面来看，基于MEB平台的车型可使用两套标准的动力传动系统，并且采用的是一款通用的动力电子系统和永磁同步电机。

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MEB电子电气架构

相较于MQB平台上采用的分布式电子电气架构，MEB则逐步过渡到域集成架构，从目前大众公布的资料来看，MEB平台围绕3个中央电脑搭建，分别叫ICAS1、ICAS2和ICAS3， ICAS是In Car applicationServer，架构图如图1所示。其中：

• MEB电子电气架构图

ICAS1由大陆提供并且搭载EB的adaptive AUTOSAR，其主要是负责车内应用服务，同时为ECU提供跨网通信能力，包括车身控制、电动系统、高压驱动、灯具系统、舒适系统等，其中ICSA1中分不同的网关，用于区分不同的网络，同时也为不同的局域网提供不同的安全防护，保证内部网络的数据安全，如图2所示。

• ICAS1内的数据保护

ICAS2主要用于支持高级自动驾驶功能，

ICAS3主要是负责娱乐系统的域控制器，把导航系统、仪表系统、HUB、智能座舱所有的算法和硬件集中于此。

另外MEB电子电气架构中3个中央电脑之间彼此之间通信使用1000Mbit/Sec进行通信；主要的计算是由ICAS1完成；ADAS的传感器与控制器之间采用的是100Mbit/Sec进行通信；执行器之间大多数是通过CANFD进行通信。

对于MEB的电子电器架构而言，大众直接从MQB的分布式直接跨入中央电脑，对于传统的车企而言，步子迈的还是很大的，毕竟软件不是传统车企的优势，从之前德国 Manager Magazin 报出的大众ID.3存在大量的软件问题，在2019年11月开始生产的ID.3没有配备正式的软件，离开装配线后，车辆必须暂时存放在专门租用的停车位。

大陆：汽车电子电器架构思考

在去年的IEEE802会议上，大陆发表了其对汽车电子电器架构和车载以太网的方面的看法。大陆将汽车电子电器架构的发展分为了三个阶段(如图1所示)：分别为当前的分布式架构，下一步的域控制器架构，以及最终的central and zone架构，这一点与之前讲到丰田和安波福对架构发展的看法是类似的。

• 架构发展

对于三种架构，大陆从通信角度对其进行了详细的分析(如图2、图3所示)，包括链路的通信速度，以太网链路的数量，数据流拥堵的节点数，链路通信负载，L2框架的大小，动态网络配置等。

• 网络拓扑对比

• 数据特性对比

除架构分析外，大陆对TSN(Time sensitive networking)在汽车上也进行了展望，首先TSN具有预留带宽、流量优先级、时间同步、流量基于时间调度、抢占帧五大能力，消除了传统以太网由于通信拥堵导致的不确定性，可以满足汽车对可预测延迟和保证带宽不断成长的需求。

对于汽车而言，大陆认为TSN的类型主要从两个方面考虑，一个为TSN的端口类型，一个为TSN桥。

首先TSN端口类型分为：

单端口通话器/监听器：主要用于安全数据处理单元，包括服务器以及天线模块

单端口通话器：用于ADAS的安全传感器，包括雷达，摄像头等

单端口监听器：用于安全相关的执行器，包括转向，刹车等。

从TSN桥来看，可分为3端口网桥(支持唤醒拓扑)、接入网桥(与网布车辆网络的接口)、聚合网桥。

从TSN端口和网桥的角度，大陆对以上提到的三种架构进行了对比，可以看出来以太网在之后的架构中将担起汽车电子电器架构中数据传输的重担，但是CAN、LIN、CAN FD依旧会保留，主要用于zone控制器与执行器、传感器之间以及执行器与传感器之间的通信。

TSN类型对比

安波福：SVA架构解析

为了满足自动驾驶和电气化对整车E/E架构高安全性、高数据吞吐能力等的要求，安波福提出了SVA(smart vehicle architecture)架构。在SVA中，至少有两份蓄电池和供电电路确保关键部件的供电安全，通过优先考虑安全相关的数据流量，来确保网络的稳定性，此外多路径拓扑保证数据在主路径异常的情况下，能通过备用路径传输至目标控制器。

对于大多数OEM来说，直接切换到一种全新的E/E架构几乎是不可能的，所以可以对现有E/E架构中单个组件采用SVA的理念，然后逐步渐进式的推广。

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域替代分布式ECU

SVA的核心为可扩展性的网络概念，其可以应用不同的车载控制器，且满足L3至L5级的需求。如图1所示，该架构由几个主要的域控制器组成。当前采用该理念的是zFAS中央驾驶辅助控制器，它由安波福开发，并应用于奥迪A8。

• SVA架构

未来类似于zFAS的高性能计算平台将接管处理内部和外部(Car2X，网络连接)数据的网关功能，信息娱乐功能等，同时由于其强大的性能，多个域计算平台可以互相对安全相关的驾驶功能进行备份。另外高性能平台可将当前架构中近100个ECU进行功能整合，降低E/E架构的复杂度。当前，由于处理器能力、功耗以及有待评估的数据量，整合至三个甚至两个计算平台还尚不能满足。

现代半导体技术和具有极高带宽的数据总线可满足技术先决条件。高达10 Gbit/s的以太网和HDBaseT仅仅是开始。安波福已经在研究传输速率为20至40Gbit/s的技术。另一种方案就是在区域控制器(zonal controller)中实现无损压缩和预评估，区域控制器主要用于接收数据，读取传感器的数据和控制分散在车上的执行器。安波福正在与合作伙伴一起研究以最小延迟时间进行压缩和解压缩的此类算法。然而，现有数据网络的带宽和传感器分辨率的提高以及更高的数据量之间的竞争，将仍然是自动驾驶进一步发展的基本特征。

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PDC区域控制器

PDC(power data centers)是安波福正在开发的一种区域控制器。理想情况下，车辆的四个角处自动驾驶相关传感器的密度、电力需求都很高，对于安装有自动驾驶套件的车辆来说，可以考虑在B柱附近增加两个PDC。

PDC可以为周围的电子系统分配电源，收集并分发大量原始传感器数据到中央计算机，在中央计算机中对它们进行处理以实现自动驾驶命令。此外，PDC可以执行更简单的控制功能，例如灯光，音频系统，从而进一步减少控制单元的数量。

作为全新的系统，PDC具有带诊断功能功能的保险丝。尽管智能保险丝要比常规保险丝贵，但它的诊断能力提高了安全性，此外可配置的保险丝特性可以减小线束的平均截面积。

例如，PDC具有诊断供电电压的能力，通常SVA会有两个独立且隔离的蓄电池，它们能提供不能的电压(例如12V和48V)，由于电源是通过环形拓扑分配到PDC，并从PDC分配给各子系统，因此PDC的智能熔断器可以通过快速准确地分析电流行为来检测短路，并关闭、隔离相关的网段。

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灵活的数据交互

传感器、PDC和多域计算机之间的数据交互采用环形拓扑，因此在出现故障时，可以保证通过环形拓扑的另一分支进行供电和数据交互。安波福首选的传输技术是HDBaseT技术（8Gbit/s）或10Gbits以太网。此外，PDC通过星形CANFD网络链接到中央网关，因此在“唤醒”车辆后可以快速响应某些功能。

此外，SVA中为重要的传感器提供了交叉连接。例如，即使右前侧的PDC发生故障，右前侧的雷达传感器仍可以传送数据，因为它已连接到电源和左前侧的PDC。这种传感器群集使车辆的每个部分都能保持足够的信息深度。即使PDC发生故障，车辆也可以继续以受控方式安全停车-例如，停至停车场。

除了诊断能力，智能安全概念和能源管理之外，安波福的SVA还提供了功能安全性的特性，如图2所示。分区划分（因此减少了线束的使用）以及标准组件的广泛使用可以简化自动化生产，这也符合许多OEM的期望(他们不仅期望布线系统生产中更高水平的自动化，而且期望更高的制造质量和更低的成本)。最后，制造工艺和参数的可追溯性得到了改善。

• SVA架构的功能安全特性

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总结展望

由于对电子设备的高要求，首批全自动或辅助驾驶汽车的成本可能达六位数。借助SVA，安波福希望大幅降低L4级或L5级兼容E/E架构的成本。安波福认为，与目前的布线系统相比，完全实施SVA会使成本最高增加30％。

• SVA发展路普

第一个支持SVA的组件已经开始研发，如图3。预计PDC大约需要五年SOP

大小约为平装本大小。从下个十年中期开始，第一批OEM可以实施全新的SVA。自动驾驶的出租车将担起先锋角色，由于最初将其大量用作车队车辆，因此很可能会计入最初的高昂成本。一旦智能架构经历了其第一个优化循环和成本下降后，就应考虑在下个十年的后半场将其广泛用于L4级私家车。