学习笔记1——汽车电子电气架构EEA

EEA：Electrical/Electronic Architecture，电子电气架构电子电气架构简单地说就是把汽车里的传感器、中央处理器、电子电气分配系统、软件硬件通过技术手段整合在一起。通过这种架构，可以将动力总成、驱动信息以及娱乐信息等，转化为实际的电源分配的物理布局、信号网络、数据网络、诊断、容错、能量管理等电子电气解决方案。如果将汽车比作人体：汽车的机械结构相当于人的骨骼；动力、转向相当于人的四肢；电子电气架构则相当于人的神经系统和大脑，是汽车实现信息交互和复杂操作的关键。电子电气架构涵盖了车上计算和控制系统的软硬件、传感器、通信网络、电气分配系统等； EEA 汽车EEA把汽车中的各类传感器、 ECU （电子控制单元）、线束拓扑和电子电气分配系统整合在一起完成运算、动力和能量的分配，进而实现整车的各项功能。 1.1 EEA升级方向 EEA升级主要体现在3个方面：硬件架构：从分布式——》域控制/中央集中式方向发展；软件架构：从软硬件高度耦合——》分层解耦方向发展；通信架构：由 LIN/CAN 总线——》以太网方向发展。 1.2 EEA阶段划分 1.2.1 经典的博世六阶段博世公司给出的电子电气架构路线图分为六个阶段，已成行业共识：分布式阶段：模块化——》集成化；域集中式：集中化——》域融合；中央集中式：车载电脑——》车云计算； A 分布式阶段（以前） ① 分布式之模块化阶段单个ECU负责特定的功能，比如车上的灯光对应有一个控制器，门对应有一个控制器，无钥匙系统对应有一个控制器。随着汽车功能增多这种架构日益复杂无法持续。 ② 分布式之集成化阶段单个 ECU 负责多个功能， ECU数量较上一阶段减少。在这两个阶段，汽车电子电气架构仍处于分布式阶段， ECU 功能集成度较低。 B 域集中阶段（现在） ① 功能域控阶段（当前主流）

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功能域：根据功能划分的域——依据功能而设置域控制器，域控制器之间通过Ethernet和CANFD相连。博世划分的五个功能域：动力域、底盘域、车身域、座舱域、自动驾驶域。 ——名词解释： Ethernet：以太网 CANFD：CAN with Flexible Data Rate，CAN总线的扩展 ② 跨域融合阶段（正在发展）在功能域基础上，为进一步降低成本和增强协同，出现了跨域融合，即将多个域融合到一起，由跨域控制单元进行控制。功能域Domain架构融合5变3 整车控制域（车控域）：将动力域、底盘域、车身域合并而成。智能座舱域；自动驾驶域；比如：华为的“计算+通信CC架构” CC架构采用分布式网络＋域控制器的架构，将车辆分为三大部分：驾驶、座舱和整车控制；并推出了三大平台：MDC智能驾驶平台、 CDC智能座舱平台和VDC整车控制平台； C 中央计算+区域控制架构（未来）区域架构Zonal 比如：特斯拉Model 3 的EEA划分中央计算模块（CCM）：整合了信息娱乐系统（IVI）、辅助驾驶系统（ADAS/Autopilot）和车内外通信三部分；左车身控制模块（BCM LH）；右车身控制模块（BCM RH）； 1.3 EEA发展各阶段特点 2.1 分布式架构（早期）早期的EEA采用分布式架构分布式架构下，每个ECU功能独立——每个 ECU 通常只负责控制一个单一的功能单元，彼此独立，分别控制着发动机、刹车、车门等部件，常见的有发动机控制器（ ECM ）、传动系统控制器（ TCM ）、车身控制器（ BCM ）、电池管理系统（ BMS ）等。各个 ECU 之间通过 CAN总线或者 LIN总线连接在一起，实现信息交换。随着汽车功能增加，ECU 的数量从几十个快速增加到 100 多个， ECU 数量越多，对应的总线的线束长度、重量也相应增加，导致整车成本增加、重量增加、汽车组装的自动化水平低。分布式计算导致了车内信息孤岛、算力浪费、软硬件耦合深，主机厂严重依赖供应商。整个系统缺乏兼容性和扩展性。车厂要进行任何功能变更都需要和许多不同的供应商去协商软硬件协调开发问题，每新增一个新功能都需要增加一套 ECU 和通信系统，耗时长，流程繁琐。且由于每个 ECU 绑定一个具体功能无法实现横跨多个 ECU 传感器的复杂功能，亦无法通过 OTA（ Over the Air ）来保持汽车软件的持续更新。 2.2 域集中式架构（现在）汽车发展到域集中阶段，基于少量高性能处理器打造汽车的“ 大脑”，通过一套新型的电子电气架构，形成快速传递信息的“神经网络”和“血管”，以控制和驱动所有电子件和传感器。大脑：少量的高性能计算单元替代过去大量ECU，使车辆上的ECU大量减少； ECU 的减负意味着把整车原先搭载的几十上百个 ECU 逐一进行软硬件剥离，再把功能主要通过软件迁移到域控制器中。域控制器：是指域主控硬件、操作系统、算法和应用软件等几部分组成的整个系统的统称。在此阶段，主要是按照功能划分域，每个域的核心是域控制器，各域控制器通过以太网连接到中央网关，各功能域中通过CAN/LIN/Flexray等总线将执行器、传感器等连接到各功能域的域控制器。在域集中式架构的基础上，更进一步把不同功能的域进行整合，就到了跨域融合阶段。 2.3 中央计算+位置域架构（正在大力推进）随着功能域的深度融合，功能域逐步升级为更加通用的计算平台，从功能域跨入位置域（如中域、左域、右域）区域控制器平台ZCU（Zonal Control Unit）是整车计算系统中某个局部的感知、数据处理、控制与执行单元。它负责连接车上某一个区域内的传感器、执行器以及 ECU 等，并负责该位置域内的传感器数据的初步计算和处理，还负责本区域内的网络协议转换（集成了网关功能）。位置域实现就近布置线束，降低成本，减少通信接口，更易于实现线束的自动化组装从而提高效率。传感器、执行器等就近接入到附近的区域控制器中，能更好实现硬件扩展，区域控制器的结构管理更容易。区域接入中央计算保证了整车架构的稳定性和功能的扩展性，新增的外部部件可以基于区域网关接入，硬件的可插拔设计支持算力不断提升，充足的算力支持应用软件在中央计算平台迭代升级。例如：小鹏X-EEA 3.0电子电气架构，采用中央超算HPC+4个区域控制的高融合硬件架构，首款搭载X-EEA3.0架构的小鹏G9。 2.4 汽车云计算架构（未来）将汽车部分功能转移至云端，车内架构进一步简化。车的各种传感器和执行器可被软件定义和控制，汽车的零部件逐步变成标准件，彻底实现软件定义汽车功能。