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《汽車工程》2023年第6期發(fā)表了北京理工大學(xué)電動車國家工程研究中心研究成果"智能網(wǎng)聯(lián)汽車多域電子電氣架構(gòu)技術(shù)發(fā)展研究"一文。隨著汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化技術(shù)不斷發(fā)展，傳統(tǒng)電子電氣架構(gòu)已難以滿足面向未來的車路云網(wǎng)一體化發(fā)展新需求。論文聚焦面向未來的智能網(wǎng)聯(lián)汽車多域電子電氣架構(gòu)，分別從總體設(shè)計、硬件系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)4個方面對現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的綜述，并對我國電子電氣架構(gòu)的發(fā)展進(jìn)行展望。

(資料圖)

一、研究背景

智能網(wǎng)聯(lián)汽車是汽車由傳統(tǒng)運輸工具向新一代智能終端轉(zhuǎn)型的物理載體，對汽車電子電氣架構(gòu)(electrical/electronic architecture, E/E架構(gòu))的基礎(chǔ)設(shè)計理論和方法提出了新挑戰(zhàn)和新要求，催生了E/E架構(gòu)技術(shù)的新變革。E/E架構(gòu)技術(shù)作為ICV系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)之一，對整車軟硬件系統(tǒng)集成、功能實現(xiàn)、開發(fā)成本以及車輛綜合性能有著決定性的影響。

二、研究內(nèi)容

1. 多域電子電氣架構(gòu)技術(shù)現(xiàn)狀：按照算力集中程度，將E/E架構(gòu)劃分為分布式架構(gòu)、域集中式架構(gòu)和中央集中式架構(gòu)，并介紹了各個架構(gòu)的具體特點。

圖1 分布式架構(gòu)

圖2 域集中式架構(gòu)

圖3 多中央計算單元的中央集中式架構(gòu)

圖4 單中央計算單元的中央集中式架構(gòu)

2. 多域電子電氣架構(gòu)總體設(shè)計技術(shù)：E/E架構(gòu)總體設(shè)計是整車設(shè)計核心任務(wù)之一，E/E架構(gòu)評估是架構(gòu)方案再優(yōu)化的直接參考依據(jù)。論文綜合目前E/E架構(gòu)的主流開發(fā)設(shè)計流程及面向ICV的E/E架構(gòu)需求，從架構(gòu)需求定義、架構(gòu)功能設(shè)計、架構(gòu)拓?fù)湓O(shè)計、架構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計和架構(gòu)分析評估5個方面研究了多域E/E架構(gòu)總體設(shè)計和評估的重點研究內(nèi)容。

圖5 V 字型設(shè)計開發(fā)流程

3. 多域電子電氣架構(gòu)的硬件系統(tǒng)：重點研究了E/E架構(gòu)硬件系統(tǒng)中功能域控制器、區(qū)域控制器、中央計算單元、電源系統(tǒng)和線束系統(tǒng)的功能設(shè)計需求和關(guān)鍵技術(shù)。

圖6 智駕域控制器功能示意圖

圖7 智能座艙域控制器功能示意圖

圖8 區(qū)域控制器功能示意圖

4. 多域電子電氣架構(gòu)的通信系統(tǒng)：闡述了車載通信5種主流技術(shù)：CAN、LIN、MOST、FlexRay和車載以太網(wǎng)（ETH）的發(fā)展及現(xiàn)狀。論述了時間敏感網(wǎng)絡(luò)(time sensitive network，TSN)在實現(xiàn)車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)確定性、實時性、低延時、高安全傳輸?shù)膽?yīng)用潛力。詳細(xì)介紹了對車載通信具有重要影響的TSN協(xié)議4種類型：時間同步、流量控制、可靠性和資源管理。介紹了軟件定義車載網(wǎng)（software defined vehicular network, SDVN）的發(fā)展現(xiàn)狀，闡述了SDVN作為一種可編程和高靈活的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，在高效帶寬分配、車-路-云彈性算力分配等諸多場景的應(yīng)用潛力。最后總結(jié)了未來車載通信網(wǎng)絡(luò)的主要特點。

5. 多域電子電氣架構(gòu)的軟件系統(tǒng)：研究了軟件定義汽車（software defined vehicle, SDV）的概念、重要優(yōu)勢，總結(jié)了基于服務(wù)的軟件架構(gòu)的4層結(jié)構(gòu)。論述了軟硬件解耦對未來汽車開發(fā)、驗證和售后的影響和當(dāng)前面臨的主要技術(shù)難點，總結(jié)了軟硬件映射的技術(shù)難題和當(dāng)前解決方案。研究了面向服務(wù)的軟件設(shè)計、面向服務(wù)的通訊中間件和車用操作系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)。

圖9 基于服務(wù)軟件架構(gòu)

三、研究展望

目前針對ICV的多域E/E架構(gòu)研究日益增加，各國學(xué)術(shù)界和工業(yè)界均展開了大量的研究，各大型車企也都在先進(jìn)車型上進(jìn)行了初步部署，但是由于E/E架構(gòu)涉及要素的綜合性和復(fù)雜性，仍未形成一套完備的的E/E架構(gòu)設(shè)計理論、工程方法以及工具軟件，建議進(jìn)一步加強(qiáng)下述研究：

（1）加強(qiáng)架構(gòu)總體設(shè)計理論和方法研究；

（2）構(gòu)建軟件、硬件和通信接口標(biāo)準(zhǔn)體系；

（3）開發(fā)E/E架構(gòu)仿真測試驗證體系；

（4）加強(qiáng)多維度冗余架構(gòu)體系設(shè)計與信息安全縱深防護(hù)技術(shù)研究；

（5）加速ICV核心部件產(chǎn)業(yè)鏈國產(chǎn)化進(jìn)程。

創(chuàng)新點與意義

多域E/E架構(gòu)對于未來ICV能否普及并實現(xiàn)其預(yù)期功能有著重要意義。論文參考大量研究與產(chǎn)業(yè)實例，厘清了E/E架構(gòu)的發(fā)展需求與挑戰(zhàn)，梳理了E/E架構(gòu)的技術(shù)現(xiàn)狀，從總體設(shè)計、硬件系統(tǒng)、通信系統(tǒng)及軟件系統(tǒng)4個角度對多域E/E架構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)及現(xiàn)有方案進(jìn)行詳細(xì)的綜述，最后對未來架構(gòu)研究進(jìn)行了展望。論文對汽車行業(yè)電子電氣架構(gòu)技術(shù)研究具有重要的指導(dǎo)作用和參考價值。