电子电气架构---智能汽车应该是怎么样的架构？

我是穿拖鞋的汉子，魔都中坚持长期主义的汽车电子工程师。

老规矩，分享一段喜欢的文字，避免自己成为高知识低文化的工程师：

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屏蔽力是信息过载时代一个人的特殊竞争力，任何消耗你的人和事，多看一眼都是你的不对。非必要不费力证明自己，无利益不试图说服别人，是精神上的节能减排。无人问津也好,技不如人也罢,你都要试着安静下来,去做自己该做的事.而不是让内心的烦躁、焦虑、毁掉你本就不多的热情和定力。

时间不知不觉中，快要来到深秋。马上到了中秋和国庆的假期，成年人的我也不知道去哪里渡自己的灵魂，独自敲击一些文字算是对这段时间做一个记录。

本文主要分享电子电气架构---智能汽车应该是怎么样的架构？

一、新的需求带来新的架构变化

新的对应智能汽车的电子电气架目的降低了复杂性，实现了可扩展解决方案和向软件定义车辆的过渡。作为可持续架构降低总体拥有成本，同时创建一个开放的创新平台。可降低总体拥有成本，实现功能丰富的高度自动化汽车。通过基于标准的接口方法来实现这些目标，从而提高了重复利用率，并创建了一个开放的创新平台。

智能汽车的电子电气架构（EEA, Electronic/Electrical Architecture）的革新，是汽车行业向软件定义汽车（SDV, Software-Defined Vehicle）转型的关键一步。这种新型架构的设计目标直接针对传统汽车电气系统复杂度高、扩展性差、成本难以降低等问题，通过一系列创新手段，不仅简化了系统结构，还极大地提升了汽车的可扩展性、灵活性以及智能化水平：

-> 1、降低复杂性

新的EEA通过模块化设计，将汽车内部的各种电子控制单元（ECU）和功能域进行高度集成和简化，减少了系统间的冗余连接和信号交互，从而大大降低了系统的复杂性。这种简化不仅提高了系统的可靠性和稳定性，还减少了故障点，降低了维护成本。

-> 2、可扩展解决方案

新架构支持高度可扩展的解决方案，意味着汽车制造商可以根据市场需求和技术进步，轻松地在现有平台上添加新功能或升级现有功能，而无需对整车架构进行大规模改动。这种灵活性使得汽车制造商能够更快地响应市场变化，推出更具竞争力的产品。

-> 3、向软件定义车辆的过渡

软件在智能汽车中的重要性日益凸显，新的EEA为软件定义汽车提供了坚实的基础。通过分离硬件和软件，汽车制造商可以更加专注于软件的开发和升级，实现汽车功能的快速迭代和个性化定制。同时，软件定义的特性也使得汽车能够通过OTA（Over-The-Air）更新来持续获得新功能，延长了车辆的生命周期。

-> 4、降低总体拥有成本

通过减少硬件冗余、提高系统集成度和优化供应链管理，新的EEA有助于显著降低汽车的制造成本。同时，由于系统的模块化设计，使得维修和更换部件变得更加便捷和经济，从而降低了用户的维护成本。此外，软件定义的特性也使得汽车制造商能够通过远程服务等方式增加收入来源，进一步分摊总体拥有成本。

-> 5、创建开放的创新平台

基于标准的接口方法是新EEA的重要特征之一，它促进了不同供应商之间的互操作性，为汽车制造商提供了一个开放的创新平台。在这个平台上，汽车制造商可以轻松地集成来自不同供应商的技术和服务，加速新产品的开发和上市速度。同时，开放的平台也吸引了更多的创新者和开发者参与进来，共同推动汽车行业的进步。

二、智能架构的三个要素

智能汽车的三个基本要素让其优于常规E/E架构：

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->1、软硬件分离

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->2、I/O与计算分离

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->3、基于支持服务器的计算

1、软硬件分离

与硬件相比，软件定义的功能需要更频繁的更新。通过将两者分离，我们实现了独立的生命周期，并极大地扩展了重复使用性。

软硬件分离意味着软件和硬件在设计和开发过程中被明确区分开，各自拥有独立的生命周期。这种分离打破了传统“软硬件一体”的交钥匙式供给模式，使得主机厂能够更灵活地管理软件和硬件的更新迭代。

与硬件相比，软件定义的功能需要更频繁的更新以满足不断变化的用户需求和技术进步。软硬件分离后，软件更新不再受硬件限制，可以独立进行，从而大大加快了软件更新的速度。这种快速的软件迭代能力使得智能汽车能够持续保持竞争力，满足用户对于新功能和改进性能的需求。

软硬件分离后，软件和硬件之间的耦合度降低，使得同一套软件可以在不同型号的硬件上运行。这种跨平台的兼容性提高了资源的重复利用率，降低了开发成本和时间。

模块化设计是软硬件分离的重要体现之一。通过将复杂的系统划分为多个独立的模块，每个模块都可以独立地进行开发和测试。这种模块化设计不仅提高了系统的可扩展性，还使得各个模块之间可以更容易地进行替换和升级。

这样的优势如下：

缩短产品开发周期：软硬件分离使得软件和硬件的开发可以并行进行，甚至在某些情况下可以提前进行软件开发。这种并行开发模式显著缩短了产品的整体开发周期，使得汽车制造商能够更快地推出新产品。

提升用户体验：通过独立的软件更新和迭代，智能汽车可以不断引入新的功能和改进现有功能，从而提升用户体验。例如，通过OTA（Over-The-Air）更新，智能汽车可以在不更换硬件的情况下获得最新的导航地图、语音助手等功能。                                      

促进创新：软硬件分离为智能汽车的创新提供了更广阔的空间。由于软件可以独立于硬件进行更新和迭代，汽车制造商可以更加专注于软件的创新和开发，推动智能汽车向更加智能化、个性化的方向发展。

2、I/O与计算分离

区域控制器整合了与传感器、执行器和外围设备的物理和逻辑连接。这样就能以通用、优化的方式连接到功能强大的域控制器，从而提高灵活性和可扩展性。

在智能汽车的电子电气架构中，I/O（输入/输出）与计算的分离是一个重要的设计原则，它通过区域控制器的引入，实现了与传感器、执行器和外围设备之间物理和逻辑连接的整合，进而以通用、优化的方式连接到功能强大的域控制器。这种设计极大地提高了系统的灵活性和可扩展性。

通过将I/O与计算分离，区域控制器能够作为传感器、执行器和外围设备的中转站，使得这些设备可以更加灵活地接入到系统中。当需要添加或替换设备时，只需调整区域控制器的配置，而无需对整个系统进行大规模的改动。

随着技术的不断进步和市场的不断变化，智能汽车需要不断升级和扩展其功能。I/O与计算的分离使得这种升级和扩展变得更加容易。例如，当需要引入新的传感器或执行器时，只需确保它们能够与区域控制器兼容，并通过区域控制器连接到域控制器即可。

区域控制器通过整合物理和逻辑连接，能够更有效地管理传感器和执行器的数据传输和信号处理。这有助于减少数据冗余和传输延迟，提高系统的整体性能。同时，由于计算任务被集中到域控制器中，区域控制器可以专注于I/O管理，从而优化资源利用。

传统的汽车电子电气架构中，传感器和执行器通常直接连接到ECU（电子控制单元）上，导致系统结构复杂且难以维护。通过引入区域控制器并实现I/O与计算的分离，可以简化系统设计，降低系统的复杂性和维护成本。

I/O与计算的分离以及区域控制器的引入是智能汽车电子电气架构中的重要创新。它们不仅提高了系统的灵活性和可扩展性，还优化了资源利用并简化了系统设计。随着技术的不断进步和市场的不断发展，这种设计原则将在未来智能汽车的发展中发挥更加重要的作用。

3、基于支持服务器的计算

计算服务器化使我们能够在多个应用之间灵活共享资源。这不仅能减轻重量、降低成本，还能在需要时提供经济实惠的冗余。

作为新智能汽车架构中的域控制器，通过在关键位置布置区域控制器，OEM可以降低复杂性和成本，同时发挥智能车辆架构系统的重要优势。作为电源和数据中心，区域控制器能够：

-> 降低复杂性。通过降低车辆物理机构的复杂性，简化生产过程，同时允许引入自动化技术以确保产品质量并降低成本。分布式 ECU 的向上集成还可实现功能整合。

-> 智能电源管理。区域控制器通过智能保险丝集中管理车辆的 电源分布，与传统熔断保险丝相比，可以实现更优的布线和更好的控制。

-> 预测性维护。域控制器的软件能够检测连接至区域控制器的电线是否接近故障状态，并将此信息反馈给中央系统，从而在影响到车辆运行之前防患于未然。

三、中央处理器HPC（计算中心）

HPC可以是电源和车身控制器、推进和底盘控制器、数据网络路由器、网关、防火墙、区域主控制器和数据存储中心，集多项功能于一身，也可以仅执行其中的一些功能。它在架构中起着关键作用，负责将软件代码转化为实际动作，将抽象的数据指令转换为车辆的实际移动性能。这种高度集成的设计使得HPC成为汽车架构中的核心组件，负责协调和管理车辆内部的各种复杂操作。

HPC在将软件代码转化为实际动作方面发挥着关键作用。它能够将抽象的数据指令转换为车辆的实际移动性能，确保车辆按照预定的程序运行。这种能力使得车辆能够实现自动驾驶、智能导航、安全辅助等多种高级功能。

在这里插入图片描述

HPC能够处理与汽车中数百个组件的通信信号，这些信号包括传感器数据、控制指令等。通过将这些复杂的通信信号抽象为软件应用程序的服务，HPC大大简化了开发人员的工作。他们不再需要深入了解车辆内部的通信细节，而是可以专注于开发能够为用户带来实际价值的功能。

长期以来，汽车一直由信号控制，车身控制器向特定设备发送一帧数据，然后该设备将作出反应，执行特定功能。在面向服务的架构 中，功能以更为通用的服务形式呈现，供任何需要这些服务的应用程序订阅。

与传统的信号控制方式不同，面向服务的架构使得汽车功能以更为通用的服务形式呈现。这种架构允许任何需要这些服务的应用程序进行订阅和使用，从而提高了系统的灵活性和可扩展性。例如，一个自动驾驶系统可能需要订阅关于车辆位置、速度、方向等信息的服务，以便做出正确的驾驶决策。

随着汽车技术的不断发展，HPC在汽车系统中的作用将越来越重要。未来，我们可能会看到更多基于HPC的智能汽车功能被开发出来，如更高级的自动驾驶技术、更精准的车辆状态监测和预测维护等。同时，随着车联网技术的普及，HPC还将承担起车辆与外部网络进行通信和交互的重要任务。

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