近些年來(lái)伴隨著應(yīng)用計(jì)算機(jī)(微處理機(jī))和集成電路的成果在汽車(chē)工業(yè)的廣泛應(yīng)用，汽車(chē)正逐漸從機(jī)械產(chǎn)品屬性向電子產(chǎn)品屬性演化！而當(dāng)前正在轟轟烈烈進(jìn)行的汽車(chē)“新四化”浪潮將催生汽車(chē)電子技術(shù)在信息通訊、電子電氣架構(gòu)、軟件架構(gòu)、處理器和傳感器等五個(gè)方面發(fā)生變革。

1、汽車(chē)總線通訊從CAN總線向汽車(chē)以太網(wǎng)發(fā)展

汽車(chē)總線技術(shù)解決各個(gè)控制器之間信息交互問(wèn)題，目前汽車(chē)總線技術(shù)以CAN總線為主，LIN總線為輔，CAN總線具有多主仲裁的特點(diǎn)，但是它在每個(gè)時(shí)間窗口里只能一個(gè)節(jié)點(diǎn)贏得控制權(quán)發(fā)送信息，其他節(jié)點(diǎn)都這個(gè)時(shí)候都要變?yōu)榻邮展?jié)點(diǎn)，因此CAN總線只能實(shí)現(xiàn)半雙工通訊，最高傳輸速度1Mbps（40m）。為了獲得更大的傳輸速度，BOSCH，freescale等公司開(kāi)發(fā)了Flexray總線用作線控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸，寶馬、戴姆勒公司開(kāi)發(fā)了MOST （多媒體傳輸系統(tǒng)）總線用作娛樂(lè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸。

各類(lèi)總線的成本和帶寬

但隨著汽車(chē)“新四化”的發(fā)展，ECU數(shù)量，ECU的運(yùn)算能力需求都呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，尤其是ECU與ECU之間對(duì)全雙工通訊有了強(qiáng)烈需求，繼續(xù)使用CAN總線連接不僅將造成汽車(chē)電子系統(tǒng)成本大增，更無(wú)法滿足高性能處理器實(shí)時(shí)高速雙向數(shù)據(jù)交互的需求。

車(chē)載以太網(wǎng)使用單對(duì)非屏蔽電纜以及更小型緊湊的連接器，使用非屏蔽雙絞線時(shí)可支持15m的傳輸距離(對(duì)于屏蔽雙絞線可支持40m)，這種優(yōu)化處理使車(chē)載以太網(wǎng)可滿足車(chē)載EMC要求。可減少高達(dá)80%的車(chē)內(nèi)連接成本和高達(dá)30%的車(chē)內(nèi)布線重量。100M車(chē)載以太網(wǎng)的PHY采用了1G以太網(wǎng)的技術(shù)，可通過(guò)使用回聲抵消在單線對(duì)上實(shí)現(xiàn)雙向通信，滿足智能化時(shí)代對(duì)高帶寬的需求。

應(yīng)用回聲抵消技術(shù)在一對(duì)雙絞線上實(shí)現(xiàn)全雙工通訊

車(chē)載以太網(wǎng)短期內(nèi)無(wú)法全部取代現(xiàn)有CAN網(wǎng)絡(luò)，其在汽車(chē)行業(yè)上的應(yīng)用需要一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，大致可分為 3 個(gè)階段：局部網(wǎng)絡(luò)階段、子網(wǎng)絡(luò)階段、多子網(wǎng)絡(luò)階段。

局部網(wǎng)絡(luò)階段，可單獨(dú)在某個(gè)子系統(tǒng)上應(yīng)用車(chē)載以太網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)功能，如基于 DoIP 協(xié)議的 OBD 診斷、使用IP 協(xié)議的攝像頭等；

子網(wǎng)絡(luò)階段，可將某幾個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行整合，構(gòu)建車(chē)載以太網(wǎng)子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)的功能，如基于 AVB 協(xié)議的多媒體娛樂(lè)及顯示系統(tǒng)、ADAS 系統(tǒng)等；

多子網(wǎng)絡(luò)階段，將多個(gè)子網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行整合，車(chē)載以太網(wǎng)作為車(chē)載骨干網(wǎng)，集成動(dòng)力、底盤(pán)、車(chē)身、娛樂(lè)等整車(chē)各個(gè)域的功能，形成整車(chē)級(jí)車(chē)載以太網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)車(chē)載以太網(wǎng)在車(chē)載局域網(wǎng)絡(luò)上的全面應(yīng)用。

未來(lái)汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，以太骨干網(wǎng)、域控制器是核心

2、整車(chē)電子電氣架構(gòu)由分布式向集中式發(fā)展

為了統(tǒng)籌考慮汽車(chē)的電子電氣系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)、中央電器盒的設(shè)計(jì)、連接器的設(shè)計(jì)、電子電氣分配系統(tǒng)等設(shè)計(jì)，德?tīng)柛９臼紫忍岢隽苏?chē)電子電氣架構(gòu)（EEA）的概念。傳統(tǒng)的電子電氣架構(gòu)是一種分布式方案，根據(jù)汽車(chē)功能劃分成不同的模塊，如動(dòng)力總成、信息娛樂(lè)、底盤(pán)和車(chē)身等。這種分布式方案最大的特點(diǎn)是功能劃分明確，可以通過(guò)預(yù)先的設(shè)計(jì)來(lái)嚴(yán)格明確界限，所有歷史工作的繼承性也很強(qiáng)。由于劃分后的每個(gè)模塊相對(duì)獨(dú)立，如果需要做出改變，那么選出一部分東西進(jìn)行更新即可。然而，這種模式的缺點(diǎn)也很明顯，那就是容易導(dǎo)致模塊太多且可控性不強(qiáng)。

隨著汽車(chē)“新四化”的發(fā)展，分布式電子電器架構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)不能滿足需求。一方面現(xiàn)有的電子電氣架構(gòu)在功能擴(kuò)展性這一塊并不好，無(wú)法做到柔性兼容，每增加一個(gè)新功能都需要增加一套ECU和通訊系統(tǒng)，隨著ECU系統(tǒng)數(shù)量和質(zhì)量的增加，由于是分布式計(jì)算，大量的運(yùn)算資源被浪費(fèi)了，由此產(chǎn)生的成本增加大約300-500美元，如果沿用目前的電子架構(gòu)體系，產(chǎn)生的成本增加最少也是1000美元。另一方面是線束系統(tǒng)。一輛低端車(chē)的線束系統(tǒng)成本只要大約300美元，重量大約30公斤，長(zhǎng)度大約1500米，線束大約600根，1200個(gè)接點(diǎn)。而目前一輛豪華車(chē)的線束系統(tǒng)成本大約550-650美元，重量大約60公斤，線束大約1500根，長(zhǎng)度大約5000米，3000個(gè)接點(diǎn)。如果沿用目前的電子架構(gòu)體系，無(wú)人車(chē)時(shí)代的線束成本不會(huì)低于1000美元，重量可達(dá)100公斤。

傳統(tǒng)車(chē)的線束占了總成本的5%左右

為了降低整車(chē)成本，汽車(chē)電子電氣架構(gòu)將由分布式向著集中式發(fā)展，其核心思想是用高性能的中央計(jì)算單元取代現(xiàn)在常用的分布式計(jì)算架構(gòu)。奧迪將新架構(gòu)命名為中央計(jì)算集群（central computing cluster），而寶馬叫做中央計(jì)算平臺(tái)（centralcomputing platform），Tesla在Model3上首次使用了左車(chē)身控制器，右車(chē)身控制器，自動(dòng)駕駛及娛樂(lè)域控制模塊這三個(gè)控制器來(lái)控制整車(chē)電氣系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了域控制器概念。在通訊技術(shù)更加先進(jìn)的未來(lái)，車(chē)輛的控制系統(tǒng)將放在云端，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)云傳輸和云控制，車(chē)輛硬件將簡(jiǎn)化成一個(gè)傳感器和執(zhí)行器，這樣可以在降低成本的同時(shí)無(wú)限增加車(chē)輛功能的可拓展性?？傊?chē)電子電氣架構(gòu)正圍繞一個(gè)強(qiáng)有力的通信架構(gòu)和整車(chē)級(jí)計(jì)算平臺(tái)這兩項(xiàng)內(nèi)容而展開(kāi)深度演化。

BOSCH對(duì)電子電氣架構(gòu)的階段定義

3、汽車(chē)軟件架構(gòu)由面向數(shù)據(jù)到面向服務(wù)發(fā)展

汽車(chē)軟件與硬件共同實(shí)現(xiàn)了汽車(chē)某項(xiàng)功能。為了使汽車(chē)行業(yè)的各種軟件能夠兼容與協(xié)作開(kāi)發(fā)，有利于提高汽車(chē)軟件的開(kāi)發(fā)效率，歐洲汽車(chē)行業(yè)在20世紀(jì)90年代中期開(kāi)發(fā)了一套用于汽車(chē)電子的開(kāi)放式系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)--OSEK／VDX，這是用于分布式實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的一組標(biāo)準(zhǔn)，核心部分包括操作系統(tǒng)(OS)、通信(COM)、網(wǎng)絡(luò)管理（NM）和OSEK實(shí)現(xiàn)語(yǔ)言(OIL)四個(gè)子標(biāo)準(zhǔn)。由于OSEK標(biāo)準(zhǔn)存不能支持在已經(jīng)存在的硬件平臺(tái)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)新的功能，急需開(kāi)發(fā)一套新的標(biāo)準(zhǔn)可以將軟件作為插件運(yùn)行在電子控制單元上。

2003年全球汽車(chē)制造商、部件供應(yīng)商及其他電子、半導(dǎo)體和軟件系統(tǒng)公司聯(lián)合建立了汽車(chē)開(kāi)放系統(tǒng)架構(gòu)（AUTOSAR）。AUTOSAR工作目標(biāo)主要有三個(gè)：建立獨(dú)立于硬件的分層軟件架構(gòu)，為實(shí)施應(yīng)用提供方法論，包括制定無(wú)縫的軟件架構(gòu)堆疊流程并將應(yīng)用軟件整合至ECU，制定各種車(chē)輛應(yīng)用接口規(guī)范，作為應(yīng)用軟件整合標(biāo)準(zhǔn)，以便軟件構(gòu)件在不同汽車(chē)平臺(tái)復(fù)用。因此AUTOSAR整體框架為分層式設(shè)計(jì)，以中間件RTE(RuntimeEnvironment)為界，隔離上層的應(yīng)用層（Application Layer）與下層的基礎(chǔ)軟件（Basic Software）。中間RTE(Runtime Environment)作為虛擬功能總線VFB（Virtual Functional Bus）的實(shí)現(xiàn)，隔離了上層的應(yīng)用軟件層（Application Layer）與下層的基礎(chǔ)軟件（Basic Software），擺脫了以往ECU軟件開(kāi)發(fā)與驗(yàn)證時(shí)對(duì)硬件系統(tǒng)的依賴。另外AUTOSAR采用了靜態(tài)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，在軟件系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，不同功能函數(shù)被事先定義好的排序文件（Scheduling）依次調(diào)用、逐個(gè)運(yùn)行。優(yōu)點(diǎn)是資源分配問(wèn)題被事先一次性解決，每個(gè)函數(shù)的具體運(yùn)行區(qū)間亦被提前鎖定。這滿足了對(duì)行車(chē)安全有苛刻要求的功能函數(shù)運(yùn)行需求，比如決定安全氣囊是否打開(kāi)的功能函數(shù)被固定地每幾毫秒運(yùn)行一次，以便緊急情況下氣囊得以及時(shí)打開(kāi)。但它固定化的軟件架構(gòu)限制了使用者個(gè)性化開(kāi)發(fā)的需求，且無(wú)法支持在線升級(jí)和軟件迭代更新！

2017年3月AUTOSAR創(chuàng)立了適用Service Oriented Architecture的AdaptiveAUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)。與經(jīng)典平臺(tái)相比，AUTOSAR自適應(yīng)平臺(tái)采用面向?qū)ο笳Z(yǔ)言C++語(yǔ)言進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā) （經(jīng)典AUTOSAR采用C語(yǔ)言），基于智能操作系統(tǒng)（POSIX OS， 例如Linux）進(jìn)行APP的開(kāi)發(fā)，使得它可以適應(yīng)高性能微處理器（如ARM）和智能操作系統(tǒng)（如Linux）的智能互聯(lián)應(yīng)用功能的開(kāi)發(fā)。因此，在未來(lái)的車(chē)輛上在傳統(tǒng)應(yīng)用如動(dòng)力總成、底盤(pán)、車(chē)身和內(nèi)部電子控制等仍將使用AUTOSAR經(jīng)典平臺(tái)，在新應(yīng)用程序如高度自動(dòng)化駕駛、V2X、空中軟件更新或網(wǎng)聯(lián)，將使用AUTOSAR自適應(yīng)平臺(tái)。

4、汽車(chē)電子控制器由MCU向AI仿真芯片發(fā)展

傳統(tǒng)汽車(chē)功能簡(jiǎn)單，與外界交互較少，常為分布式 ECU，主要為等待指令、停機(jī)指令、空操作指令、中斷指令等各類(lèi)控制指令，運(yùn)算速度較低，其運(yùn)算單位為 DMIPS（百萬(wàn)條指令/秒）、且存儲(chǔ)較小，代表廠商如英飛凌、瑞薩、德州儀器、恩智浦、意法半導(dǎo)體等；智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)，不僅需要與人交互，也需要大量與外界環(huán)境甚至云數(shù)據(jù)中心交互，將面臨巨大非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)處理需求，車(chē)端中央計(jì)算平臺(tái)將需要 500+ DMIPS的控制指令運(yùn)算能力、300+TOPS的 AI 算力。因此汽車(chē)芯片結(jié)構(gòu)形式由 MCU 向 SOC 異構(gòu)芯片方向發(fā)展。SoC 是一顆系統(tǒng)級(jí)芯片，由 CPU+GPU+DSP+NPU+各種外設(shè)接口、存儲(chǔ)類(lèi)型等電子元件組成。SOC 較 MCU 集成程度更高，集成 AI 處理單元/音頻處理單元DSP/圖像處理單元GPU/ 深度學(xué)習(xí)加速單元 NPU 等，功能更復(fù)雜，片上互聯(lián)利于集成電路之間的高速互通互聯(lián)，資源利用效率更高。SOC 芯片上有豐富的軟件配套（工具鏈、編譯器等），提升了處理效率。車(chē)載SOC芯片代表產(chǎn)品如華為昇騰系列芯片、地平線征程系列芯片、寒武紀(jì)的MLU 系列芯片、特斯拉FSD等。

5、汽車(chē)傳感器向著融合智能的方向發(fā)展

傳感器在汽車(chē)上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，隨著汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)化、信息化發(fā)展，傳感器從傳統(tǒng)只能檢測(cè)一個(gè)物理量逐漸發(fā)展為可以同時(shí)測(cè)量多種物理量，與微處理器相結(jié)合使傳感器具有信息檢測(cè)、信息處理、自學(xué)習(xí)能力等智能功能。

傳感器融合是指將安裝在各位置的多個(gè)相同種類(lèi)或者不同種類(lèi)的傳感器所提供的階段性數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合，采用程序軟件對(duì)其進(jìn)行分析、判斷、過(guò)濾、修整，去除多個(gè)傳感器信息之間存在的冗余、矛盾，并進(jìn)行互補(bǔ)、修正，降低其不確定性，獲得被測(cè)對(duì)象確定的描述，最大限度提高系統(tǒng)的決策、規(guī)劃、反應(yīng)的快速性和正確性，使系統(tǒng)獲得更充分的信息。數(shù)據(jù)融合增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、精確性和健壯性，延展了搜索范圍，提高了實(shí)時(shí)性或空間的分辨率，擴(kuò)大目標(biāo)特征的維度，加強(qiáng)了信息的全面性、準(zhǔn)確性，改善了信息的可信度，增強(qiáng)了系統(tǒng)的防錯(cuò)能力和自學(xué)習(xí)能力，同時(shí)也能夠解決信息泛濫的問(wèn)題，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的性能。

奧迪A8自動(dòng)駕駛系統(tǒng)搭載的各類(lèi)融合傳感器

以上就是對(duì)汽車(chē)電子未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)的看法，隨著信息技術(shù)不斷演化，汽車(chē)電子日益成為汽車(chē)變革的核心，誰(shuí)抓住汽車(chē)電子的發(fā)展脈搏，誰(shuí)就抓住了未來(lái)！在這場(chǎng)技術(shù)實(shí)力博弈中，哪些企業(yè)最終能夠脫穎而出，笑到最后，讓我們拭目以待！

審核編輯 ：李倩