智能汽車電子電氣架構(gòu)綜述

李澤宇

【摘? 要】隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，汽車“四化”，智能化、網(wǎng)聯(lián)化、電動化及共享化，正引領(lǐng)汽車行業(yè)發(fā)生重要變革，汽車功能越來越多樣、復(fù)雜，電子電氣架構(gòu)也在不斷變革之中，逐漸從分布式架構(gòu)到集成式架構(gòu)演進。電子電氣架構(gòu)是由車企所定義的一套整合方式。該架構(gòu)能把汽車中的各類傳感器、ECU（電子控制單元）、線束拓撲和電子電氣分配系統(tǒng)完美地整合在一起，完成運算、動力和能量的分配，實現(xiàn)整車的各項智能化功能。本文主要分析智能汽車電子電氣架構(gòu)綜述。

【關(guān)鍵詞】汽車;電子電氣架構(gòu);設(shè)計工作;優(yōu)化措施

引言

隨著汽車電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化的發(fā)展，汽車電子設(shè)備的數(shù)量正處于指數(shù)級增長的態(tài)勢。汽車電子電氣架構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化可以使汽車成本降低、性能提升、效率提高。本文將簡要介紹汽車電子電氣架構(gòu)的演變和發(fā)展，總結(jié)近年來主流汽車電子電氣架構(gòu)在智能汽車中的應(yīng)用，為汽車產(chǎn)業(yè)和學(xué)術(shù)界在智能化、電動化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化的四化發(fā)展中構(gòu)建汽車電子電氣架構(gòu)提供參考。

1、汽車電子電氣架構(gòu)概述

汽車電子電氣架構(gòu)為車輛底層框架打下堅實基礎(chǔ)。如今的汽車底盤架構(gòu)不僅僅是機械架構(gòu)，為實現(xiàn)輔助駕駛功能和其它智能化功能整車上需要安裝大量的感應(yīng)器、傳感器以及控制器，還需要大量線束將它們連接起來。汽車電子電氣架構(gòu)的重要性就顯現(xiàn)出來了，汽車電子電氣架構(gòu)將汽車上的各類傳感器、感應(yīng)器、控制器和線束硬件和汽車上的軟件有機結(jié)合起來，使車輛的架構(gòu)達到簡化的同時，還能夠提高運行效率。汽車電子電氣架構(gòu)會隨著汽車功能的增多而隨之演變。汽車電子電氣架構(gòu)的開發(fā)包括需求定義、邏輯功能架構(gòu)設(shè)計、軟件/服務(wù)架構(gòu)設(shè)計、硬件架構(gòu)設(shè)計、線束設(shè)計不同層面的開發(fā)。這些開發(fā)組成了汽車電子電氣架構(gòu)開發(fā)的完整流程，需要多個部門的配合才能完成。通過這一完整開發(fā)流程，汽車整體的效率地得到了提升，布線的減少降低了造車的成本，車輛功能增多的同時保證了整車電子系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

2、電子電氣架構(gòu)發(fā)展面臨的選擇路線

在分布式階段，車輛的每個功能都由另一個單一的電子控制單元（Ecu）控制，一輛車輛通常用數(shù)百個ECU分布。在集成階段，ADAS、車身控制、多媒體等功能可以實現(xiàn)域的局部集中處理;teslas的誕生給消費者帶來了終極的性能和卓越的體驗。對于業(yè)內(nèi)電子電氣工程師來說，沖擊不僅是汽車電子電氣體系結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，也是未來發(fā)展的必然趨勢。現(xiàn)實情況是，許多車輛制造商仍在使用分布式電子電氣體系結(jié)構(gòu)。隨著汽車智能程度的提高，ECU的增長將會破滅。當這種分布式控制設(shè)備體系結(jié)構(gòu)無限期擴展時，它面臨著巨大的挑戰(zhàn)。例如，控制設(shè)備的計算能力可能不協(xié)調(diào)和冗馀，導(dǎo)致大量浪費;分布式體系結(jié)構(gòu)需要大量內(nèi)部通信，客觀上導(dǎo)致線束成本顯著增加，同時增加了安裝難度。針對新趨勢，一些車輛制造商和供應(yīng)商也開始思考汽車自動化、電氣化和聯(lián)網(wǎng)的智能電子電氣體系結(jié)構(gòu)設(shè)計。一個Bofu提出了一個將“腦”和“神經(jīng)”相結(jié)合的智能電子電氣體系結(jié)構(gòu)。其中，安全網(wǎng)關(guān)處理器、自動運行處理器和構(gòu)成“腦”的中央處理單元負責處理所有操作，包括自動運行、娛樂系統(tǒng)和信息系統(tǒng)所需的操作。“超級超人”需要大量的數(shù)據(jù)傳輸和能量傳輸。Amberford將“神經(jīng)系統(tǒng)”的概念引入體系結(jié)構(gòu)：一是數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)負責數(shù)據(jù)傳輸?shù)纳窠?jīng)系統(tǒng);另一種是能量傳輸系統(tǒng)，甚至在能量傳輸系統(tǒng)中設(shè)置了備份系統(tǒng)，以確保車輛在運行期間不會失去能量。

3、汽車電子電氣架構(gòu)設(shè)計優(yōu)化措施

3.1優(yōu)化數(shù)據(jù)庫

在設(shè)計汽車電子電氣架構(gòu)的過程中，設(shè)計人員需要綜合用戶的感受，如果一些功能不符合實際需求，將會引發(fā)用戶不良體驗，這種設(shè)計缺乏實際意義，也無法保障汽車企業(yè)的綜合效益。設(shè)計人員需要優(yōu)化數(shù)據(jù)庫，當前汽車發(fā)展趨勢為智能化，因此在設(shè)計汽車電子電氣架構(gòu)的過程中，需要提高智能化水平，為人們提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。優(yōu)化數(shù)據(jù)庫，可以充分利用數(shù)據(jù)技術(shù)，在實際應(yīng)用階段，促使汽車電子系統(tǒng)可以準確反應(yīng)不同的情況，優(yōu)化用戶的體驗感，進一步提升汽車電子系統(tǒng)的智能化。在優(yōu)化數(shù)據(jù)庫的過程中，設(shè)計人員需要綜合人們的行為習(xí)慣，此外需要分析道路情況，促使汽車可以應(yīng)對各種突發(fā)情況。在現(xiàn)代社會發(fā)展過程中，數(shù)據(jù)發(fā)揮著重要的作用，有利于全面分析人們的需求和使用習(xí)慣。充分優(yōu)化數(shù)據(jù)庫，可以提高設(shè)計工作的便捷性，同時可以促進汽車智能化發(fā)展。

3.2電器故障檢測完善措施

在檢查電器故常的過程中，操作人員需要開啟和關(guān)閉電器，分析電流消耗情況。檢測電器功率的過程中，需要檢測汽車輸出電流，如果電流值符合標準，可以順利開啟或者關(guān)閉電器。因為在開啟或者關(guān)閉電器的過程中會產(chǎn)生瞬間電流，因此需要延長檢測時間，根據(jù)時間長度檢測輸出電流，確定電器消耗的點流量。判斷電力消耗的過程中需要結(jié)合電流平均值，確定電器實際功率。在車輛電子故障檢測階段，需要檢測車輛電子控制部分，主要使用汽車診斷口完成上述工作。工作人員可以利用分直接診斷方式檢測故障，傳感器和執(zhí)行器可以準確傳遞數(shù)據(jù)信息，同時利用ECU落實故障診斷工作，如果數(shù)據(jù)不合理，可以確定ECU發(fā)生了故障。

3.3優(yōu)化簡易域融合控制器

在架構(gòu)開發(fā)的早期階段，智能駕駛的功能依賴于多個主動安全相關(guān)控制器。智能駕駛中的主動安全功能一般分為：低速停車功能、盲點監(jiān)測功能、車道輔助功能、防撞功能和巡航控制功能。這些功能由不同的控制器實現(xiàn)，如RSM、CSM、RCR和APA。早期技術(shù)解決方案隨著汽車電子架構(gòu)的發(fā)展，功能域的概念進入了大眾的視野，主動安全的相關(guān)功能最終將整合到一個大規(guī)模的域控制器中。主動域控制器可以通過外部攝像頭或傳感器采集車輛的外部環(huán)境信息，對外部環(huán)境信息進行統(tǒng)一決策，然后通過CAN總線/LVDS將相關(guān)處理信息發(fā)送給相關(guān)控制器。域控制器融合后，可以有效減少總部件的體積，降低總布局的難度。降低車輛線束和網(wǎng)絡(luò)信號的復(fù)雜性。同時，域控制器有利于車輛輕量化，可以提高車輛質(zhì)量，方便后續(xù)故障定位和車輛維修。

結(jié)束語

汽車行業(yè)正在經(jīng)歷從傳統(tǒng)汽車向智能汽車過渡的階段，汽車電子電氣架構(gòu)也正處于分布式向集中式過渡的時期。從汽車廠家的發(fā)展方向可以看出，現(xiàn)在用戶對于汽車的追求已經(jīng)不再滿足于動力性、駕駛平順性、燃油經(jīng)濟性等傳統(tǒng)汽車性能。各個廠家研發(fā)設(shè)計的汽車電子電氣架構(gòu)在結(jié)構(gòu)上雖有些區(qū)別，但是發(fā)展的趨勢是相同的。未來汽車必定是聚焦智能化、電動化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化方向發(fā)展，隨著汽車上電子元件數(shù)量的增多，汽車電子電氣架構(gòu)的重要性顯得越發(fā)重要。

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