下一代以区域为导向的电子/电气架构
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：
所有人的看法和评价都是暂时的，只有自己的经历是伴随一生的，几乎所有的担忧和畏惧，都是来源于自己的想象，只有你真的去做了，才会发现有多快乐。人就应该满脑子都是前途，不再在意别人的看法不再害怕别人讨厌自己，不再畏手畏脚忧心忡忡也不会在睡前反回忆白天的行为，是否让对方产生误解用你那精神内耗的态度去搞学习搞事业搞钱，然后用躺平和摆烂的态度对待人际关系，烦恼能消失一大半。
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。国庆假期结束，又开始新的忙碌。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。
本文主要分享下一代以区域为导向的电子/电气架构。
一、下一代以区域为导向电子/电气架构的兴起
1、下一代以区域为导向的电子/电气架构的需求
下一代电子/电气架构（E/E架构）的核心在于其广泛的集成能力，它要求在一个通用的体系结构中跨越多个不同的子系统。这种架构不仅提高了车辆的灵活性和可扩展性，还确保了硬件组件之间的兼容性和可升级性，同时满足了关键的技术和安全性要求。这种架构的引入，是软件定义车辆体系结构（SDV）的一个重要组成部分，使得车辆能够根据软件的变化而灵活调整，从而适应不断变化的市场需求和技术进步。
2、汽车行业的转变与ECU的挑战
随着汽车制造商竞相开发互联和自动驾驶解决方案，汽车行业正在经历一场深刻的变革。然而，这一变革也带来了一系列挑战。现代化车辆通常包含100多个电子控制单元（ECU），这些ECU之间的互操作性、集成和简化成为了制造商面临的主要问题。此外，随着车辆功能的不断增加，如何在引擎盖下腾出更多的空间来容纳这些新的ECU和功能也成为了制造商需要解决的重要问题。
3、以区域为导向的E/E架构的紧迫性
面对上述挑战，汽车制造商迫切需要一种新的解决方案来优化车辆的成本、配电、安全性、灵活性和配重。这就是下一代以区域为导向的电子/电气架构。这种架构的核心在于整合车辆的计算能力，通过将车辆划分为不同的区域，每个区域都有自己的计算和通信中心，从而实现更高效的资源利用和更低的成本。
4、新的E/E架构的特点
新的电子电气架构采用了以数据为中心的软件框架，这种框架能够高效地管理车辆系统的复杂性。同时，它还集成了新的不断演进的技术，如人工智能、机器学习、物联网等，从而支持未来自动驾驶汽车所需的各种功能。这种架构的引入，不仅提高了车辆的性能和安全性，还为汽车制造商提供了更多的创新空间，使他们能够开发出更加智能、更加安全的自动驾驶汽车。
二、以区域整合释放潜力
定义和实施现代架构对于释放下一代车辆的潜力至关重要。当然，这不会在一夜之间发生，而是要经过渐进的演变。这个演变开始于实现若干区域的整合，例如高级驾驶员辅助系统（ADAS）、车身、驾驶舱或远程信息处理，最终实现下一代电子/电气的中央和区域网关。
当前的障碍是什么？传统的电子/电子体系结构非常复杂，因为在资源受限的环境中执行器、传感器和处理能力呈指数增长。事实上，采用基于CAN或以太网的传统电子/电气架构可能很快变得成本高昂同时对主体架构造成限制。自动驾驶汽车所需的功能增加了对传感器和线束的需求，这反过来又增加了对智能网络和配电的需求。此外，主机厂（OEM）面临着创建灵活、可扩展且可靠电子/电气架构的压力，以满足汽车行业的新需求。
1、定义与实施现代架构的重要性
为了充分释放下一代车辆的潜力，定义和实施现代电子/电气架构（E/E架构）是至关重要的。这一过程并非一蹴而就，而是需要经过一个渐进的演变过程。这个演变始于对若干关键区域的整合，如高级驾驶员辅助系统（ADAS）、车身控制、驾驶舱信息娱乐系统或远程信息处理系统。这些区域的整合是迈向下一代E/E架构中中央和区域网关的重要步骤，它们将作为车辆内部数据通信和处理的枢纽。
2、当前的障碍与挑战
尽管现代E/E架构的潜力巨大，但当前仍面临一系列障碍和挑战：
-> 传统E/E架构的复杂性：传统的E/E架构在资源受限的环境中面临着执行器、传感器和处理能力呈指数增长的挑战。这种复杂性不仅增加了系统的维护和升级难度，还可能导致系统性能下降和成本上升。
-> 高昂的成本和架构限制：采用基于CAN或以太网的传统E/E架构可能很快变得成本高昂，并对主体架构造成限制。随着自动驾驶汽车所需功能的不断增加，传感器和线束的需求也随之增加，这进一步加剧了成本和架构上的压力。
-> 智能网络和配电的需求：自动驾驶汽车的发展对智能网络和配电系统提出了更高的要求。传统的网络和配电系统可能无法满足这种需求，因此需要开发更加智能和高效的解决方案。
-> 主机厂的压力：主机厂（OEM）面临着创建灵活、可扩展且可靠的E/E架构的压力。他们需要满足汽车行业不断变化的新需求，同时保持竞争力和市场地位。这要求他们不仅要关注技术的创新，还要关注如何将这些技术有效地整合到车辆中。
应对策略与未来展望
为了克服这些障碍和挑战，主机厂和供应商需要采取一系列策略：
-> 推动技术创新：通过研发新的传感器、处理器和通信技术，提高系统的性能和可靠性。
-> 优化架构设计：采用模块化、可扩展和可配置的架构设计，以适应不同车型和市场需求的变化。
-> 加强合作与协同：主机厂与供应商之间需要加强合作与协同，共同推动E/E架构的发展和创新。
-> 注重安全与合规：在推动技术创新的同时，要注重系统的安全性和合规性，确保车辆能够满足相关法规和标准的要求。
三、实现ECU整合和计算集中化
下一代电子/电气以区域为导向架构，支持期望将ECU和域整合到区域中的制造商。这些区域已经引发了对高性能网络的需求，进一步强调了集中化和向TSN等新技术过渡的需求。通过端到端通信和以数据为中心的软件组件，可以将计算能力集中到一部高性能计算机中：
-> 产品组件为每个车辆分区赋予特定功能：ECU、中央网关和分区网关；
产品组件为每个车辆分区赋予特定功能，这是现代汽车电子/电气架构（E/E架构）的核心。关键组件包括电子控制单元（ECU）、中央网关和分区网关。ECU负责执行特定的控制任务，如发动机管理、车身控制等；中央网关作为车辆内部通信的中心节点，负责数据的集中处理和转发；分区网关则负责特定区域内的数据通信和处理。
-> 通过TSN支持简化整体线束（目前高组件成本排名第三）;
通过时间敏感网络（TSN）的支持，可以显著简化整体线束。线束是汽车内部复杂的电气连接系统，其成本在车辆制造中占据重要地位。TSN通过精确的时间同步和优先级管理，提高了数据通信的效率和可靠性，从而减少了线束的复杂性和成本。
->通信库支持最高级别ISO 26262 ASIL D功能安全认证的系统需求;
现代汽车电子系统对功能安全的要求越来越高，尤其是自动驾驶汽车。通信库支持最高级别的ISO 26262 ASIL D功能安全认证，确保了系统在设计、开发和生产过程中的安全性。这对于提高车辆的可靠性和安全性至关重要。
->提供唯一经过验证的自动驾驶汽车互连标准，已用于ROS 2、AUTOSAR Classic/OSEK和AUTOSAR Adaptive;
提供唯一经过验证的自动驾驶汽车互连标准，是确保不同系统和组件之间无缝协作的关键。这些标准已广泛应用于ROS 2、AUTOSAR Classic/OSEK和AUTOSAR Adaptive等框架中，为自动驾驶汽车的开发提供了坚实的基础。
-> 具备降低组件和劳动力成本的能力，使制造商能够通过以数据为中心的方法优先考虑总体可扩展性;
现代E/E架构具备降低组件和劳动力成本的能力，这得益于其模块化和可扩展的设计。制造商可以通过以数据为中心的方法，优先考虑总体可扩展性，从而更加灵活地应对市场变化和技术进步。
-> 提供构建下一代车内体系结构的能力以应对未知需求，诸如硬件、自主能力和部署中的动态更新;
现代E/E架构不仅满足了当前的需求，还具备构建下一代车内体系结构的能力。它能够应对未知需求，如硬件升级、自主能力的增强以及动态更新等。这种灵活性确保了车辆能够持续适应未来的技术发展和市场需求。
-> 能够从经典汽车产品演变为包括ADAS和远程信息处理应用的新型架构，使其能够在新市场上与专用产品相竞争。
随着技术的不断进步，经典汽车产品正在向包括高级驾驶员辅助系统（ADAS）和远程信息处理应用的新型架构演变。这种演变使得汽车制造商能够在新市场上与专用产品相竞争，从而开辟新的业务增长点。
随着智能车载系统的发展，部件之间的通信变得更加复杂且关键。激光雷达、雷达等先进传感器的采用，以及支持更复杂数据模型和应用算法的需要，给下一代电子/电气架构带来了巨大挑战。此外，功能安全（FuSa）和网络安全的要求从第一天起就必须慎重考量。
随着智能车载系统的快速发展，车辆内部部件之间的通信变得越来越复杂且至关重要。这种复杂性主要体现在以下几个方面：
1、先进传感器的采用：激光雷达（LiDAR）、雷达等高精度传感器的引入，使得车辆能够实时感知周围环境，为自动驾驶和高级驾驶员辅助系统（ADAS）提供了关键数据。然而，这些传感器产生的数据量巨大，且对实时性和准确性要求极高，给电子/电气架构（E/E架构）带来了巨大挑战。
2、复杂数据模型和应用算法的需求：为了处理和分析这些传感器数据，需要更加复杂的数据模型和应用算法。这些算法不仅要求高性能的计算能力，还需要与传感器和执行器进行高效、可靠的通信，以确保车辆的安全性和性能。
3、功能安全（FuSa）的要求：功能安全是确保汽车电子系统在设计、开发和生产过程中能够安全、可靠地执行其预定功能的关键。随着车辆功能的不断增加和复杂性的提高，功能安全的要求也变得越来越严格。从第一天起，制造商就必须将功能安全纳入考虑范围，以确保车辆在各种极端条件下的安全性和可靠性。
4、网络安全的要求：随着车辆与互联网的连接越来越紧密，网络安全问题也日益突出。黑客攻击、数据泄露等风险不断增加，对车辆的网络安全构成了严重威胁。因此，制造商必须采取有效的网络安全措施，保护车辆免受恶意攻击和数据泄露的侵害。
