汽车电子电气架构技术分析报告.doc

汽车电子电气架构技术分析报告 2020年7月 1. 汽车电子电气架构：汽车的中枢神经 1.1. 汽车电子电气架构 EEA:电子电气设计的整体解决方案 汽车电子电气架构 E/E 架构(EEA, Electrical/Electronic Architecture)由德 尔福公司提出。汽车电子电气架构将传感器、ECU、线束、电子电气分 配系统整合，实现了汽车整体的配置和功能的实现。 E/E 架构通过物理层面的布置，对车身信息进行转化和处理，为汽车电 子电气设计提供了整体的解决方案。车上每一个功能都有一个最基础的 电气架构作为支撑，包括供电、控制、执行、反馈等回路，而整车的电 子电气架构就是这些基础电气架构的有机组合。 表 1：E/E架构为汽车电子电气设计提供了整体的解决方案 物理层面 车身信息 涉及部件 电源分配、信号网络、 数据网络、诊断、容错、 能量管理 动力总成、 驱动信息、 娱乐信息等等 软件层、控制单元层、 传感器、电力电子等 数据来源：市场研究部 电子电气架构市场规模较大，ECU/DCU 占比最高。电子电气架构设计 组件包括软件、ECU/DCU、集成验证、动力系统、传感器以及其他包括 线束在内的电气器件。2020 年软件与电子电气架构市场规模 2380 亿美 元，ECU/DCU 市场规模 920 亿美元，占比 38.7%。 表 2：ECU/DCU 在各组件中市场规模占比最高（单位：亿美元） 组件 软件 2020年组件市场规模 200 920 130 200 630 300 ECU/DCU 集成、验证 动力系统 其它电子器件 传感器 数据来源：麦肯锡 《汽车软件与电子 2030》，市场研究部 1.2. 大部分车企仍处于分布式架构阶段 目前大部分车企仍处于分布式架构阶段，小部分车企出现分域的概念。 目前整车的控制体系以电控单元 ECU 为核心，每个功能对应一个或多 个 ECU，比如加热装置 ECU、多媒体系统 ECU 等等。 电子控制单元 ECU( Electronic Control Unit)是汽车专用微机控制器。一 般由 CPU、存储器(ROM、RAM)输入/输出接ロ(WO)、模数转换換器 (AD)以及驱动等大规模集成电路组成。随着汽车的电子化发展，ECU 由 用于控制发动机逐渐深入到整个汽车，一辆车上的 ECU 个数也急剧增 多。从 1993 年到 2010 年，奥迪 A8 上使用的 ECU 个数从 5 个快速增加 到超过 100 个。 5 of 29 图 1：大众品牌汽车整车 ECU数量超过 70个 数据来源： Kingslayer 随着汽车需要实现的功能越来越复杂、ECU 的数量越来越多，部分车企 一方面将 ECU 按照车身、底盘、动力、信息娱乐等进行域的划分，另一 方面通过中央控制网关实现跨功能连接，加强各个部件的协作。 图 2： 部分车企将 ECU进行域的划分 数据来源： Bosch 1.3. 传统软件架构及其开发模式以面向信号为中心 传统汽车软件架构为面向信号的架构（Signal-Oriented Architecture）， ECU 之间基于信号进行点对点的通讯。在面向信号的架构中，整个系统 是“封闭静态分布式系统”，所有的决策在架构设计时被完成。车辆的软 件与组件相互绑定，无法统一对软件进行开发和修改。 6 of 29 面向信号的架构优势在于系统的已知性和可预测性。设计师可以在设计 时对资源进行优化，比如消息副本和总线调度。劣势在于运行时的灵活 性低，以及系统在后续无法拓展。同时，面向信号的架构只使用具有发 送发/接收方接口的软件组件，因而不支持更加复杂的功能实现。 图 3： 传统汽车软件架构为面向信号的架构 数据来源：Vector Congress 2016 1.4. 传统车企的信号传输以 CAN/LIN总线为主 控制器局域网络 CAN(Controller Area Network)是国际上应用最广泛的 现场总线之一。CAN 总线解决现场控制设备和高级控制器之前的信息传 递问题，是自动化领域中底层数据通信网络。在现代大型整车厂的汽车 设计中，CAN 已经成为首选装置。与其它现场总线比较而言，CAN 总 线具有通信速率高、检错处理高效、性价比高等优势。 图 4： CAN总线以总线通信方式进行信息收发 数据来源：车载网络杂谈 表 3：对比其他传统总线，CAN总线具有很大的优势 CAN总线优势 高通信速率 优势原因 具体信息 多主方式工作 CAN总线废中任意一个节点可以向 任何其他节点发起数据通信，因而 可以实现多主方式工作 7 of 29 CAN总线采用非破坏性仲裁技术， 总线仅仅被那些请求总线悬而未决 的站利用 非破坏性仲裁 短帧结构 采用短帧结构，每一帧的有效字节 数为 8个，数据传输时