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【整车架构】汽车架构演进路线及现状

从分布式到集中化EEA的发展路径

一般EEA从分布式到中央集中式需要经历三个阶段,即分布式-域集中-中央集中。

分布式就是原来的汽车EE架构,每个功能模块都由独立的ECU来提供功能,当前已经发展到域集中式架构阶段。

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三域EEA(域集中式)

指车辆控制域、智能驾驶域和智能座舱域

车辆控制域基本将原动力域、底盘域和车身域等传统车辆域进行了整合(整合更多是系统层面的概念,并不一定是硬件层面合并,因此并不是说这个域中其他ECU就不存在,或者就减少了);智能驾驶域和智能座舱域则专注实现汽车的智能化和网联化。

涉及的零部件主要有4类,车控域控制器(VDC,Vehicle Domain Controller)、智能驾驶域控制器(ADC,ADAS\AD Domain Controller)、智能座舱域控制器(CDC,Cockpit Domain Controller)以及若干高性能网关。

• VDC作为Private DCU,负责整车控制,实时性安全性要求高;
• ADC作为Public DCU,负责自动驾驶相关感知、规划、决策相关功能的实现;
• CDC作为Public DCU,负责HMI交互和智能座舱相关(甚至整合T-Box)功能的实现;

三域EEA的常用实践:

大众MEB平台的E3架构

大众的MEB平台(首款车ID3)的E3架构,即由3个车辆应用服务器(ICAS,即In-Car Application Server)组成的域集中式EEA,具体包括:车辆控制服务器ICAS1、智能驾驶服务器ICAS2和信息娱乐服务器ICAS3(如图6所示)。通过ICAS这种大型域控制器,逐步得将本域的其他ECU的软件功能(如智能传感器Smart Sensor的一些功能Applications,以及基础软件Basic Services)逐步向ICAS中转移,直到其他ECU(本域的传感器和执行系统)慢慢被合并。

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E3的骨干网采用车载以太网实现,如下图所示。由图可知,车控域控制器需要更多DMIPS算力,因此除了提供MCU(Micro Controller Unit)外,还有一个多核ARM作为MPU(Micro Processor Unit)。

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华为CC架构

华为的“计算+通信”架构(CC架构)比较特殊,把智能网联也囊括了,是IOT视角的中心计算(云)+通信(管)+边缘计算(端)这种思路。

从华为的视角,所有业务都分为“云”、“管”、“端”;把端做多做大了,就像往悬崖对面拉了更多的锁链,桥梁(华为的“管”,一端是5G基站、路测单元等设备,另一端是类似T-Box等设备)就更结实稳固了。手机、汽车、智能家居(华为的智慧屏),都属于各种“端”。而华为的汽车三域架构,也属于“端”(车端)的范畴。因此车端的EE架构算是CC架构包含的一个“小架构”,也是VDC、ADC、CDC和网关等部件组成,而且把T-box也作为。

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Zonal EEA (中央集中式EEA)

Zonal EEA有几个关键组成,即车载中央计算机(VCC,Vehicle Central Computer)、区控制器(ZCU,Zonal ECU)、环形链接的以太网TSN组成的主干网及CAN/LIN/10BaseT1s区内网、双电源冗余供电及区域内智能分级供电。

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简单讲,分布式架构是“计算的分布式,供电的集中式”;而Zonal EEA就是“供电的分布式,计算的集中式”,正好反过来。Zonal EEA不仅能将计算资源集中,便于软硬件分离;也给整车各个控制器的电源管理带来很多想象力

车载中央计算机(VCC,Vehicle Central Computer)

VCC在车辆中的定位是中央计算机,核心定位是实现智能驾驶和智能座舱相关的业务逻辑;并且具备网联功能,连接车端(边缘侧)和云端。

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VCC整体特点的总结:可扩展的计算能力,可升级的软件能力。

区控制器(ZCU,Zonal ECU)

ZCU主要充当网关、交换机和智能接线盒的角色;提供并分配数据和电力,并实现车辆特定区域的feature

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数据分发:1.支持任何类型的传感器、执行器和Display(显示器)的接口;2.区域内,区控制器与低阶的ECU通信时,有可能会用10BaseT1s(无屏蔽双绞线以太网1)代替其他的通信方式,比如CAN、FlexRay等;因此,也会充当IP-based设备(以太网通信设备)与骨干网(车载中央计算机与区控制器级之间的以太网通信)之间的交换机角色;当然,如果区域内的通信不完全被10BaseT1s以太网替代时(有CAN、LIN等通信存在),还会充当传统设备的网关;3.关于TSN主干网(以太网),要具备高带宽和实时通信,同时保证可靠性和fail-operational特性;4.eSwitch/eFuse功能;

分级配电(供电):1.一级配电网络,双电源(冗余)将电力输送到区控制器;2.二级配电网络,区控制器负责将电力继续向下输送到底层控制器,因此区控制器需要具备eFuse/高边power distribution功能;

车辆特定区域的feature实现:区控制器会配置ASIL等级高的MCU来实现车辆区域的各种基本功能。同时保证系统功能安全。

ZCU除了以上基本特性外,可能也会涉及到一些变迁,比如逐步“吸收”区内其他ECU的功能。

第一阶段,可能是相对通用化的ZCU,采用标准化软件模块,兼容现有ECU网络(CAN/LIN/FlaxRay);作为数据转发设备,将区内的功能在服务层面就行抽象;
第二个阶段,会以降低区内ECU数量为目的,整合其他ECU功能,并将控制I/O虚拟化。这会导致计算需求增大,可能还需要增加MPU或SOC

Zonal EEA的通信架构

Zonal EEA的通信主要包括主干网(1000BaseT1)和区内网(10BaseT1s/100BaseT1/CAN/ CANFD/FlexRay)。

主干网主要采用千兆车载以太网,用于连接VCC和ZCU,实现面向服务的通信(Service-Oriented Communication);要实现的通信协议有:SOME/IP(IP中间件)、DoIP(IP诊断)、UDPNM(基于UDP的网络管理)、TSN(802.1Qbv/CB/Qbu /Qch/Qci...,即车载时间敏感网络)、XCP(标定测量)等。针对信息娱乐和网联服务,还需要实现HTTP。

区内网则主要是实现面向信号&PDU的通信(Signal-Oriented Communication),带宽在500k(CAN)、2M(CANFD)、10M(10BaseT1s)和100M(100BaseT1)不等。未来的趋势,可能会逐步被10BaseT1s取代。

实现SOA需要面向服务的通信。基于HTTP及SOME/IP(车载)的以太网通信,能够提供更高的带宽及灵活性;同时可以尽最大可能地使用下图(图15)的通信栈中的协议和标准,简化车载通信类型。

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Zonal EEA的SOA软件架构

SOA架构具备以下优点:
1.基于服务发现&订阅发布模式的动态绑定特性
2.基于REST的数据表征(统一接口,无状态stateless,关注点分离separation of concerns)
3.接口的前后兼容性
4.软件可更新性(Updateability)、软件可移植性(Portability)、组件可重用性(Reusability)、硬件可升级性(Upgradeability)

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车载中央计算机(VCC)中基于多芯片的软件部署架构,也将会是SOA架构

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电字电气架构演进背景下的ADAS/AD ECU零部件形态

典型的分布式ADAS零部件形态,正好对应L1至L2级别自动驾驶。这些零部件分别为:

FCM: Front Camera Module,前视摄像头模块(一体机)
FCR:Front Central Radar,前雷达模块(一体机)
SRRs:Side-Rear Radar,侧后雷达模块(左、右)
AV-ECU:Around-View ECU,全景环视控制器
PA-ECU:Parking Assist ECU,泊车辅助控制器
DMS-ECU:Driver Monitoring System ECU,驾驶员监控系统控制器
MAP ECU:地图控制器(ADAS或高精度)

典型的集中式ADAS/AD零部件形态,正好对应L2+至L4级别自动驾驶。这些零部件分别为:

ADCU : 智驾域,负责智能行车,智能泊车功能,兼顾行泊一体,主流chipset:英伟达ORIN系列,高通SA8650,地平线征程系列
IDCU : 座舱域,负责座舱内影音娱乐等功能,主流ChipSet:高通SA8775/8255/8375,联发科C-X1
VDCU : 车身域,负责车身控制,主流ChipSet : 英飞凌TC4X,恩智浦S32Z/S32E









参考文章:
https://zhuanlan.zhihu.com/p/150395649
https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzkwNjI0MDY4OA==&mid=2247489512&idx=1&sn=40792ce273af25e545e05aaad11b981a&chksm=c0ea2037f79da9211f9f18bf05d22cae3e87e2f7c347e2955595d01b78649634e6bde57f91e0&scene=21#wechat_redirect
https://zhuanlan.zhihu.com/p/533468578

http://www.jsqmd.com/news/443616/

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