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如何看待电动汽车电子架构的发展?

发布日期:2018-09-28

作者:朱玉龙


我觉得电动汽车带来了重大的历史机遇,很多地方都会带来改变,这里既有传统动力总成转向电动汽车独特的东西,而随着电动汽车本身发展对原有的电子架构产生了深刻的影响。而在这块也正是我们对于底盘、动力总成和网联,这几个Domain重构,我们在通往这条路上该怎么看待、怎么选择和怎么执行和操作,都需要跨领域的探讨。这次我和我的几位少壮派好友,仔细做了一个探讨,在采访和汇总的基础上,做了两篇习作,请大家参考。本文的话题是“MEB新一代的汽车电子架构展望”,主要包括:

  1. 架构需求

  2. 架构准则

  3. 软件架构

    1. 虚拟化

    2. 操作系统

    3. Adaptive AUTOSAR

    4. 服务为导向的软件架构

    5. 网络通信

    6. 功能分配

    7. 开发模式

  4. 控制器硬件




早一些的时间,我在整理有关大众电气化的发展,特别是有关MEB还有后续豪华车电动平台的信息,在整车平台,特别是电动汽车的布置、核心电池和驱动系统上做了很大动作的勾画。



而我的友人也谈及,在MEB的电子电器方面,德国人也做了很多的内容,一直以来VW对于电子部分公开的信息比较有限,通过几份介绍资料以及以往对于一些技术发展的研究,可以一探MEB有关电子/软件架构的动向,对于未来MEB的电子架构还是明显感觉汽车电子的技术发展真的非常快,应用速度不断加快。传统整车企业的领导层都感受到了技术的发展对于自身开发的压力,特别是受到以快打慢,讲究体验和迭代的IT,互联网巨头竞争的压力。顺应消费者的诉求,整个汽车行业也不得不快速与数字世界融合中,不管从研发,制造到服务都处于数字化的演变中。这个制高点,我们来看看德国大众是怎么做的。

以下这些是摘录的部分大众有关MEB新闻稿,从中可以看出,在战略上大众造车理念表达出来有了很大的延伸和变化。

Analog zur „Apple ID“ benötige auch Volkswagen eine entsprechende persönliche ID, die er in seinen Folien „Group ID Mobility“ nennt, „damit unser Kunder an all unsere Produkte gebunden wird und sich immer wieder zurechtfindet – und das funktioniert schon recht gut.“ All das müsse „natürlich über Fahrzeug-Generationen hinweg funktionieren“. Und das ist sehr wichtig: „Wer das richtig macht, der bekommt die Kunden, denn sie sind froh, wenn sie datentechnisch vernünftig aufgehoben sind und die Funktionen bekommen, die sie auch haben möchten.“

by Ralf Milke, Leiter E/E-Entwicklung Karosserieelektronik und Bordnetz bei der Volkswagen AG

摘自 all-electronics.de/keyn

“The VW I.D. Buzz will use DRIVE IX technology to create “Intelligent Co-Pilot” applications, which will include convenience and assistance systems based on processing sensor data from both inside and outside of the car. The systems can be enhanced throughout the life of the vehicle via software updates, and can gain new capabilities as further developments are made in autonomous driving. ”

摘自 globenewswire.com/news-

MEB从用户体验出发设计整车功能(Feature),试图把数字化生活拓展到车上,使得车辆成为数字化生活的一部分,并且借鉴Apple模式来开发整车。Apple有自己的用户体验/UX设计,以及封闭成熟的iOS,性能领先的64位处理芯片。如果要对标Apple,需要从这些维度去构建MEB的技术优势。



1. 架构需求

电子电器架构开发之初需要定义技术开发需求,大众MEB电子电器架构的需求慢慢朝个人数字生活需求转变,“MaaS”的理念应该会在这代MEB的电子架构平台上展现。从以下这张图上可以看出MEB的功能需求定义已经更为拓宽。



图 大众两代架构平台对比 摘自 Vector Congress 2016

  • Auto. Driving这个不用说,这两年炒得火热,基于它可以衍生出很多功能应用与消费场景;

  • Digitalization可以跟“ID”更紧密地联系起来。

这些需求下开发的技术功能会迭代以及更新并且新的功能会在消费者手中时发布,APP Store概念也会从手机/电视端往车辆发展。传统OEM的“功能手机”时代应该会加速切换。



2. 架构准则

在Bosch发布的关于电子电器架构发展趋势报告中,就把“域”控制器以及整车级”计算平台“的需求描绘出来,当下各大OEM也都在加紧部署”域“DCU。



图 Bosch 电子电器架构趋势报告

不管是”域“也好,”大脑“也好,核心是需要设计开发准则Criteria

  • 哪些功能应该放在一起?

  • 哪些需要独立分布?

  • 哪些需要频繁升级更新?

这些开发准则可以相互借鉴,但各家有各家的实际情况,车型种类/产量/市场定位都不一样。当然如果采用跟随战略通常做法,但是看下现今的手机市场,如果汽车市场未来的集中度越来越高,那么各家OEM就得寻找差异化的竞争力,架构策略会有不同。

MEB走个人数字方向,那么个性化的需求要求下,软件差异性化,升级迭代, 软件功能订购是必须。现在很多车上都已经宣传个人的信息帐号系统已经建立了,软件也在更新换代,OTA已经实现。我想这只是部分功能(Infotainment为主)的帐号关联,如上文提到的把车作为MaaS的话,需要关联的功能还有许多。

3. 软件架构

虚拟化

功能开发就不得不提功能安全与网络信息安全,这两块在欧洲OEM是与功能开发相同步的流程。为了让不同Safety/Security级别的功能能够合理有效的实现,需要对系统的底层硬件与软件做技术升级。汽车电子的虚拟化也已经到来,hypervisor虚拟化能够直接从硬件层面分割硬件资源保持片上多软件系统独立。

对多核处理芯片进行硬件资源隔离降低信息安全/功能安全的隐患

备注:最近爆出的intel/arm Spectre与Meltdown漏洞是对汽车芯片也有影响的,至今没有看到有效修补方案,硬件层面的漏洞需要在内核设计中优化,不能短期完成



图 大众Adaptive AUTOSAR框架 摘自 Vector Congress 2016

从整体上未来各家OEM在整车主干网上的主节点(域控制器)将会虚拟出多个封闭软件系统。

  • 传统汽车基础软件供应商正在加快开发hypervisor适配域控制器内那些多核汽车微控制器

  • 传统消费电子类芯片巨头INTEL/Nvidia也在加快进入汽车电子领域,他们除了提供芯片技术以外虚拟化解决方案也一起打包

随着未来数据计算力要求越来越高,消费电子类巨头抢占汽车核心处理芯片的趋势越发明显,而传统的汽车电子供应商的芯片则更多的在安全领域,终端执行,感知层面出现。为了适应数字生活,在娱乐域控制器引入互联网的解决方案能够有效解决车与外界的数据交互,同时也能有效解决信息安全。

操作系统

除了硬件虚拟化外,基础软件/操作系统也在进行改变。当今的汽车软件操作系统,除了娱乐系统,

  • 动力/底盘/车身系统大部分都采用实时操作OSEK/AUTOSAR OS,

  • VW在MEB上的域控制器已经切换成POSIX OS与Adaptive AUTOSAR,

  • 当然classic AUTOSAR还会继续存在,Safety相关的还需要依赖与Classic(safety) AUTOSAR。

很快就可以看到在一块芯片上既能跑Linux,QNX又能跑传统AUTOSAR OS的控制器

对于高性能计算能力系统需要POSIX OS, 支持如GPU的计算。同时需要集成满足车载通讯要求的网络通信协议栈,UDPNM, DOIP, SOME/IP以及支持时间同步的802.1AS。而这些在当前的OS基础软件中没有提供,需要陆续部署





对于POSIX OS本身,大家普遍青睐于Linux,开源可以带来自由定制,但是开发之初未涉及到汽车控制领域,对于任务调度/抢占机制还在优化过程中。虽然也有Tier1与OEM在使用QNX,但是一旦涉及到深度软件定制开发,那么QNX本身的开放程度将会决定未来可以应用范围。

Adaptive AUTOSAR

Adaptive AUTOSAR也是必须底层软件涉及的部分,虽然像Linux也有很多现成的驱动底层,对于汽车行业的控制软件涉及车辆安全所以不得不提出自己本身的软件要求,同时为了满足统一的接口要求,才会对现有POSIX软件生态体系提出Adaptive AUTOSAR。

从2017年开始Adaptive AUTOSAR释放第一版规范,但是Adaptive AUTOSAR还处于开发模式阶段,会每6个月更新版本,2018/10将释放第一个完整版本,后续将会与Classic AUTOSAR R4.4.0同步。虽然要到18年10月才能冻结,且第三方软件供应商会较标准滞后,但像VW这样的业内巨头,完全会提前获得对应版本的软件(Autosar的白金会员名单,这些OEM,Tier1是定义标准规范的主力)