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丰田汽车:未来电子电气架构将采用Central & Zone方案

发布日期:2019-10-10

本文KenjiNishikawa,丰田电子电气架构部总经理,曾从事底盘控制(电子稳定控制ESC 和四轮转向4WS)两次被任命为丰田欧洲电子业务负责人;负责过丰田所有车辆基础软件;参与AUTOSAR活动

本文KenjiNishikawa,丰田电子电气架构部总经理,曾从事底盘控制(电子稳定控制ESC 和四轮转向4WS)两次被任命为丰田欧洲电子业务负责人;负责过丰田所有车辆基础软件;参与AUTOSAR活动并成为基于AUTOSAR用于所有丰田车辆的基本软件指导委员会成员。

本文讲述丰田电子电气架构演进及软件平台(BSW) ,电子电气架构技术趋势及下一代电子电气架构,及新四化(CASE)

随着车辆电子电气复杂度大幅增加,自动驾驶中大量传感器产生的数据需要融合,因此需要更高计算力的ECU协同,需要设计可拓展的电子电气架构。

电子电气架构技术趋势

丰田汽车:未来电子电气架构将采用Central & Zone方案(图1)

电子电气架构从简单的LAN到分层LAN,再发展至中央网关+域LAN,演进旨在满足复杂的要求及减少努力。联网的ECU运用通用的软件平台(基础软件BSW)

丰田汽车:未来电子电气架构将采用Central & Zone方案(图2)

图中缩写备注(下同)

A:Adaptive(AUTOSAR自适应平台)

C: Classic(AUTOSAR经典平台)

N: Non-AUTOSAR(非AUTOSAR平台)

丰田电子电气架构演进及AUTOSAR BSW迁移

丰田汽车:未来电子电气架构将采用Central & Zone方案(图3)

通过主机厂、一级供应商和二级供应商之间的分工协作,丰田专有规范与AUTOSAR 标准规范融合,并过渡到AUTOSAR标准软件。

丰田汽车:未来电子电气架构将采用Central & Zone方案(图4)

丰田标准BSW层完全符合AUTOSAR标准, 且符合丰田新全球架构(TNGA)的要求,超过82个电子控制单元(ECU)项目和27个Tier1供应商项目(包括内部项目)均采用此BSW,且形成了有效的软件商业模式。

在软件过程中,OEM需要应对“大量变量设置”包括小型车辆为实现全球优化的“工程”“重复”短期。可通过随需应变的开放、中心化、OTA频繁等潜在措施来解决E/E架构中的问题。比如,采用模块化方法产生许多变量、跨域功能可解决/软件太大的问题、简化产品线的策略可解决Tier1供应商过程不灵活的问题。

丰田汽车:未来电子电气架构将采用Central & Zone方案(图5)

丰田汽车:未来电子电气架构将采用Central & Zone方案(图6)

丰田汽车:未来电子电气架构将采用Central & Zone方案(图7)

未来电子电气架构将采取中央+区域方案(Central & Zone Concept)

目前采用基于域的E/E架构而设计的汽车,不具备空间优势,重量大,车型覆盖少,可扩展性小;而基于新一代Central& Zone方案的汽车设计,通过ECU集成降低成本,具有空间优势、轻量化、车型覆盖多、可扩展性特点,其目标是设计简单的软件插件和实现物理层变化的本地化。

丰田汽车:未来电子电气架构将采用Central & Zone方案(图8)

丰田汽车:未来电子电气架构将采用Central & Zone方案(图9)

Central& Zone方案可适用于自动驾驶汽车、共享汽车、人工智能、电动汽车(各国规定不同)MaaS服务及联网等场景,这些领域的应用亦可促进Central & Zone架构演变。

丰田汽车:未来电子电气架构将采用Central & Zone方案(图10)

在汽车新四化(网联化、自动驾驶、共享化、电动化)的趋势下,未来电子电气架构将主要用来设计信息娱乐、车身、ADAS以及动力总成/底盘。

丰田汽车:未来电子电气架构将采用Central & Zone方案(图11)

高速公路自动驾驶

丰田汽车:未来电子电气架构将采用Central & Zone方案(图12)

在实际发展过程中,在全球范围内及验证高速公路自动驾驶,若实现完全自动驾驶,需要进行1,420亿千米的道路,用2,700年的时间(平均速度为60km/h)需要覆盖全球所有道路,所以必须采用压缩/压缩验证方法。

丰田汽车:未来电子电气架构将采用Central & Zone方案(图13)

要覆盖所有道路,需利用虚拟环境来验证。比如利用计算机图形图像验证在背光和路面反光条件下能够进行“识别”以及验证“规划/控制”能力。仿真对于矩阵式验证是十分有效的。

丰田汽车:未来电子电气架构将采用Central & Zone方案(图14)

累计数据及仿真是验证覆盖范围的关键所在。

背光行驶场景

丰田汽车:未来电子电气架构将采用Central & Zone方案(图15)

计算机辅助软件工程(CASE)的赋能技术能够更加紧密衔接研究(如深度学习和语音识别)预(如后备箱)再到及正式量产(中控单元及硬件升级)的各阶段。从虚拟环境(可编程控制)到量产ECU,不同计算平台间的功能性保持一致。算力的优化经过了实际功能验证和实时性能检验。

丰田汽车:未来电子电气架构将采用Central & Zone方案(图16)

针对新四化的技术,主机厂可以负责人工智能APP(深度学习)一级供应商负责车载综合信息处理APP及高级驾驶辅助APP的,二级供应商负责云端APP(边缘计算)的。对主机厂来说,核心软件可以在自适应平台上运行。可升级软件(扩展功能)位于中央电控单元(ECU)

丰田汽车:未来电子电气架构将采用Central & Zone方案(图17)

总之,未来趋势为:

电子电气架构或许会发展成中心/区域概念

可通过将新四化融入到架构中实现基于域LAN架构的迁移

只有使用虚拟技术才能对新四化进行验证

AUTOSAR自适应软件平台必须能够运行虚拟环境中与量产ECU一样的功能。

主机厂、一级供应商和二级供应商进行分工协作,对于未来软件平台及电子电气架构的成功至关重要。

2019深圳国际未来汽车及技术展暨2019汽车新四化与汽车电子论坛

本文相关词条概念解析:

架构

软件架构(softwarearchitecture)是一系列相关的抽象模式,用于指导大型软件系统各个方面的设计。软件架构描述的对象是直接构成系统的抽象组件。

电气

电气(electrical,electricalpowerandequipment)是电能的生产、传输、分配、使用和电工装备制造等学科或工程领域的统称。是以电能、电气设备和电气技术为手段来创造、维持与改善限定空间和环境的一门科学,涵盖电能的转换、利用和研究三方面,包括基础理论、应用技术、设施设备等。电气工程(ElectricalEngineering,简称EE)是现代科技领域中的核心学科之一,更是当今高新技术领域中不可或缺少的关键学科。正是电子技术的巨大进步才推动了以计算机网络为基础的信息时代的到来,并将改变人类的生活、工作模式。电气工程的发展前景同样很有潜力,使得当今的学生就业比率一直很高。


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