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电子电气架构与汽车创新的未来

发布日期:2020-07-06

GRCC汽车电子电气架构创新发展论坛

2020-07-06 23:02:32

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随着时间的流逝,由于技术进步和消费者趋势,车辆变得非常复杂。在汽车的大部分历史中,机械系统是造成这种复杂性的主要原因,但是电气和电子系统的复杂性却在不断提高。发动机管理,制动,转向,信息娱乐以及其他舒适性和便利性特征均取决于电气和电子系统。嵌入式软件在车辆功能方面也起着主导作用。现代汽车包含数百万行代码,这些代码构成了从**进的信息娱乐和被动安全功能到自动门锁的所有应用程序。如今,大多数汽车功能都通过电子组件,嵌入式软件以及基础的电气和电子(E / E)体系结构来辅助或启用。


随着车辆功能的不断发展和完善,以前不相关的子系统将开始接触。先前独立发展的系统将开始集成,并且相互依赖以实现新的功能。1950年代后期,巡航控制系统的引入是汽车中机电系统的首次集成(图1)。从那时起,巡航控制系统不断发展。自适应巡航控制系统可使现代汽车根据需要减速和加速,以保持驾驶员确定的跟随距离(图2)。而且,即使驾驶员不注意,自动紧急制动系统也可以使车辆完全停止。


图1:巡航控制是车辆中机电系统的首次集成。早期的系统使用流体压力来启动节流阀并由螺线管控制(美国专利号2,714,880,1955)。


图2:自适应巡航控制系统更多地依赖于车辆的E / E系统来基于传感器输入来控制车速(美国专利5,454,442,1995年)。


这种创新和集成的结果是电子控制单元(ECU),传感器,执行器和将它们全部连接在一起的布线的极为复杂的系统。这些架构的规模和复杂性给汽车原始设备制造商(OEM)及其供应商带来了新的挑战。随着公司不断发展车辆技术,尤其是在自动驾驶领域,这些挑战将变得更加严峻。在这种环境下,底层E / E体系结构的重要性至关重要。


E / E体系结构的发展所带来的挑战不仅限于车辆设计和工程。主要的OEM和供应商都意识到,对其组织和商业模式的改变将为未来的成功奠定基础。原始设备制造商正在投资以提高其软件能力,以内部开发车辆软件。随着汽车制造商开始仅从其供应商网络中采购硬件,这正在改变OEM与供应商的关系。


作为回应,长期的汽车供应商正在扩展他们提供的服务,以涵盖从设计到制造的整个零部件开发。这些供应商被称为一级供应商,它们陷入了诸如生产效率和产品质量之类的**挑战与诸如线束复杂性不断增加,开发周期加快以及需要开发新技术以保持竞争优势之类的新兴挑战之间。展望未来,一级供应商将需要向价值链上游转移,以提供完整的线束和配电系统设计和集成服务。


在大规模的技术变化和随之而来的行业动态变化之间,制造商和供应商面临着充满挑战的道路。


消费者希望有更多的自由来通过可选功能自定义其车辆,而无需支付高价。OEM仍在尝试大规模提供此定制服务,因为他们的业务仍依赖于制造和销售大量车辆。相比之下,OEM同时尝试在整个车辆平台上尽可能多地重复使用物料清单(BOM),以降低设计和制造成本。因此,在成千上万的通用和独特组件之间进行跟踪和协调变得更具挑战性,例如正确版本的ECU或软件版本,以及整个车辆平台上相应的连接器和端子,所有这些都需要启用功能设备之间的连接。


其次,由于车辆中E / E含量的增加,典型的汽车供应链正在变得越来越长。更长,更大的供应商管道会大大增加级联和实施设计变更所需的时间。确保所有团队都了解正在实施的更改及其对其领域的影响已经是一项关键挑战。与其他供应商签约并扩展供应商生态系统以提供所需的功能只会加剧此问题。


第三,当今平均每辆新车包含70-100个ECU。在未来的车辆中,OEM将把它们整合到数量更少,功能更强大的控制单元中。这种整合应该走多远?但是,这是一个主要争论点。一些人主张采用具有几个或单个非常强大的ECU来管理车辆功能的集中式架构。其他人则认为,具有更多ECU的分布式体系结构是更好的选择,主要是在车辆系统中创建冗余。


在每种情况下,OEM都将寻求限制投资以节省成本,但是不断增加的结构复杂性和更严格的安全要求增加了车辆设计的挑战。挑战的增加等于成本的增加,因为交付市场所需的先进车辆需要投资。当OEM和供应商希望通过E / E架构进行创新时,他们将需要发展其开发流程以跨域集成,自动化设计任务并提供可靠的数据一致性,以应对技术和组织变革带来的挑战。


确实,挑战只有随着公司不断扩展规模并通过新技术的验证来创造利润时,挑战才会加剧。充分利用先进车辆技术的巨大机遇,需要整个汽车公司进行全面的数字化,并通过单个数字线程将IT,工程和制造联系起来。数字化战略还必须支持整个OEM供应商生态系统之间的敏捷性和协作。



作者:道格·伯西基(Doug Burcicki)| 2020年6月9日




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