新的EE架构面临的挑战以及带来的影响

1、未来移动出行社会

社会未来四大发展趋势：可持续发展、城镇化、数字化、老龄化

图1. 未来社会发展趋势

随着移动出行生态系统的不断扩展，汽车领域的传统市场参与者已将重点放在提高车辆功能上，并更加着重于移动出行解决方案；软件将在移动出行解决方案中扮演重要角色。
未来的车辆必须具备以下几种特性：

1）Failsafe（失效安全）：即使车辆系统部分故障，系统也能够完成其关键功能

2）Secure （网络安全）：通过对网络攻击的预测，躲避，检测和防御来确保安全

3）Updatable（可更新）：软件能够进行空中升级（OTA）

4）Connected（互联性）：能够与基础设施、互联网以及移动设备进行互联

5）Upgradable（可升级）：软件与硬件均可升级

6）Collaborative（协同交互）：与智能运输系统进行交互，以优化无缝运输

7）Self-learning（自学习）：通过人工智能来实现

图2. 从嵌入式车辆系统到移动解决方案

2、汽车E/E架构的演变

2.1 ECU整合的驱动因素

电子控制单元（ECU）的整合是汽车E / E架构中的一个重要趋势。新的移动出行解决方案需要集中式的E/E架构（仅带有少量独立的ECU）。

ECU的整合主要由两个因素驱动：
1）自动驾驶算法的最优性：如果将来自各种传感器的数据融合到单个计算单元中，则自动驾驶的环境感知和环境建模算法是最优性的
2）成本：ECU整合可降低计算成本，减少通用组件（例如电源），减少线束和整合软件功能

 

2.2 汽车E/E架构的演变过程

图3. 汽车E/E架构的演变过程

1）过去：基于独立ECU的E/E架构
过去的汽车E/E架构具有多达150个电子控制单元（ECU）。大部分ECU都具有嵌入式微控制器，该微控制器可控制执行器，处理传感器信号，控制机械操作（如点火/喷射控制）并执行电子功能（如自动停车，安全气囊触发）。 每个功能都有其自己的ECU， 这些ECU通过线束连接，并且不同ECU之间的相互通讯很少。软件到硬件的集成度很高。

2）现在：基于DCU的E/E架构当今的汽车E/E架构采用专用域控制单元（DCU）或域ECU的集中式系统。 多个功能集成到一个域ECU中，以减少ECU的数量，功能集成后有利于简化线束布置（例如，用于信息娱乐，车身控制等）。

3）未来：基于中央服务器的E/E架构
未来新E/E架构的特点是：具有一些集中式高性能计算的中央服务器。 这些服务器将与云平台进行连接，以进行定期更新以及非车载计算。传感器和执行器由中央车辆服务器通过标准化接口控制。

然而，从今天的E/E架构转换到未来基于中央服务器的E/E架构也不可能一步到位的。它需要有这样的一个过渡阶段：基于服务器的E/E架构，并带有额外的区域ECU和一些独立的ECU，用于对实时性或延迟性有严格要求的安全关键型应用（如制动以及安全气囊控制）。

由于传感器和执行器分布在车身的不同位置，区域ECU以桥梁的形式，将传感器/执行器与中央服务器连接起来，这样有助于减少线束的布置。

图4. 当前E/E架构到未来E/E架构的过渡

2.3 汽车未来E/E架构的基本构成

未来服务器的E/E架构由3个不同的层级组成：1）执行器/传感器层级：可将压力，加速度，位置，图像等数据提供给计算层级和执行器驱动模块，如阀门，电机，变频器等；2）计算层级：进行传感器数据融合、分析、规划以及执行功能和服务；3）后端平台：用于非车载计算、大数据管理、AI训练、服务；

3、汽车E/E架构演进过程中的技术挑战

1）如今，汽车级嵌入式处理器没有足够的计算能力来处理自动驾驶所需的算法，例如多传感器数据融合算法。当前的自动驾驶测试车辆（L3级）结合使用了来自消费行业的高性能CPU和GPU，以及符合汽车标准的主ECU。但是，如果要将这些系统进行批量生产，需要用汽车级eHPCs（嵌入式HPC）代替消费类计算引擎。

2）未来对处理能力的需求将进一步增加，因为从L3级到L4级，车辆需要更大的计算能力（x2），再从L4级到L5级时又进一步需要更大的计算能力（x1.5）。

3）eHPCs无法在计算能力上不断进化（传统HPCs可以）。为了适应未来汽车的应用，汽车对微控制器/片上系统有众多的特殊要求限制。这些特殊要求如下图所示：

图5.微控制器/片上系统的要求限制

因此，高性能计算能力需要解决领先性能，先进技术与汽车特殊要求之间的矛盾冲突；

4、未来E/E架构给行业带来的影响

1） 传感器，线束，ECU / DCU / Server等计算硬件以及其他可能的电子硬件组件的标准化和商品化。

2） 软件将变得越来越突出。功能将通过软件实现，而不是通过额外的硬件实现（例如，基于一套标准化的电子硬件按需启用的ADAS功能）。

3） 面向服务的架构（SOA）将会出现。该架构可能会在各类车辆，应用程序和功能部件之间具有更大的可扩展性和可重用性。

4） 频繁的空中下载（OTA）更新将变得很普遍。

5） 硬件和软件开发周期将分离，从而帮助汽车公司加快软件开发速度。

6） 由于硬件和软件的分离，出现了新的采购模型。 这将避免供应商锁定。对于市场上的数字原生代而言，这意味着进入汽车行业的准入门槛进一步降低。

7） 进一步开放生态系统，加强参与者之间的合作，以分担成本并加快发展。 当前移动出行领域的传统竞争对手也都在转型过程中携手合作。

8） 汽车行业进行持续敏捷转型；通常，汽车公司在采用现代组织模型方面落后于其他行业。这种现状将会很快改变，例如，为了提高自身的敏捷性，一家领先的欧洲汽车OEM已加入了一个庞大的组织，另一个大型的汽车OEM进行了大规模的敏捷转型。

参考资料：

1. Future Automotive E/E Architecture

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筋斗云与自动驾驶