1.1.2 汽车电控系统发展前沿
进入21世纪后，汽车的“新四化”正在引领汽车行业发生重要的变革，汽车的功能越来越多样、复杂，汽车电子控制系统及其电子电气架构也在不断变革，并逐渐从分布式架构向集中式架构演进。现阶段，大多数汽车还是采用分布式架构，车辆的各功能由不同的单一ECU通过车载控制总线相互协作实现，一辆车往往分布着上百个ECU，线束长度从1.5mile（1mile=1609.344m）增加到2.5mile。在这种架构下，大量ECU会相互协同工作，共同为驾驶人提供各种功能。但这种架构已经快要“到达极限”了，不可避免地带来以下问题：
1）电子电气部件占据整车大量有效空间。
2）硬件成本、功耗、重量增加，导致油耗也随之增加。
3）整车的架构设计开发难度增大。
4）架构的复杂性增加（协议、线束、ECU、网关等）。
5）整车总线负载率Overload增加。
6）某些信号会在多个子网络中重复发送。
7）不同ECU之间工作大多不能协同，算力浪费。
8）功能分布在不同的ECU中，空中下载技术（OTA）升级困难。
9）不同的ECU往往由不同的供应商开发，软件框架难以复用。
10）垂直孤岛式开发，对供应商比较依赖。
为了解决这些问题，许多车企及Tier 1厂家开始着力于集中式电子电气架构的研究。2017年特斯拉Model 3发布，全新一代的集中式E/E架构才呈现在人们面前。为了解决高昂的成本，且不丢失“域”的软件集中的核心概念。特斯拉在Model 3上重新划分了“域”。在新的概念中，不再存在传统的车身域、动力域等，取而代之的是物理空间上划分的“区域Zone”。Model 3的电子电气架构只有三大部分：中央计算模块（Center Compute Module，CCM）直接整合了高级驾驶辅助系统（Advanced Driving Assistance System，ADAS）和信息娱乐系统（In-Vehicle Infotainment，IVI）两大域左车身控制模块和右车身控制模块分别负责剩下的车身与便利系统（Body and Convenience）、底盘与安全系统（Chassis and Safety）和部分动力系统（Powertrain）的功能。图1-12为传统汽车的分布式电子电气架构与特斯拉集中式电子电气架构的对比。
安波福（APTIV）也在2020年CES上推出了其智能汽车架构设计。安波福所推出的SVA架构主要在两大领域进行了革新——数据动力中心及开放式服务器平台。
图1-12 传统汽车分布式与特斯拉集中式的电子电气架构对比
1~6—摄像头
数据动力中心（Power Data Center，PDC）就好比笔记本计算机的扩展坞，它带有多个输入端，可以充当其他设备的接入界面。数据动力中心可以带来数字智能融合解决方案，在故障情况下，可以在几毫秒内切换动力供应；在网络方面，安波福将传感器及周边设备与当前的以太网、CAN或低压差分信号（LVDS）等网络技术连接，并将它们连入冗余的双绞线主干；在区域控制方面，安波福增加了强大的应用处理器，使我们能够向上集成和控制特定区域内的多种属性及功能。
开放式服务器平台是一种全新的、更具逻辑的中央计算策略：当智能汽车架构将输入输出端移出计算机、由数据动力中心统一管理时，面向未来的中央计算架构便由此诞生。安波福的开放式服务器平台是一种灵活的计算平台，带有智能抽象的软件框架，可以解决车辆的软件工作负荷问题，实现计算、图像、人工智能、网络及汽车功能安全的最佳平衡。通过开放式服务器平台，新架构可以根据车辆内工作负荷的整体计算需求定制协同处理器。安波福的开放式服务器平台可以同时运行各种应用，从后门控制、信息娱乐，到自动驾驶的数据应用。该开放式服务器平台不仅增强了计算能力，还具有灵活的软件框架及智能抽象，逻辑域几乎接近所代表的实体。这一设计突破可以使在汽车的各个控制器上开发或改进的软件实现“脱离”，重新打包及向上集成到服务器平台上。安波福推出的智能汽车架构（SVA）如图1-13所示。
图1-13 安波福推出的SVA
近些年来，随着信息技术的发展，车联网与云计算技术日趋成熟。因此现在的电子电气架构不仅要满足车辆本身的功能和车辆本身的服务，还要延伸到云端，实现车与车之间的互联、车与交通设施之间的互联、车与人之间的互联，这些都将通过电子电气架构来实现，所以将来的电子电气架构是互联的电子电气架构。车内E/E架构和云端架构越来越接近。越来越多的汽车功能与云端交换数据或部分功能运行在云端。因此，功能分离、编码和防火墙等方面变得越来越重要。这些安全模式已经存在于信息技术和消费电子行业，并且可以转移到汽车领域。基于云端的整车电子电气架构如图1-14所示。
图1-14 基于云端的整车电子电气架构
博世公司的电子电气架构发展的战略规划：整车电子电气架构的发展分为模块化阶段（一个功能一个ECU硬件）、功能集成阶段、中央域控制器阶段、跨域融合阶段、车载中央计算机和区域控制器阶段、车载云计算阶段共6个阶段，如图1-15所示。
随着域控制器的提出，软件将根据相应功能重新分类。未来的汽车电子电气系统将越来越面向驾驶人并以面向服务为导向。车载娱乐系统、人车交互系统、车联网系统将扮演愈发重要的角色，其代码量也必将与日俱增。为了应对这一系统性变革，必须将相应的软件系统从分散在各处的电子控制器中剥离出来并重新集成在相应的域控制器中。图1-16展示了一种未来可能的汽车电子电气架构。左上角为面向驾驶人的域控制器，它主要负责人机交互功能。它从传统的动力系统等控制器中分离出来，并通过中央网关和以太网与其他域控制器进行通信连接。
图1-15 博世电子电气架构发展战略规划
图1-16 未来汽车电子电气架构
当我们在讨论域控制器的时候，是要利用其强大的运算处理能力为庞大的汽车软件集中运算提供支持，当今许多量产的汽车电子控制器大多采用的是依据AUTOSAR或OESK开发的静态驱动系统。在软件系统运行过程中，不同的功能函数被事先定义好的排序文件依次调用、逐个运行。静态驱动系统的优点是资源分配问题被事先一次性解决。每个函数的具体运行区间也被提前锁定。这满足了一些对于行车安全有苛刻要求的功能函数的运行需求，比如决定安全气囊是否打开的功能函数会固定地几毫秒运行一次，以便在紧急情况下确保安全气囊得以及时打开。