谈谈整车电子电气架构EEA

来源：•作者：线束世界-Jimmy•2021-03-26 23:28

汽车智能化、电子化程度的不断提高，这是大背景，这个大家肯定没异议。毕竟客户爸爸们现在很喜欢，未来会更喜欢。

这时候来了三批工程师要搞定这个事，他们首先要解决的就是怎么把车上这么多电子设备连接起来，这个设计过程就是电子电器架构

所谓「电子电气架构」，简单地说就是把汽车里的传感器、中央处理器、电子电气分配系统、软件硬件通过技术手段整合在一起。通过这种架构，可以将动力总成、驱动信息以及娱乐信息等，转化为实际的电源分配的物理布局、信号网络、数据网络、诊断、容错、能量管理等电子电气解决方案。

通俗来说，汽车是一个软硬件结合的产物，如果把它比作是一个人，「四个轮子+一个沙发」是身体，电子电气架构就相当于神经系统，负责完成各个部位的连接，统领整个身体的运作，实现特定功能。

首先是一群抱着“机械定义汽车”思维的传统车企工程师开始动作了。增加电子控制单元(ECU)、增加传感器、增加仪表。要连接了咋么办。哪两个东西之间有需求，就加根线呗。

传统的车上电气系统，大多采用点对点的单一通信方式，相互之间很少有联系

但随着系统变复杂情况不对了，布线系统变得异常庞大, 一辆传统连接的汽车中，导线总长度可以达到2000多米，电气节点可以达到1500多个。导致线束材料成本剧增，可靠性骤减。系统不可持续了。

又来了一群抱着“硬件定义汽车”思维的车企工程师开始寻思了，计算机硬件里不是有总线嘛，能不能借鉴下，大家都先连在几根粗线上。

总线技术可以简单理解为高速公路，路上所有的车（信息）都走一段高速，降低道路（线束）成本。

为简化线路连接，提高可靠性、利于各装置之间的数据共享，以汽车分布式控制系统为基础的车载网络总线技术发展起来了。

汽车总线技术的优点是在统一应用层协议和数据定义的基础上，可以使之成为一个“开放式系统”，具有很强的灵活性。对于任何遵循上述协议的供应商所生产的控制单元都可轻易添加入该网络系统中或者从网络系统中拆除，几乎不需要做任何硬件和软件的修改，这完全符合现代汽车平台式设计的理念。因此汽车电子控制采用网络化设计可大大降低设计成本。

当然行人或者自行车（数据）移动的过程对路（线束）的需求不同，不同设备之间的通讯也有不同需求，有些要高可靠，有些要大容量，有些要抗干扰。这也催生了大量的汽车网络如LIN，CAN，CAN FD， FlexRay，MOST，汽车以太网的百家齐放。

综合考虑功能和位传输速率等因素现有的汽车通信网络大致可划分为ABCDE类网络：
A类网络主要应用于低速场合，通信速率不超过10kb/s。目前A类网络中应用最广的是LIN总线。LIN总线标准是由LIN协会制定的专门用于低速网络的低成本网络解决方案。
B类网络主要应用于实时性要求不高的场合，通信速率一般为过10~125kb/s。以前有低速CAN，J1850和VAN等多种，目前低速CAN总线成为B类网络中的主流。
C类网络主要应用于实时性要求较高的场合，通信速率一般为125~1000kb/s。目前C类网络中主要有高速CAN，FlexRay其中仍属高速CAN使用较为广泛，普遍应用于动力、底盘、发动机等领域的控制。
D类网络主要面向多媒体、导航系统等领域，网络的数据传输速率为250kb/s~400Mb/s。目前的D类网络总线有IDB-1394和MOST。两者目前在量产中是并存关系。
E类网络主要面向成员的安全系统以及车辆被动安全领域。目前主要的E类网络主流为Byteflight，其最高传输速率10Mb/s。特点是强调高安全性。

可问题又来了，这高速公路是修了，成本也节省了，可这道路上的交规（总线协议）是几个山头（ECU供应商)定出来的，不允许你变化。最多两年变一次（整车开发周期）。还有一种情况是本来走自行车的现在要走卡车了，这路面又支持不了了，部分总线比如LIN,CAN并没有很高的容量扩展性。需求变化了，基本就只能让客户爸爸等两年换一辆车了。

这个时候抱着“软件定义汽车”思维的工程师跨步走来，看着他们好像要做软件了，实际他们第一件事还是尽可能的要折腾下硬件，就是在把尽可能多不同的总线合并（所有路都按照一个标准修建），另外尽可能多的合并控制器（哪有那么多山头，交通部全中国就一个），这样后面有个啥世博会，马拉松啥的，我可以根据需求统一变化，适应各种需求。

博世电子电器架构研究研究

这里还是要再专业点描述这个问题，在软件定义汽车思维下有三个重要的关注点

硬件成本进一步降低：相同功能需求下，减少 ECU（电子控制单元）数量，可以降低 ECU 物料成本，另一方面也进一步减少了整车线束使用量。Model S 线束约 3 公里长，而 Model 3 缩短了近 1 倍。

硬件抽象：此前的供应体系是供应商将「软件+零部件」打包卖给主机厂，软硬件的耦合很深，议价能力差，测试调试苦难。特斯拉的牛叉在于软件基本自己写，即便更换硬件供应商，也不会显著影响软件功能的部署。

OTA升级：在硬件抽象的基础上，特斯拉可以通过 OTA 的方式进行新功能的更新下放，以及对车辆状况进行良好监控，降低维修成本。整车软件开发变得更多样化，更简单。

一个最经典例子：特斯拉通过 OTA 解决制动距离过长的问题。彼时 Consumer Reports（消费者报告）发布的特斯拉 Model 3 测评中指出，这台车的 60mph-0 刹停距离并不理想，达到了 46.33 米，但是经过 OTA，Model 3 的刹车距离得到了显著提升。

刚才说了有三批工程师来解决这些问题，目前第二批工程师代表了主流的主机厂，而第三批工程师代表了Tesla等新兴的车企。主流主机厂看Tesla不眼馋嘛？家大业大干不过他？还真是。。。

阻碍帝国成长的是帝国本身，软件定义汽车本质就不是一个技术问题

表面上，车子都是整车厂造出来的，但这并不意味着车上的所有技术都是由整车厂研发的，供应商才是大部分技术的幕后功臣，而「整合」才是整车厂的重要任务。汽车工业百年发展，早已形成完备且复杂的供应商体系，比如我们常说的一级供应商、二级供应商、三级供应商。。。。

如此多供应商的加持，看起来更牛逼了。旧时代看着是一只军队，新时代里就变成了乌合之众。车企转型需要自身有足够强的研发能力，还得和供应商不断博弈，付出大量的人力物力财力，还需要经过一个比较长的磨合期，才能真正在量产车上落地。

更重要的，欲练此功，必先自宫，主机厂们担心特斯拉的这种设计趋势会淘汰掉他们数十年来培育起来的零部件供应链。谁能想到有一天，曾经让主机厂安逸发财的供应链成为阻碍其创新的绊脚石？

大众、丰田、上汽等传统整车厂，体量巨大。在电子电气架构上动刀子，如果不成功，谁来为负责？轻则影响公司未来几年产品的销量，重则事关生死。而且，难免会因此而触犯别人的利益，推行阻力很大。

特斯拉体量小得多，也没什么历史包袱，因此可以直接上手去做。而马斯克个人秉承的第一性原理的思维方式以及超强控制欲，多年以来，公司坚持创新自研、垂直整合，已经是这家公司的深刻烙印。特斯拉在电子电气和软件层面的优势，并不是偶然。

传统车厂也在行动：大众开发了自己的 MEB 纯电动平台，同时斥巨资成立软件中心，提升自己的软件能力，与此同时，大众设计了全新的 E3 电子架构，计划将 70 个 ECU 减少到 3 个域控制器。去年 5 月，通用汽车发布了新一代电子电气架构，支持整车 OTA。宝马也在全新一代产品（3 系、X5、X7）都已经可以支持整车 OTA，如果不是在电子架构层面做改变，这个特性是很难实现的。中国的头部 OEM 都在积极开发下一代的电子电气架构，并且在 2022 年左右实现新一代电子电气架构的平台化。

趣闻：量产过程，不是自动驾驶工程师不努力，而是臣妾做不到哈

如果你知道整车开发流程，一定知道“冻结”这个概念，关键接口，关键零部件在每个小迭代周期都会进行冻结，以维持各个块线的合作和同步推进。

没有OTA或者域控制器之前，智能驾驶功能必须要等到底盘性能完全冻结才能开始进行标定、调教和测试，虽然多数时候会分多个迭代过程，进行多个周期的调试，但不管哪个周期，智能驾驶功能永远是拍在最后的。一旦前面的某些开发出现了延期，在量产前最着急最痛苦的就是智能驾驶工程师，因为压缩的基本都是他们性能提升和测试的时间。

自动驾驶的研发周期理论上就不可能和整车研发周期契合！

无论生物成长还是汽车制造基本都一个道理：简单构件往往会优先产生并投入工作，以支持复杂构建的产生，骨架，心肺，往往都会优先形成机能并支持大脑器官的发育，后者的成熟周期往往是最长的。不同器官需要处理的任务维度不同，因此复杂度也不同

就像小宝宝，如果它脑袋在出了娘胎后就不成长（传统电气架构），那牛津大学也要在娘胎里读了。虽然骨架，肌肉，心肺都可以在出生前健全，但10个月时间脑子的核心功能是好不了的，他需要对接外部环境。但如果可以后天学习，那ok了，差不多时候我就可以从娘胎里出来了。

OTA或者域控制器的产生，为自动驾驶等功能释放了更多空间和时间，让其开发周期和测试周期得到必要的保障。

你以为结束了？软件定义汽车的工程师刚刚完成了第一步!

把硬件折腾清楚了，充其量就是车的硬件基本可以和一台电脑或者一部手机相比较了，可这些东西可以真正工作起来还缺个操作系统哈（什么android，Windows，Linux），那汽车的操作系统是什么？下篇将会介绍。