在车辆新四化(电动化、网联化、智能化、共享化)趋势的推动下,现代汽车越来越多地与“物联网”( IoT)联网,并且大量采用电子设备领域的新技术,对车辆内部和后端的传输带宽,适应性和可扩展性的需求在持续不断增加。此外,为了遵守汽车标准(如AUTOSAR和ISO26262)的要求,以及应对当前和未来的行业需求,传统汽车的分散式汽车电子电气架构(Electrical/ElectronicArchitecture,简称为EEA或E/E架构)面临着越来越大的挑战,需要从概念和技术方面应对,包括IT安全方面。
E/E架构概念首先由德尔福公司提出的,它是集合汽车的电子电气系统原理设计、中央电器盒的设计、连接器的设计、电子电气分配系统等设计为一体的整车电子电气解决方案的概念。通过E/E架构的设计,可将动力总成、驱动信息、娱乐信息等车身信息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、
能量管理等的电子电气解决方案。
在分散式E/E架构中,嵌入式车辆功能分布在大量相互连接的电子控制单元(
ECU)中,每个
ECU都能处理自己的数据并与其他
ECU进行通信,以实现高级车辆功能。虽然长期以来分散式架构有一些优势,但它们也存在严重的缺点,最明显缺陷集中在可扩展性和通信性能方面。传统的分散式架构大多在车辆功能和
ECU之间是一对一的映射,这导致越来越多的汽车拥有超过100个
ECU,用以执行大约1.5亿行代码。当一个功能由多个协同
ECU实现时,
车载网络的通信负荷会增加。由于存在大量的
ECU和笨重的线束,为单个功能添加单独的
ECU的做法导致了成本的大幅增加。这种做法进一步增加了汽车
ECU的软件复杂性和大量的软件变体。
为了解决分散式E/E架构的局限性,汽车E/E架构开始向集中式替代方案发展,如领域集中式(或称面向领域)、跨域集中式(或称面向跨域)和车辆集中式(或称面向区域)架构。面向领域、面向跨域和面向区域的架构统称为称为集中式架构。集中式架构的基本思想是集中处理车辆中各个域、域组或整车级别上的功能。这一演变受到了航空工业从联合架构(即分散架构)到集成架构(即集中架构)的成功过渡的影响。汽车E/E架构的演变如图1所示。
现代集中式E/E架构的运行需要多种技术支持。为了支持日益复杂的车辆功能,需要具有增强的处理能力的
ECU,同时这些
ECU必须满足功能安全和安保的硬件规定。此外,需要改进通信网络,提高带宽、实时和流量分区能力、容错机制、先进的网关(即旨在利用基于硬件的加速技术,减少延迟和提高吞吐量的网关)和增强安全措施,以支持日益智能化
的运输系统的要求。
奔驰在2021年推出的新一代S级轿车,车型代号W223,首次采用了奔驰最新的STAR3集中式E/E架构,这也是目前最先进的汽车E/E架构,全球唯一的SOA(service oriented architecture)(服务导向)架构,也是全球最先进的量产车架构之一。2021年上市的新C级,代号W206也采用了STAR3 E/E架构,奔驰之后推出的所有新车型,包含燃油车、插电混动车型以及纯电车型都将采用全新的STAR3 E/E架构。奔驰电子电气架构及
车载网络迭代如表1所示。
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