電子架構進化論 4億年前的自然選擇如今還在發生

2019-09-27 21:59:47 作者:洪曉峰

  【太平洋汽車網 技術頻道】如果我說現在的汽車行業正經歷一場涉及根本的巨大變革之中,你會想到什么?電動新能源還是智能網聯汽車?要我說這些其實都不是,如今的汽車行業正在面臨當年手機從功能機全面升級到智能手機的階段,如果動作稍慢上一點點,那下場絕對不會比諾基亞好過。

  那這汽車行業變革的核心競爭力是什么?就是電子架構。電子架構這個名詞對普通消費者來說其實非常的陌生,今天就讓我們來談談這個有些熟悉又很陌生的話題吧。

電子架構進化論 4億年前的自然選擇如今還在發生

  正如手機功能機盛行之時,人們只知道愛立信、諾基亞或者三星這些手機品牌,有人會在意手機的系統是個什么玩意兒嗎?不會,塞班這個詞也是要等到安卓和iOS大舉來犯之時才開始出現在人們視野里的。所以,當電子架構這個詞平凡出現在公眾視野的時候,我們的汽車行業其實已經來到了這個變革的臨界點上。

電子架構

  電子架構,也叫做電子電氣架構,簡稱E/E系統,電子架構實現了車輛的大部分功能,E/E架構包括所有的電子的和電氣的部件、互連結構(拓撲結構),以及他們的邏輯功能。說人話就是,汽車里所有通了電的都屬于電子架構范疇。

電子架構

  電子架構為什么這么重要?業內大家會形象的稱呼電子架構為汽車的大腦和神經系統,結構、處理能力、傳輸速度決定了其效率。如果大家還沒法意識到電子架構的重要性,下面就給大家講一個關于大腦和神經系統的故事,這也是為什么脊椎動物能夠在自然界漫長的生物進化過程中脫穎而出的故事。

 
與4億年前脊椎動物進化如出一轍

  在距今大約4億年前,如今被我們稱作古生代第四紀的泥盆紀,脊椎動物在這個時代進入飛躍發展時期,與此前各個時代的霸主不同,脊椎動物的代表硬骨魚首先演化出了有髓神經纖維。擁有了髓鞘的神經纖維讓信號的傳輸速率可以達到100米/秒,至于這有多厲害,我們先來看看同時代的競爭對手。

電子架構

  無脊椎動物的神經傳輸速率約為1至2米每秒,信號傳輸速率可能還不如我們走路的速度快,無論是鱟、角石這些曾經稱霸的確的生物體型稍大一些就難以驅動身體做精細運動了。想象一下,當時的無脊椎動物大腦控制一個抬手的動作可能會有1秒的延遲,而脊椎動物無論體型大小都已經能夠行動自如。

電子架構

  大腦在此之下隨著感官器官的發展和大數據量的處理需求之下,也開始了飛速的進步,所以我們人類遠在4億年前祖宗通過神經系統結構的進化,徹底拉開了與其他生物的科技層次,從此地球歸脊椎動物所有。

 
車輛的大腦與神經系統

  電子構架作為汽車的大腦與神經系統,來到了全面升級換代的時候,這也是PC電腦從DOS到windows、手機從功能機到智能機都走過的老路。時代的變革,再一次降臨在你我身邊,面對車聯網、5G、自動駕駛,老一代的電子架構設計已經無法滿足超大數量的數據交互和傳輸,各大廠商都在研發或者已經推出了自家最新一代的電子構架。

電子架構

  下面我們先來看一看,汽車電子電氣架構設計的發展與方向,博世在2017年的一個汽車行業會議上分享過一個其在整車電子電氣架構方面的戰略圖,下圖清晰的顯示了博世在整車電子電氣架構發展的6個階段:模塊化階段,功能集成階段,中央域控制器階段,跨域融合階段,車載中央電腦和區域控制器,車載云計算階段。

電子架構

  我們如今的大多數家用車輛,都還在使用第一或者第二階段的電子架構,每一個功能都一個ECU硬件控制處理,或者幾個功能集成在一個ECU硬件上,在通過CAN總線結構連接在一起,用拓撲圖來展示會接近于星形的結構。形象的說更像是一座房子里安裝了許多電器,它們各司其職又互不連通,新搬入的家電(新科技新功能)受房間尺寸和預設插座限制。好了,告訴大家,傳統車型電子架構下,擁有的控制器(ECU)數量多的能在100至200個,少的也在70個左右,加上CAN總線結構傳輸速率低,整體系統效率較低并且發展前景已經到了上限。

電子架構

  中央域控制器階段與跨域融合階段,也就是代表明天的第二第三階段,只是讓一個EUC解決多個問題,然后做成區域控制結構,再把與控制器做的再強大一點,讓域和域之間結合,讓一個域控制器來控制多個域。然后基于以太網主干網絡,而非傳統的總線結構,這帶來了更大的通訊帶寬和更強的計算能力。這種以太網主干網絡的集中式域控制器架構,也是如今許多車企正在研發或者已經發布應用的電子架構,它能夠支持智能網聯汽車的各項需求。

電子架構

  從此以后,汽車不再是一座房子,更像是一個操作系統,車輛的各項功能就是一個個軟件或者APP,控制油門剎車、驅動系統、天窗開閉、多媒體系統所有的一切都由整車電子平臺中的軟件系統來控制,不再是裝到家里的電器一切都是預設好的硬件。功能的更新也更為便捷,所有通過軟件控制的內容都能夠通過OTA遠程更新,而不再像如今的汽車,裝好的功能配置需要熬過整個車輛的生命周期。

  至于代表未來的第五第六階段電子架構,相比第三第四階段則并未有革命性的變化,而是通過目前可見的科技發展趨勢推延出來的結果。首先將采用一個整車電腦控制車內所有的域,之后將一些運算直接放到云端,當這兩個目標實現的時候,真正的無人駕駛汽車將成為可能。

 
如今各大廠商進展如何

  在如今這個房子升級到操作系統,電子架構軟件化的時代,有哪些車企已經行動起來了呢?要分成兩類來看,第一類是傳統汽車廠,另一類則是新能源廠商(新勢力)。傳統汽車OEM廠商,例如寶馬大眾都給出了未來電子架構的發展方向,有著明確的計劃,可以預見在用不了多久就能落地實現。還有一些廠商則走了彎路,例如領克最新的CMA電子構架已經采用總線結構,只不過是傳輸效率更高的FlexRay電子構架,比CAN總線傳輸效率高10倍,但卻沒有以太網解決方案的潛力。

電子架構

  目前,唯一將全新一代電子架構搬上新車的傳統車企,有且只有一個,那就是——通用。全新凱迪拉克CT5將搭載通用全新一代電子架構,新車計劃于10月20日在中國上市。通用全新一代電子架構官方沒有透露過多的技術細節,但是從已經披露的數據上就能一窺端倪。

電子架構

  快速高效的通信能力,這套電子架構系統每小時能夠處理多達4.5TB(=4608GB),數據處理速度提升5倍,車輛內部外部通信有100Mbps、1Gbps及10Gbps高速以太網的支持。根據測算,一臺自動駕駛車輛每小時處理的數據大約在4TB左右,也就是說通用這套電子架構系統已經能夠滿足所謂L5級別自動駕駛的需求。同時通用也宣稱采用全新一代電子架構的車型將搭載Super Cruise自動駕駛系統。通用官方表示,這套全新一代的電子架構系統將在2025年搭載到通用一半以上的車型中。在系統安全問題上,官方表示其對標的是航空業標準,內部通信與外部通信系統互相隔離保障車輛安全。支持整車級別OTA升級,如智能手機般,車輛上大多數通過軟件來控制的子系統都能夠通過OTA遠程升級與刷新,包括了發動機與變速箱控制模塊、車載通信娛樂系統和車身控制系統等。

電子架構

  當然先從塞班升級到安卓的,并不代表就穩了,實質上受到傳統汽車開發影響更少的純電動車廠商以及造車新勢力,他們的產品天生就需要迎合如今這個互聯網時代,車聯網、自動駕駛都是必須要實現的功能,所以許多廠商在電子構架方面有著更進一步的想法。國內的例如零跑汽車自研芯片、合眾汽車哪吒汽車)做軟件平臺,蔚來的產品都已經在使用千兆以太網作為總線結構。

電子架構進化論 4億年前的自然選擇如今還在發生

  最出類拔萃的其實還要屬特斯拉Model S還在大量使用CAN/IAN作為主干網,已經有較為明顯的域劃分,全車僅有72個ECU控制器節點,總的來看平平無奇,但Model S上市于2012年,并且CenterDisplay(中控顯示)作為中央網關,接入更多節點,基本上就相當于前文中博世描繪的戰略圖中第五階段中央控域制器階段模式的雛形了,7年前特斯拉就已經開始了這樣的電子架構設計的確令人驚嘆。特斯拉Model 3的電子構架更絕,整個系統分為三個域,自動駕駛及娛樂控制模塊、右車身控制器、左車身控制器。

電子架構進化論 4億年前的自然選擇如今還在發生

  縱觀特斯拉的產品,在電子架構層面從Model S到Model 3,車輛功能控制已經完全變了樣,使用新的電子架構平臺,將功能從供應商軟硬件打包變成了自己研發軟件來控制所有功能。特斯拉的作法就像是蘋果的iOS,整個系統更封閉,幾乎所有控制軟件都采用自研的方式,真正做到了軟件定義汽車。然而如今的挑戰者出現了,通用全新一代電子架構迅速上馬,CT5說來就來,通用也是最早推出高級別自動駕駛系統的廠商,通用會成為下一個安卓和特斯拉分庭抗禮嗎?

電子架構

 
編輯點評

  就如同4億年前的泥盆紀適者生存,擁有更優秀大腦和升級系統的生物獲得了大自然的選擇,如今還是這樣,只有能夠搭載更多未來創新科技的電子構架能夠生存下來。進化論時至今日,在人類自己的造物之中依舊發揮著作用,這些鋼鐵之軀是否就是下一個時代的主宰呢?如果說第一個人工智能生物是一臺車而非人形物體,我一點都不會驚訝。(圖/文/攝:太平洋汽車網 洪曉峰)

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