软件定义汽车时代电子电气架构的思考

2020年10月19日 评论 381 3955字

认知升级,能力升级

过去汽车行业对软件没有那么的重视,原因之一是认知的问题。普遍存在观点是,汽车是1个轮子加4个沙发,靠硬件卖钱的。随着软件和整个ICT技术的发展,让汽车行业有了新的利润增长点。虽然软件在汽车上的比重越来越多,但大多数的汽车工程师并没有真正开发过软件。
软件定义汽车时代电子电气架构的思考
最近两年国内兴起的电子电气架构,传统的架构非常简单,一个网关加几个控制器,并没有真正的架构设计概念。我做架构也是最近这几年,参与过一些项目,直到和瑞典人合作的时候,才见识到了架构的复杂性。
架构到底是什么?车是采集各种各样的输入信息,然后控制输出,做一些执行操作。小的如钥匙、开关,都是整车的输入,车上的发动机、各种电机都是整车输出。从整车的角度来看,中间处理的部分,可以由一个控制器完成,也可以由好几个控制器完成。从单独的一个控制器或一个功能来说,也可以使用IPO模型,其本质都是采集一些输入,控制一些输出,中间做一些逻辑的处理。从这个角度来看,我们现在变化的更多的是处理的部分,输入、输出变化的并不多。可能网联技术的应用,会增加输入的部分,比如一些移动数据。对自动驾驶来说,多的输入就是各种传感器的信息。在输入和输出在变化的时候,中间处理的部分也要做相应的变化。这些变化正是设计电子电气架构应该考虑的部分。

电子电气架构演进

软件定义汽车时代电子电气架构的思考
过去通常采用以中央网关为主的架构,在中央网关下面,带着一些控制器,底层还是输入、输出。现在很多车已经上了域控制器,域这个概念,在中文容易混淆,是按功能还是区域划分?目前通常是以功能划分的域。比如ADAS,信息娱乐,车身。我觉得这是由于目前的供应商体系和主机厂能力所决定的,只能这么分。因为跨域的功能整合,是需要大量的能耗和经验的。目前还很少有主机厂能做到把功能跨域整合。整合的前提是要把原来的控制器里的功能都抽取出来打散,然后进行软硬件解耦,最后再重新组装。这样操作起来的难度非常大,汽车行业过去几十年做的特别成功的东西,如果要一下子推到、重塑,是不现实的。
下一代是中央计算机的阶段,中央计算机往往要几个区域控制器。因为在中央有一个特别大的计算机,车上还有上百个传感器,执行器,这些不可能直接通过线束连接到中央计算机,这就相当有了一个中央政府,还得有很多区、县,把小的信号进行采集、处理,包括供电。处理完之后,通过高速总线输送到中央计算机。这也是目前车载以太网很火的原因,大家都在研究以太网延时和可靠性的问题。
最后可能是中央计算机,输出很多总线,每个区域有区域网关,区域网关和区域控制器不太一样。因为区域控制器还需要一些处理运算的功能。而区域网关只需要做信号的传输,这样车上绝大多数的线束就仅剩下电源线和总线了。然而这种方式目前还是有些距离,只有当芯片,尤其是大功率驱动芯片的成本足够低的时候,直接将芯片贴到每个电机或传感器上,这个理想才有可能实现。

我理解的架构

 

软件定义汽车时代电子电气架构的思考
对于架构的讨论,可能最多的就是网络拓扑图,觉得网络拓扑图就是架构。其实网络拓扑图仅是一个表象,就像一栋楼盖地好不好,不能只从外表去看,其实里面看不到的东西才是决定好与坏、先进与否的关键。还有一个是所谓的电气架构,指的是车上电器分布。一个电气架构需要考虑的不仅是控制器,还要考虑线速、电源分配,包括这些控制器在车上分布位置,还有如保险丝盒是什么样子的,这些都是电气架构需要整体考虑的。至于控制器里面的细节,如使用什么样的处理器,反倒不是电气架构优先考虑的。电气架构更像一张设计图纸,是顶层设计的工作。
而真正影响电气架构本质的东西,也就是冰山以下的东西,首先是功能架构。也就是这个电气架构要承载多少功能,比如所谓的L3/L4,不仅仅是等级的区别,更是它的功能和安全角度上不一样。还如一个普通的机械式的汽车仪表和一个12.3寸的全液晶的仪表,它们也不仅是表面上的不一样,更是本质上的功能不一样,12.3寸可以显示各种各样的信息,这是普通仪表不具备的。把这些功能搞清楚了,你想要做什么样子的功能,然后这些功能在整个架构下如何分配,他们之间如何关联,这些才是架构设计要优先考虑和解决的问题。随着功能的不断增加,电气架构也需要与之匹配地不断演讲。
最下层是软件架构,无论软件是使用C写的还是C++写的,只要实现上面的功能都是可以的。选择什么样的编程语言,工具链是要基于整个行业的生态、技术的发展等综合因素考虑的。
以上四个分法是我的个人总结,不同的人可能有不同的分法。架构是一个复杂的系统,可以有很多的维度,从不同的角度看,有不同的关注点。

构建正向开发能力

整车的定义是从属性开始的,比如动力性、经济性、成本、重量等,将车辆定义出来,然后再决定搭载什么功能。比如设计一辆轿车的话,是不是要考虑四驱,是否要搭载辅助驾驶功能,这些都是功能层面的东西。硬件并不会为了装一个摄像头而去装一个摄像头,是为了实现某些功能而去装一个摄像头或者一个雷达的。汽车的功能定义,不仅要通过整车的配置表,还要做一件非常复杂的事情是这些功能之间的关联。比如门锁的功能要跟车速、自动上锁、碰撞之后的解锁,还有跟其他很多功能的耦合。然后再去考虑如何系统设计,包括软件设计、硬件设计等,最终才跑到了零部件层。
软件定义汽车时代电子电气架构的思考
如上图,红线为主机厂的架构能力指标线,越往上,表明主机厂的架构能力越低,很多主机厂只能提出一张功能配置表,我想要什么功能,但是这些功能之间怎样关联,很多时候其实都是Tier1帮着做的。有像大众、宝马这样的OEM,在系统层面的设计能力是非常强的,我们现在看到的很多各种各样的方案,是由他们和一些Tier1 联合研发出来的。这些Tier1再跑到国内来,把方案变个样,卖给国内的主机厂。从这个角度讲,我们有了看起来与世界同步的技术应用,但是当你在使用的时候,人家的下一代早就已经设计出来了。所以,我们一直都在比人家落后不少。我们要想把架构设计好,要把这条线尽量往下走一走,把系统能力建设起来。
软件定义汽车时代电子电气架构的思考
(模型化设计 + 数据链协同) 流程Ⅹ 数据化循环迭代+知识沉淀 = 高效协同研发体系
MBSE这个词,最近在汽车行业也特别火。简单说就是通过一些软件工具,把原来使用Word、Excel这种文本的表达方式,以模型化的方式呈现出来。文本最大的问题是每个人输出的东西,别人理解不一样。而通过标准化的模型呈现出来,可以减少歧义。无论是中国人还是日本人,画出来都是一样的,也不用翻译。不过这一块建设花钱比较多,花时间也比较多。但如果想把架构做好的话,还是有必要把基础能力通过MBSE这种方式构建起来。这样才能在将来通过模型随时修改一个功能,并快速进行迭代,甚至通过软件工具直接把模型转换成Code,直接刷到控制器里面。这样就实现了像智能手机这样,可以每天把程序升级一下。如果像现在这种模式,通过文本写出来,告诉供应商应该这么做,再去做个DVPV验证,迭代速度就不可能上来。
只有工具升级了,方法升级了,效率才能升级。这绝不是靠加班加点能实现的。
软件定义汽车时代电子电气架构的思考
搞架构设计一定要把三个方面做好,PMT(流程、方法、工具)。
效能 = 效率(体系、流程)× 效果 (能力、时机)
体系和流程直接决定了你的效率,包括做事的快与慢,流畅程度。而如果仅是做得快快,但效果不一定好,效果是由能力和时机决定的。架构设计涉及到几百甚至几千人,一定要把体系、流程、工具方法建好。如果在工具上不舍得投入,只让工程师用一个Word、Office去做设计的话,如何能PK过使用先进工具的企业呢?

SDV军备竞赛

软件定义汽车时代电子电气架构的思考
SDV现在有些像军备竞赛了,大家经常看到,这个公司在招了多少人做软件,那个公司成立了软件中心,又有哪个公司成立全球数字化中心。大家都在努力的往里头砸钱,圈人。但是,军备竞赛最后一定会有输家,而且一旦输了,损失会比较大,大量的财力物力付诸东流。
现在大家拼的就是人和财,你得有既懂汽车,又懂软件的人才。但钱也是不可或缺的,随便设计一个架构,要把车上这么多控制器重新做一遍,成本还是相当高的,原来仅是开发一个BCM,真实的投入可能就是大几百万甚至几千万。这样要根据是使用什么工具链,投入多少人,做的标不标准。假如一个控制器重新设计成本是1000万,车上几十个控制器,没个十亿八亿,是做不出来的,这还是在极其理想的情况下。想做好一个全新的架构,把所有的控制器都开发到量产的状态,车能够BUG比较少的上市,至少得几十个亿的投入。再加上软件中心的投入,现在养一个软件开发人员的综合成本至少100万/年。如果养1000人的软件中心,一年仅人员投入就10个亿。如果再加上工具链等其他的,一年得20个亿。五年、十年下来,可以想象这个投入是多少。

组织架构及管理架构

软件定义汽车时代电子电气架构的思考
我一直特别反对996,整天推行996的公司,逼得要死要活的公司,肯定是架构没有设计好。这里不是说电气架构没有做好,而是组织架构、管理架构、工具架构没有做好。如果做的好的话,生活不应该是这个样子。
就像这条马路似的,一个车道是一个人,一辆车就是老板派的一个活,在车辆比较少的时候,整个车道的输出量还是不错的。在一定范围内是呈线性增长的。但是当车流量达到一定程度的时候,马路的通行能力就大幅下降。人的大脑也是一样,领导交代的人任务太多时,他就得不停地切换,效率就提升不上来。最后人崩溃了,公司效率也低下。
如果你要是觉得一件事不对劲的话,要么是你做事的方法错了,要么是这件事本身就是错的。生活本应该是流畅的,欧洲人每天喝着咖啡,每周工作35个小时,老板也不逼着996,做的东西质量仍然比我们好,说明他们长时间积累出来的PMT,也是有一定道理的。
要做好电子电气架构,先得做好组织架构,管理架构!

推荐阅读:
汽车软件和电子架构发展的10大趋势
浅谈汽车电子电气域架构
E/E系统架构开发指南-电子电器系统开发流程 E/E System Development

继续阅读
weinxin
立即关注公众号:
1、免费领取线束设计资料包(资源); 2、进入线束技术交流专家群(进群);3、免费获取发布求职招聘信息。
小孙
匿名

发表评论

匿名网友 填写信息

:?: :razz: :sad: :evil: :!: :smile: :oops: :grin: :eek: :shock: :???: :cool: :lol: :mad: :twisted: :roll: :wink: :idea: :arrow: :neutral: :cry: :mrgreen: