汽车电子/电子架构是持续创新的关键

现代汽车通常被描述为“车轮上的计算机”，这是由于最近计算能力的爆炸式增长和制造商在汽车中配备的电子功能。世界上最早的汽车相对简单，完全由机械操作。直到20世纪30年代，制造商开始提供真空管收音机，才出现了第一批汽车电子元件。

随着时间的推移，由于技术的进步和消费趋势，汽车变得越来越复杂。在汽车历史的大部分时间里，机械系统占了这种复杂性的大部分，但电气和电子系统的复杂性稳步提高。如今，汽车的大部分功能都是由电子元件和底层电气电子(E/E)架构辅助或实现的。发动机管理、制动、转向、信息娱乐和其他舒适方便的功能都依赖于电气和电子系统。嵌入式软件也开始在车辆功能方面发挥主导作用。现代汽车包含数百万行代码，这些代码构成了从最先进的信息娱乐和被动安全功能到自动门锁的各种应用程序。

随着车辆功能的不断发展和复杂化，以前不相关的子系统将会相互接触。以前独立发展的系统将开始集成，并相互依赖以实现新的功能。20世纪50年代后期，巡航控制系统的引入是电动和机械系统在汽车上的首次集成。从那时起，巡航控制一直在不断发展。自适应巡航控制系统允许现代汽车根据需要减速或加速，以保持驾驶员决定的跟随距离，自动紧急制动系统可以使车辆完全停止，即使驾驶员没有注意。

这种创新和集成的结果是一个由电子控制单元(ecu)、传感器、执行器和连接在一起的线路组成的极其复杂的系统。这些架构的规模和复杂性为汽车原始设备制造商及其供应商带来了新的挑战。随着企业不断推进汽车技术，尤其是自动驾驶领域的技术，这些挑战只会变得更加严峻。在这种环境中，底层E/E体系结构的重要性是至关重要的。

尽管面临挑战，汽车公司仍在投资推进其电子/电子架构，因为它们正在成为新业务模式和新收入流的推动者。线束供应商正在扩大他们的产品，以涵盖通过制造汽车线束的设计。同样，系统集成供应商也为汽车子系统的实现提供了完整的服务，这些子系统是由OEM定义的约束和需求组合开发的。

与此同时，原始设备制造商也在进行大量投资，将软件等关键开发领域内化。大众汽车最近宣布成立一个新的软件开发小组，该小组将为公司各品牌开发基本统一的软件功能，最终将由5000名软件专家和工程师组成。2019年汽车新闻)．有了自己的软件团队，oem可以通过常规软件更新来改善用户体验，从而提高系统性能并修复潜在问题。OEM还可以提供全新的功能供客户购买，从而延长车辆的寿命或提高车辆的性能和价值。

在大规模的技术变革中，老牌oem必须通过E/E架构进行创新和差异化。这意味着要创建跨车辆平台可扩展的架构，对未来技术具有灵活性，并且在现场使用寿命延长时可靠。这也意味着用一个有吸引力的、先进的汽车平台在市场上击败竞争对手(图1)。然而，为了跟上当今市场所需的创新步伐，整车厂需要改进他们的设计流程，以实现跨领域集成，自动化设计任务，并提供强大的数据一致性。

图1:oem必须创建灵活、可扩展、可靠的E/E架构，以应对汽车行业的新压力。

路障
汽车制造商和供应商在适应新的消费者需求和先进的技术时将面临几个挑战。

消费者希望在不支付高价的情况下，通过可选功能来定制汽车，从而获得更大的自由。原始设备制造商正试图大规模提供这种定制，因为他们的业务仍然依赖于制造和销售大量车辆。与此同时，oem试图在整车平台上重复使用物料清单(BOM)，以降低设计和制造成本，这与定制化是矛盾的。因此，存在的潜在车辆配置越多，每辆车的制造成本就越高。跟踪和协调架构组件也变得更具挑战性，例如ECU或软件构建的正确版本，以及跨车辆平台的相应连接器和终端，从而实现设备之间的功能连接。

消费者想要的许多功能(如果不是大多数的话)本质上都是电子的:信息娱乐、ADAS，甚至是带有运行嵌入式软件的ECU的空调接口。随着越来越多复杂的电子产品出现，典型的汽车供应商渠道比以前更广泛、更深入。更长的和更大的供应商管道可以大大增加级联和实现设计更改所需的时间。确保所有团队都理解正在实现的变更及其对其领域的影响已经是一个关键的挑战。与额外的供应商签约并扩大供应商生态系统以提供理想的功能只会加剧这个问题。

缩短变更实施周期使原始设备制造商能够更快地将新车推向市场，这对于在一个充满争议的市场中运营的公司来说是一个关键的竞争优势。一些制造商正试图通过将主要基于供应商的领域引入内部来缩短开发周期。通用汽车增加了近1万名信息技术员工，在经过多年的外包后，努力将IT服务重新置于自己的控制之下。汽车新闻，2017)．

其次，现在的新车平均包含70-100个ecu。在未来的汽车中，原始设备制造商将把这些设备整合成数量更少、功能更强大的控制单元。然而，这种整合应该走多远是一个主要的争论点。一些人主张采用集中式架构，由几个或一个非常强大的ECU管理车辆功能。其他人则认为拥有更多ecu的分布式架构是更好的选择，主要是为了在车辆系统中创建冗余。

原始设备制造商也可以考虑将组件整合作为一种节省成本的策略。通过将传感器、执行器和其他组件融合在一起，原始设备制造商可以实现相同的功能，从而降低成本。另一方面，原始设备制造商可能希望维护独立的组件以保持系统冗余。

此外，整车厂将限制投资以节省成本，但不断增加的架构复杂性和更严格的安全要求增加了车辆设计的挑战。挑战的增加意味着成本的增加，因为要交付市场所需的复杂车辆，投资是必要的。

消除障碍
汽车原始设备制造商及其供应商的前进之路仍然漫长而令人困惑。虽然完全自动驾驶是一个热门话题，但在真正实现自动驾驶之前，具有高度影响力的技术将达到成熟。这些新技术将进一步提高电子/电子架构对能力和可靠性的要求。

E/E架构融合了多个领域:电子硬件、网络通信、软件应用和布线，所有这些都构成了汽车架构。目前，这些域仅在其他域的活动、约束和目标的有限知识下运行。当这些域相互作用时，这可能会导致严重的问题。例如，OEM内部的几个团队可能正在为汽车的核心ADAS ECU开发软件应用程序。这些团队按特性组织，独立工作。例如，车道偏离、主动巡航控制和其他应用程序将有独立的团队。为了确保未来更新的灵活性，这个ECU的处理器利用率限制在75%左右。当每个团队将他们的软件加载到ECU上时，他们超过了使用上限，甚至超出了处理器的能力。之所以会出现这种情况，是因为每个团队都独立地开发了他们的实现，并且没有能力了解ECU上的全部负载，直到它超过了开发过程中的临界点。

汽车制造商和供应商将需要采用一种新的设计方法，在一个迅速变得更加复杂的环境中处理这些领域之间的相互作用。为了更好地适应这些需求，福特、菲亚特-克莱斯勒、戴姆勒等几家主要汽车制造商已经进行了重大重组。这种方法必须确保紧密的跨领域集成、强大的设计自动化和全面的数据一致性。这样的方法为每个领域提供了一个系统级上下文，以便在特定于领域的工程期间利用。使用系统级上下文，工程师可以评估设计备选方案，找出问题，并在更短的时间内实现更高质量的设计。

然而，行业挑战并不局限于技术创新。因此，应对移动行业巨大而多样挑战的战略必须超越新的设计解决方案。主要的原始设备制造商和供应商都意识到，他们的组织和商业模式的变化将为未来的成功奠定基础。原始设备制造商正在投资提高他们的软件能力，而长期的汽车供应商正在扩大他们所提供的服务，覆盖从设计到制造的整个零部件开发范围。事实上，一些供应商甚至已经展示了自动班车和包裹递送平台。一般来说，真正的挑战来自于一旦新技术得到验证，如何扩大规模并从中创造利润。

汽车E/E架构的不断扩展使其设计在汽车工程领域更具挑战性和更关键。E/E架构的所有方面都在实现核心车辆功能方面发挥着更大的作用。因此，从传感器和ecu等设备到网络和布线，所有方面都变得越来越复杂，以满足这些日益增长的需求。ecu已经变得更加强大，可以使用功能日益强大的软件处理来自更大传感器阵列的数据。与此同时，车辆网络必须在这个由传感器和控制器组成的复杂系统中管理通信。

能够调整设计方法和组织结构以提供最高质量的电气、电子和数字汽车体验的公司将在不断变化的行业中获得最大的成功。