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丰田汽车:未来电子电气架构将采用Central & Zone方案

 ZHAOHUI 2019-03-21

本文作者KenjiNishikawa,丰田电子电气架构开发部总经理,曾从事底盘控制系统(电子稳定控制系统ESC 和四轮转向4WS)开发,两次被任命为丰田欧洲电子系统业务负责人;负责过丰田所有车辆基础软件开发;参与AUTOSAR活动并成为基于AUTOSAR用于开发所有丰田车辆的基本软件指导委员会成员。

本文讲述丰田电子电气架构演进及软件平台(BSW) ,电子电气架构技术趋势及下一代电子电气架构,及新四化系统(CASE)开发挑战。

随着车辆电子电气系统复杂度大幅增加,自动驾驶系统中大量传感器产生的数据需要融合,因此需要更高计算力的ECU协同,需要设计可拓展的电子电气架构。

电子电气架构技术趋势

电子电气架构从简单的LAN到分层LAN,再发展至中央网关+域LAN,演进旨在满足复杂的系统要求及减少开发努力。联网的ECU运用通用的软件平台(基础软件BSW)。

图中缩写备注(下同):

A:Adaptive(AUTOSAR自适应平台)

C: Classic(AUTOSAR经典平台)

N: Non-AUTOSAR(非AUTOSAR平台)

丰田电子电气架构演进及AUTOSAR BSW迁移

通过主机厂、一级供应商和二级供应商之间的分工协作,丰田专有规范与AUTOSAR 标准规范融合,并过渡到AUTOSAR标准软件。

丰田标准BSW层完全符合AUTOSAR标准, 且符合丰田新全球架构(TNGA)的要求,超过82个电子控制单元(ECU)项目和27个Tier1供应商项目(包括内部开发项目)均采用此BSW,且形成了有效的软件开发商业模式。

在软件开发过程中,OEM需要应对“大量变量设置”(包括小型车辆)、为实现全球优化的“系统工程”、“重复”短期开发。可通过随需应变的开放系统、中心化、OTA频繁更新等潜在措施来解决E/E架构中的问题。比如,采用模块化方法产生许多变量、跨域功能可解决系统/软件太大的问题、简化产品线的策略可解决Tier1供应商开发过程不灵活的问题。

电子电气架构演进路线:简单LAN(P2P)→分层LAN→中央网关+域LAN→计算平台(包括在线云)→计算平台++(包括在线云、线下云)。在此过程中需要中央ECU和Brain ECU;各功能可分配给区域ECU。

未来电子电气架构将采取中央+区域方案(Central & Zone Concept)。

目前采用基于域的E/E架构而设计的汽车,不具备空间优势,重量大,车型覆盖少,可扩展性小;而基于新一代Central& Zone方案的汽车设计,通过ECU集成降低成本,具有空间优势、轻量化、车型覆盖多、可扩展性特点,其目标是设计简单的软件插件和实现物理层变化的本地化。

Central& Zone方案可适用于自动驾驶汽车、共享汽车、人工智能、电动汽车(各国规定不同)、MaaS服务及联网等场景,这些领域的应用亦可促进Central & Zone架构演变。

在汽车新四化(网联化、自动驾驶、共享化、电动化)的趋势下,未来电子电气架构将主要用来设计信息娱乐系统、车身、ADAS系统以及动力总成/底盘系统。

高速公路自动驾驶系统

在实际发展过程中,在全球范围内测试及验证高速公路自动驾驶系统,若实现完全自动驾驶,需要进行1,420亿千米的道路测试,用2,700年的时间(平均速度为60km/h)。测试需要覆盖全球所有道路,所以必须采用压缩/压缩验证方法。

要覆盖所有道路,需利用虚拟环境来验证。比如利用计算机图形图像验证在背光和路面反光条件下能够进行“识别”;以及验证“规划/控制”能力。仿真对于矩阵式验证是十分有效的。

累计数据及仿真是验证覆盖范围的关键所在。

背光行驶场景

计算机辅助软件工程(CASE)系统开发的赋能技术能够更加紧密衔接研究(如深度学习服务器和语音识别)、预开发(如后备箱服务器)、再到开发及正式量产(中控单元及硬件升级)的各阶段。从虚拟环境(可编程控制)到量产ECU,不同计算平台间的功能性保持一致。算力的优化经过了实际功能验证和实时性能检验。

针对新四化系统开发的技术,主机厂可以负责人工智能APP开发(深度学习),一级供应商负责车载综合信息处理系统APP及高级驾驶辅助系统APP的开发,二级供应商负责云端APP(边缘计算)的开发。对主机厂来说,核心软件可以在自适应平台上运行。可升级软件(扩展功能)位于中央电控单元(ECU)。

总之,未来趋势为:

  • 电子电气架构或许会发展成中心/区域概念

  • 可通过将新四化系统融入到架构中实现基于域LAN架构的迁移

  • 只有使用虚拟技术才能对新四化系统进行验证

  • AUTOSAR自适应软件平台必须能够运行虚拟环境中与量产ECU一样的功能。

  • 主机厂、一级供应商和二级供应商进行分工协作,对于未来软件平台及电子电气架构的成功开发至关重要。

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