2020年,德国财经杂志《经理人杂志》刊登了一篇文章,题为《74号大厅的对决》,讲述了大众汽车在软件开发上遇到的问题。而到了2021年,大众ID.3作为大众电气化的第一张王牌,虽然热销,但也暴露出诸多问题。那么,大众如何应对这些挑战呢? 首先,我们需要理解汽车电子电气架构的重要性。它就像一辆汽车的神经网络,负责将车辆的各个部位连接在一起,实现功能。这个架构可以分为四层:功能架构、软件架构、网络架构和物理架构。每一层都有其特定的设计目标和任务。 然而,随着车辆功能的增加和复杂性的提高,传统的分布式电子电气架构已经无法满足需求。于是,大众开始尝试新的电子电气架构,也就是所谓的“域控制器”。特斯拉是第一个成功实践这种架构的品牌,但这并不容易。特斯拉花费了近10年的时间来完善这种架构。 接下来,我们来看看大众ID.3的情况。这款车采用了全新的MEB平台,但是却出现了各种问题。例如,当车主使用触摸面板控制空调温度、巡航、后视镜调节等功能时,会出现时灵时不灵的情况。这是因为新车的电子系统过于复杂,导致各模块之间的通信出现问题。 面对这样的挑战,大众需要采取一系列措施。首先,他们需要加强人力资源的开发和投入。因为开发新的电子电气架构需要大量的专业人才,这是一个巨大的挑战。其次,大众需要优化现有的软件架构,以提高软件的稳定性和可靠性。最后,他们还需要改进网络架构,以适应日益增长的数据量和运算处理需求。 总的来说,大众电气化转型的道路充满了挑战和机遇。只有不断创新和改进,才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。
序
2020-02,一向以挖掘深度商业内幕著称的德国财经杂志《经理人杂志》刊发了一篇文章,题目叫《74号大厅的对决》,爆出了ID.3在软件开发上遇到的问题窘况。
数以百计的不分白昼跑在路上的测试人员每天都会在74号大厅汇报新的问题;每天新记录的问题在300个左右,据一位经常到场的内部人士透露。一位参加会议的工程师匿名表示,“基础架构开发的太仓促了”,因此各个模块“常常相互不理解”导致中途退出。
2020-11,作为大众电气化的第一张王牌,MEB平台诞生的首款车型ID.3已于9月在欧洲开启交付,热销的同时,爆发出众多问题。令人费解的是,ID.3的一些基础功能也出现了故障,比如当车主用触摸面板控制空调温度、巡航、后视镜调节等功能时,也会出现时灵时不灵的情况。
什么让老牌车企大众大失水准?
一
汽车电子电气架构像车子的神经网络一样把车的各个部位连接在一起,统一协调,实现功能。
所谓「电子电气架构」,简单地说就是把汽车里的传感器、中央处理器、电子电气分配系统、软件硬件通过技术手段整合在一起。
那这一大堆都包含些什么?
它一共可以拆成四层来看,
第一层是功能架构,设计整个车会执行哪些动作;
第二层是软件架构,设计每个动作怎么执行;
第三层是网络架构,设计这些软件之间怎么沟通;
第四层是物理架构,设计这些功能由哪些硬件来实现。
我们一层一层来看,
第一个功能架构,我们在每个车的开发前期,都会去定义说我这个车,实现哪些功能,做一个整体的规划。
第二个软件架构,会设计我们的功能怎么实现,跟具体的功能相关,大家也可以去看autoSAR相关的资料。
再往下是网络架构。
从内容上看网络架构是电气架构剥离了传感器、执行器。那电器架构就包含更多东西,比如控制器、线束、保险丝盒、传感器、执行器、蓄电池的选型,进一步如控制器的pin脚定义、零件成本管理、电源管理等。
二
今天想跟大家聊聊网络架构,它是用一个网络把我们车上的控制器都连接起来。
要看网络架构是什么样的,可以看网络拓扑图。
宏观上我们看一看到ECU的连接关系,总线的种类,比如CANLIN,通讯速率,网络解构。
动态的就更多了,最容易理解的就是负载率,就好像修路,比如我这条路修的,能过载重10t的车,比如我一条总线上挂了10个模块,那数据的负载率是百分之多少,是可以估算的。
那当我们车上的功能越来越多,模块越来越多,网络架构也会需要不断地调整。
传统的车上电气系统,大多采用点对点的单一通信方式,相互之间很少有联系。增加电子控制单元(ECU)、增加传感器、增加仪表。要连接了咋么办。哪两个东西之间有需求,就加根线。
随着系统变复杂,情况不对了,布线系统变得异常庞大,一辆传统连接的汽车中,导线总长度可以达到2000多米,电气节点可以达到1500多个。导致线束材料成本剧增,可靠性骤减。于是电子架构开始进化。
三
电子电气架构革命在业内喊了不少年,第一个做成的,却是完全没有历史包袱的特斯拉。但特斯拉也花费了接近10年时间。
TeslaModelS,2012年开始正式交付。
电子架构特点:
1
较为明显的域划分:
动力域Powertrain
底盘域Chassis
车身域Body,一路低速容错BodyFT;
2
ADAS(AdvancedDriverAssistanceSystem)模块横跨PT与CH,因为高级辅助功能对动力和制动转向的实时性需求;
3
72个控制器ECU节点,其中44个CAN节点、28个LIN节点
4
大量使用CAN/LIN用作主干网、支干网,速率包括125kbps、500kbps;
Ethernet也有使用,但仅用于IC与CenterDisplay之间以及诊断接口;
TeslaModelX,2015年开始交付
ModelX相比ModelS车型有跨越,但是针对电子电气架构来说没有太大的变动,可以说是平台的变种。
1鸥翼门功能
增加的FalconCAN挂在BodyCAN下面,为了做特殊的门,单独设置了4个门模块还有主控系统,设计了一路独立的总线
2
二排联动功能电吸门功能
座椅控制器、车门控制器的增多:
二排联动(5座6座7座)
主驾电吸门等控制逻辑;
3
ThermalCAN单独接入一路到CenterDisplay&Gateway;
把热控系统独立出来一路CAN进行管理
TeslaModel3,2017年开始交付
1三域控制
自动驾驶及娱乐控制模块Autopilot&InfotainmentControlModule,
右车身控制器BCMRH,
左车身控制器BCMLH;特斯拉自行开发;
2自动驾驶及娱乐控制模块
Autopilot&InfotainmentControlModule接管了所有辅助驾驶相关的sensor,摄像头camera、毫米波雷达Radar
3超声波雷达主要用于泊车为低速场景由右车身控制器BCMRH完成;
4右车身控制器BCMRH
自动驶入驶出AP(AutomaticParking/AutonomousPullOut)、热管理、扭矩控制等;
在S和X:热管理都是独立的控制器模块,扭矩控制运行在CenterDisplay中,也就是说之前的code移植到了3的右车身控制器BCMRH中。
5左车身控制器BCMLH
与右模块相同的是横跨多个网段,不同的是左模块负责了内部灯光等功能,融合了传统车辆的车身控制器、门模块、座椅控制器、方向盘电动调节控制器、电子驻车、空调鼓风机控制等功能。
6低压电源分配模块PowerDistributionUnit
实现用电器更精准的供电管理和可控的供电时序
48个PIN脚(除去CAN/LIN/GND),其中Sensor供电6个,包含各种液位、温度等传感器;Actuator/Drv供电/驱动30个,覆盖各种锁、电机、泵、电磁阀等阀门以及灯光;ECU供电12个,包含主要控制器,其余部分由主控制器分级供电。
四
回到开头的故事,在大众的电气化转型战略中,最关键的一步就是为电动汽车全新开发的MEB平台,该平台完全摒弃了MQB平台的分布式电子电气架构。
难点:
1要将几十个ECU的功能集成到三大域控制器中,意味着硬件的高度集成化,相对应的,软件开发的复杂程度也成倍提升;
2大众MQB平台的第八代高尔夫用到200多家供应商提供的70个ECU。
以往大众自研软件占比不到10%,开发全新架构,意味着要将自研软件比例提高到60%以上,这是一个天文数字的工作量。
大众的解决方法是,发挥“边招边干”的精神,招聘5000名英才;后期ID.3项目组调集了足足10000多名工程技术人员参加技术攻坚,还从奥迪和保时捷找来数百名专家作为外援。
从结果可以看出,在2020年之前,大众没有或者无法(在这个时间点不具备能力)正确预估这一步所需要的人力、资源和时间。
结
在汽车网联化智能化的发展趋势下,分布式的架构和控制器已经被呈几何级数上升的数据量与运算处理要求压得摇摇欲坠,电子架构演进是一种必然。
各大OEM殊途同归,为车上的各功能争取最多的算力和资源。
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