新的汽車(chē)通訊架構(gòu)替代CAN 總線的案例

汽車(chē)電子系統(tǒng)架構(gòu)發(fā)生了顛覆性變化。它已經(jīng)持續(xù)了近十年，現(xiàn)在正在加快速度。這主要發(fā)生在 BEV 初創(chuàng)公司中，因?yàn)樗鼈儧](méi)有歷史限制或根深蒂固的喜愛(ài)設(shè)計(jì)，并且可以從電子架構(gòu)的零基礎(chǔ)開(kāi)始。

特斯拉已經(jīng)展示了從主要使用以軟件為中心和基于 OTA 的系統(tǒng)架構(gòu)的全新電子設(shè)計(jì)開(kāi)始的優(yōu)勢(shì)。我認(rèn)為每個(gè)人都了解遠(yuǎn)程軟件更新的優(yōu)勢(shì)，并且 OEM 正在投資部署 OTA 軟件。

他們需要做的更多，本質(zhì)上需要拋棄他們當(dāng)前使用 ECU 和基于 CAN 的網(wǎng)絡(luò)的劇本。相反，他們需要轉(zhuǎn)向基于以太網(wǎng)和所謂的面向服務(wù)的架構(gòu) (SOA) 的電子系統(tǒng)架構(gòu)——越快越好。您也可以將其稱(chēng)為汽車(chē)電子的全新系統(tǒng)架構(gòu)。這將需要很多年，但任何新模型都應(yīng)該使用全新的架構(gòu)方法。

本文將探討這個(gè)主題，以及為什么我認(rèn)為主要汽車(chē)原始設(shè)備制造商加入這個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)變革的潮流很重要。下表是要討論的主題的摘要。

什么是清潔表架構(gòu)?

清潔表架構(gòu)意味著使用可用的最佳新技術(shù)，而忽略舊系統(tǒng)架構(gòu)及其限制和劣勢(shì)與新技術(shù)相比。這始終是一個(gè)艱難的決定，因?yàn)槟粫?huì)使用系統(tǒng)、設(shè)計(jì)、供應(yīng)鏈、測(cè)試、維護(hù)、人員專(zhuān)業(yè)知識(shí)和其他有價(jià)值的基礎(chǔ)設(shè)施方面的經(jīng)驗(yàn)庫(kù)。

您必須為全新的架構(gòu)開(kāi)發(fā)新的基礎(chǔ)架構(gòu)來(lái)替換現(xiàn)有的支持結(jié)構(gòu)，這將需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。因此，全新的架構(gòu)開(kāi)發(fā)將主要發(fā)生在新的汽車(chē)模型設(shè)計(jì)中。隨著轉(zhuǎn)向 BEV 和許多新設(shè)計(jì)，現(xiàn)在是 OEM 轉(zhuǎn)向更好的電子系統(tǒng)架構(gòu)的好時(shí)機(jī)。

對(duì)于新的汽車(chē)系統(tǒng)架構(gòu)應(yīng)包括哪些特性，人們達(dá)成了很好的共識(shí)。它必須是圍繞域 ECU 組織的所有級(jí)別的以軟件為中心的系統(tǒng)架構(gòu)。這意味著可重用軟件平臺(tái)的層次結(jié)構(gòu)通過(guò)應(yīng)用程序編程接口 (API) 連接，并盡可能在每個(gè) ECU 中使用。API 連接的軟件平臺(tái)是 SOA 的代名詞。

SOA 大量用于 IT 和云行業(yè)，具有主要優(yōu)勢(shì)。它是 Amazon AWS、Azure 以及幾乎所有其他使用云平臺(tái)的人的基礎(chǔ)。SOA 的許多優(yōu)勢(shì)適用于汽車(chē)電子系統(tǒng)。

以太網(wǎng)是汽車(chē)電子新總線架構(gòu)的選擇。就速度和物理特性而言，以太網(wǎng)版本有很多種，而且還會(huì)有更多版本。這些選擇應(yīng)滿足所有汽車(chē)要求，并且通常具有從速度、重量到成本等多種優(yōu)勢(shì)——如果不是現(xiàn)在，那么在不久的將來(lái)。

以太網(wǎng)的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全的更好特性。由于未來(lái)所有汽車(chē)架構(gòu)都需要內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)安全和 OTA 更新，因此以太網(wǎng)是不二之選。

CAN總線架構(gòu)問(wèn)題

控制器局域網(wǎng) (CAN) 總線已成為汽車(chē)行業(yè)的主力軍約 30 年，但其功能現(xiàn)在已被一系列以太網(wǎng)版本大大超越。CAN-FD 對(duì) CAN 進(jìn)行了許多改進(jìn)，提供了顯著優(yōu)勢(shì)。CAN-FD 于 2012 年發(fā)布，是一個(gè)很好的短期解決方案，但不是長(zhǎng)期解決方案。CAN-FD 不足以在未來(lái)的系統(tǒng)架構(gòu)中保留 CAN 慣用的主導(dǎo)設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)。

CAN 總線速度落后于以太網(wǎng)。FlexRay 可以被替代，但經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)和未來(lái)的改進(jìn)無(wú)法與以太網(wǎng)的勢(shì)頭相抗衡。網(wǎng)絡(luò)安全弱點(diǎn)已被提及，并將成為一個(gè)日益嚴(yán)重的缺陷。

CAN-bus 的主要優(yōu)勢(shì)是巨大的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)和從零件到人員的支持結(jié)構(gòu)。這些優(yōu)勢(shì)將在未來(lái)幾年內(nèi)下降，只會(huì)推遲不可避免的事情。

SOA 和以太網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)

SOA 定義了軟件平臺(tái)和組件如何使用 API 相互通信。SOA 的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)是通過(guò)服務(wù)接口可重用和可互操作的軟件平臺(tái)。這些優(yōu)勢(shì)造就了高科技行業(yè)龐大的 SOA 生態(tài)系統(tǒng)。

SOA的優(yōu)勢(shì)帶動(dòng)了芯片、系統(tǒng)和軟件平臺(tái)的增長(zhǎng)，并帶動(dòng)了云和SaaS平臺(tái)的快速擴(kuò)張。汽車(chē)行業(yè)已經(jīng)看到了這些基于 SOA 的 SaaS 和云平臺(tái)的好處。

人工智能的發(fā)展也依賴(lài)于未來(lái)的 SOA 改進(jìn)和技術(shù)進(jìn)步。機(jī)器學(xué)習(xí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能領(lǐng)域?qū)⒃黾铀鼈儗?duì)汽車(chē)系統(tǒng)架構(gòu)的影響。自動(dòng)駕駛汽車(chē)在其高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中尤其依賴(lài)人工智能和 SOA。

SOA-以太網(wǎng)創(chuàng)新潛力

SOA 和以太網(wǎng)系統(tǒng)正在獲得來(lái)自多個(gè)行業(yè)的巨大投資和創(chuàng)新。與許多汽車(chē)系統(tǒng)為汽車(chē)專(zhuān)有時(shí)發(fā)生的情況相比，這已經(jīng)為汽車(chē)行業(yè)帶來(lái)了更多的創(chuàng)新。

SOA-以太網(wǎng)系統(tǒng)的多行業(yè)投資將極大地有利于汽車(chē)系統(tǒng)架構(gòu)，包括軟件、SaaS和云平臺(tái)。汽車(chē)電子系統(tǒng)中使用的計(jì)算芯片、存儲(chǔ)芯片、傳感器和其他技術(shù)也將實(shí)現(xiàn)類(lèi)似的進(jìn)步和創(chuàng)新。

使用全新架構(gòu)的 OEM

使用基于 SOA 和以太網(wǎng)的 clean-sheet 架構(gòu)的公司僅限于 BEV 初創(chuàng)公司。他們追隨特斯拉的腳步，其中一些已經(jīng)超越了特斯拉的成就，因?yàn)樗麄兒髞?lái)開(kāi)始選擇更多的以太網(wǎng)版本和更大的 SOA 生態(tài)系統(tǒng)。

自動(dòng)駕駛汽車(chē)初創(chuàng)公司也在使用 SOA-以太網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)——至少在他們的 AV 電子系統(tǒng)中是這樣。問(wèn)題是傳統(tǒng) OEM 何時(shí)會(huì)效仿，如果他們需要令人信服的好處，至少會(huì)做測(cè)試用例。

概括

無(wú)論我稱(chēng)它為清潔表系統(tǒng)架構(gòu)還是基于 SOA 和以太網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu)，它成為主導(dǎo)只是時(shí)間問(wèn)題。SOA-Ethernet的優(yōu)勢(shì)太大了，盡快進(jìn)行轉(zhuǎn)換是有道理的。

主要汽車(chē) OEM 有多次機(jī)會(huì)使用 BEV 遷移到 SOA-以太網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)，因?yàn)樗鼈冃枰獙?duì)動(dòng)力總成系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行重大更改。我想傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的飛輪動(dòng)量效應(yīng)很難改變——尤其是在與特斯拉和其他 BEV 初創(chuàng)公司競(jìng)爭(zhēng)的緊迫性下。

也許原始設(shè)備制造商正忙于在他們的開(kāi)發(fā)計(jì)劃中引入 SOA-以太網(wǎng)架構(gòu)，我們將在一兩年內(nèi)知道。與此同時(shí)，BEV 初創(chuàng)公司正在構(gòu)建系統(tǒng)架構(gòu)優(yōu)勢(shì)，這將使它們成為更強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

將汽車(chē)行業(yè)的 SOA-以太網(wǎng)顛覆與智能手機(jī)行業(yè)的 iPhone 顛覆進(jìn)行比較可能有些牽強(qiáng)。我認(rèn)為它屬于同一類(lèi)破壞，但需要更長(zhǎng)的時(shí)間才能發(fā)揮出來(lái)。至少主要 OEM 的高管了解 iPhone 的影響，并希望他們能夠更多地關(guān)注 SOA-以太網(wǎng)架構(gòu)的潛在破壞以及加入這一潮流的公司的優(yōu)勢(shì)。