新的汽車通訊架構(gòu)替代CAN 總線的案例

汽車電子系統(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，因為它們沒有歷史限制或根深蒂固的喜愛設計，并且可以從電子架構(gòu)的零基礎開始。

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)的全新電子設計開始的優(yōu)勢。我認為每個人都了解遠程軟件更新的優(yōu)勢，并且 OEM 正在投資部署 OTA 軟件。

他們需要做的更多，本質(zhì)上需要拋棄他們當前使用 ECU 和基于 CAN 的網(wǎng)絡的劇本。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。您也可以將其稱為汽車電子的全新系統(tǒng)架構(gòu)。這將需要很多年，但任何新模型都應該使用全新的架構(gòu)方法。

本文將探討這個主題，以及為什么我認為主要汽車原始設備制造商加入這個系統(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)及其限制和劣勢與新技術(shù)相比。這始終是一個艱難的決定，因為您不會使用系統(tǒng)、設計、供應鏈、測試、維護、人員專業(yè)知識和其他有價值的基礎設施方面的經(jīng)驗庫。

您必須為全新的架構(gòu)開發(fā)新的基礎架構(gòu)來替換現(xiàn)有的支持結(jié)構(gòu)，這將需要相當長的時間。因此，全新的架構(gòu)開發(fā)將主要發(fā)生在新的汽車模型設計中。隨著轉(zhuǎn)向 BEV 和許多新設計，現(xiàn)在是 OEM 轉(zhuǎn)向更好的電子系統(tǒng)架構(gòu)的好時機。

對于新的汽車系統(tǒng)架構(gòu)應包括哪些特性，人們達成了很好的共識。它必須是圍繞域 ECU 組織的所有級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的層次結(jié)構(gòu)通過應用程序編程接口 (API) 連接，并盡可能在每個 ECU 中使用。API 連接的軟件平臺是 SOA 的代名詞。

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

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

以太網(wǎng)的一個主要優(yōu)勢是實現(xiàn)網(wǎng)絡安全的更好特性。由于未來所有汽車架構(gòu)都需要內(nèi)置網(wǎng)絡安全和 OTA 更新，因此以太網(wǎng)是不二之選。

CAN總線架構(gòu)問題

控制器局域網(wǎng) (CAN) 總線已成為汽車行業(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 CAN 進行了許多改進，提供了顯著優(yōu)勢。CAN-FD 于 2012 年發(fā)布，是一個很好的短期解決方案，但不是長期解決方案。CAN-FD 不足以在未來的系統(tǒng)架構(gòu)中保留 CAN 慣用的主導設計優(yōu)勢。

CAN 總線速度落后于以太網(wǎng)。FlexRay 可以被替代，但經(jīng)驗基礎和未來的改進無法與以太網(wǎng)的勢頭相抗衡。網(wǎng)絡安全弱點已被提及，并將成為一個日益嚴重的缺陷。

CAN-bus 的主要優(yōu)勢是巨大的經(jīng)驗基礎和從零件到人員的支持結(jié)構(gòu)。這些優(yōu)勢將在未來幾年內(nèi)下降，只會推遲不可避免的事情。

SOA 和以太網(wǎng)的優(yōu)勢

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

SOA的優(yōu)勢帶動了芯片、系統(tǒng)和軟件平臺的增長，并帶動了云和SaaS平臺的快速擴張。汽車行業(yè)已經(jīng)看到了這些基于 SOA 的 SaaS 和云平臺的好處。

人工智能的發(fā)展也依賴于未來的 SOA 改進和技術(shù)進步。機器學習和神經(jīng)網(wǎng)絡等人工智能領域?qū)⒃黾铀鼈儗ζ囅到y(tǒng)架構(gòu)的影響。自動駕駛汽車在其高性能計算機系統(tǒng)中尤其依賴人工智能和 SOA。

SOA-以太網(wǎng)創(chuàng)新潛力

SOA 和以太網(wǎng)系統(tǒng)正在獲得來自多個行業(yè)的巨大投資和創(chuàng)新。與許多汽車系統(tǒng)為汽車專有時發(fā)生的情況相比，這已經(jīng)為汽車行業(yè)帶來了更多的創(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系統(tǒng)架構(gòu)，包括軟件、SaaS和云平臺。汽車電子系統(tǒng)中使用的計算芯片、存儲芯片、傳感器和其他技術(shù)也將實現(xiàn)類似的進步和創(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，因為他們后來開始選擇更多的以太網(wǎng)版本和更大的 SOA 生態(tài)系統(tǒng)。

自動駕駛汽車初創(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。問題是傳統(tǒng) OEM 何時會效仿，如果他們需要令人信服的好處，至少會做測試用例。

概括

無論我稱它為清潔表系統(tǒng)架構(gòu)還是基于 SOA 和以太網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu)，它成為主導只是時間問題。SOA-Ethernet的優(yōu)勢太大了，盡快進行轉(zhuǎn)換是有道理的。

主要汽車 OEM 有多次機會使用 BEV 遷移到 SOA-以太網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)，因為它們需要對動力總成系統(tǒng)架構(gòu)進行重大更改。我想傳統(tǒng)設計的飛輪動量效應很難改變——尤其是在與特斯拉和其他 BEV 初創(chuàng)公司競爭的緊迫性下。

也許原始設備制造商正忙于在他們的開發(fā)計劃中引入 SOA-以太網(wǎng)架構(gòu)，我們將在一兩年內(nèi)知道。與此同時，BEV 初創(chuàng)公司正在構(gòu)建系統(tǒng)架構(gòu)優(yōu)勢，這將使它們成為更強大的競爭對手。

將汽車行業(yè)的 SOA-以太網(wǎng)顛覆與智能手機行業(yè)的 iPhone 顛覆進行比較可能有些牽強。我認為它屬于同一類破壞，但需要更長的時間才能發(fā)揮出來。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。