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第2篇 智能技術(shù)

第2章 電子電氣架構(gòu)與計算平臺

2.1 汽車電子電氣架構(gòu)

2.1.1 汽車電子技術(shù)發(fā)展歷史

汽車電子技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用是從20世紀(jì)70年代末到現(xiàn)在,大致經(jīng)歷了4個發(fā)展階段。

第一個發(fā)展階段為1971年以前,汽車開始應(yīng)用技術(shù)原理簡單的交流發(fā)電機(jī)、電壓調(diào)節(jié)器、電子閃光器等分立元器件搭建的電路,該階段汽車為純機(jī)械控制,電子技術(shù)只是作為輔助。

第二個發(fā)展階段為1974—1982年,隨著集成電路的快速發(fā)展,汽車開始應(yīng)用16位以下的微控制器,電子汽油噴射技術(shù)的發(fā)展和ABS(防抱死制動系統(tǒng))作為該階段的典型代表,是汽車從機(jī)械控制逐步向電子控制轉(zhuǎn)變的開始。

第三個發(fā)展階段為1982—1990年,隨著微處理器技術(shù)的逐漸成熟,汽車電子開始向智能化方向發(fā)展。汽車應(yīng)用的產(chǎn)品有胎壓控制器、數(shù)字式油壓計、直視儀表板、倒車示警器、高速限制器、自動后視鏡系統(tǒng)等,該階段汽車控制系統(tǒng)逐步電子化,同時輔助駕駛系統(tǒng)開始開發(fā)應(yīng)用。

第四個發(fā)展階段為2005年至今,隨著汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化、電動化的快速發(fā)展,自動防撞、動力優(yōu)化、自動駕駛、高清地圖導(dǎo)航等技術(shù)逐步開始應(yīng)用于汽車,該階段表現(xiàn)為汽車開始轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆呻娮酉到y(tǒng)掌控,不需要駕駛?cè)耍瑫r汽車開始作為一個網(wǎng)絡(luò)終端,和其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備一起構(gòu)成新一代網(wǎng)絡(luò)體系。

2.1.2 汽車電子電氣架構(gòu)相關(guān)知識

1.架構(gòu)定義

電子電氣架構(gòu)包括所有的電子和電氣部件、它們之間的互聯(lián)結(jié)構(gòu)(拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)),以及它們之間的線束連接。一個完整的電子電氣架構(gòu)是由不同的車載網(wǎng)絡(luò)連接在一起的,為了系統(tǒng)化管理和規(guī)劃,按照功能將車輛劃分為不同電子系統(tǒng)管理域,如信息娛樂系統(tǒng)(指示、娛樂和車載導(dǎo)航)、行車安全系統(tǒng)(底盤、主動、輔助駕駛系統(tǒng))、傳動系統(tǒng)(驅(qū)動、廢氣處理)等。通過劃分不同的域,將功能和軟硬件結(jié)合到一起,依維柯電子電氣架構(gòu)如圖2-1所示。從圖中可以看到,整個電子電氣系統(tǒng)由不同的功能模塊組成,功能模塊之間通過總線進(jìn)行連接。

圖2-1 依維柯電子電氣架構(gòu)(公開版)

2.架構(gòu)模型

電子電氣架構(gòu)模型從不同的維度描述了電子電氣架構(gòu)系統(tǒng),主要包括邏輯模型和實(shí)現(xiàn)模型兩種,如圖2-2所示。邏輯模型用來描述抽象邏輯層面上的功能,不依賴于實(shí)現(xiàn)該功能的硬件。實(shí)現(xiàn)模型用來確認(rèn)實(shí)現(xiàn)功能需要的電子部件,同時會根據(jù)功能耦合關(guān)系進(jìn)行合理的功能域分配和接口分配,其中,節(jié)點(diǎn)模型用來合并技術(shù)鏈不同的技術(shù)組件,電子部件硬件模型用來實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)模型的硬件部分,電子部件軟件模型又分為基礎(chǔ)軟件和應(yīng)用軟件兩部分,通信網(wǎng)絡(luò)模型用來描述通過總線進(jìn)行連接的部件,電源網(wǎng)絡(luò)模型描述負(fù)載對電源的需求,安裝空間和線路模型定義具體部件的安裝空間和線纜的走線和固定方式等。

圖2-2 汽車電子電氣架構(gòu)模型

圖2-3所示為功能模型典型案例,它通過作用鏈來描述。該模型將功能和與之相連的傳感器及執(zhí)行器以粗略的功能塊的形式加以描述,并不涉及其具體技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

圖2-3 功能模型典型案例

圖2-4所示為技術(shù)模型實(shí)現(xiàn)過程。技術(shù)模型中由技術(shù)組件形成一個技術(shù)鏈,而技術(shù)組件要說明功能模塊是采用硬件還是軟件來實(shí)現(xiàn),確認(rèn)實(shí)現(xiàn)主體。

圖2-4 技術(shù)模型實(shí)現(xiàn)過程

圖2-5所示為節(jié)點(diǎn)模型實(shí)現(xiàn)過程。它屬于技術(shù)鏈的技術(shù)組件合并到處于不同位置的節(jié)點(diǎn)中去。因此,節(jié)點(diǎn)模型包括并描述了電子電氣架構(gòu)中所有需要的部件。此外,在確定節(jié)點(diǎn)模型時還要決定功能的集成度,將功能進(jìn)行合理的集成。

圖2-5 節(jié)點(diǎn)模型實(shí)現(xiàn)過程

3.開發(fā)流程

電子電氣開發(fā)過程遵循V模型開發(fā)流程,按照邏輯關(guān)系和時間先后順序?qū)㈤_發(fā)步驟連接在一起,并對每個設(shè)計的輸入/輸出文檔做出規(guī)定。

圖2-6所示為汽車電子電氣架構(gòu)開發(fā)V模型,這是一種典型的V模型。汽車電子電氣架構(gòu)開發(fā)過程屬于整車開發(fā)過程的需求分析階段和設(shè)計階段。在進(jìn)行電子電氣架構(gòu)開發(fā)的需求管理和需求分析時,要區(qū)分功能需求和非功能需求。功能需求產(chǎn)生汽車制造商的功能列表,而非功能需求產(chǎn)生汽車制造商的決策矩陣和設(shè)計限制。電子電氣的開發(fā)有兩種模式,一種是從下到上的模式,一種是從上到下的模式。從下到上的開發(fā)模式是以現(xiàn)有的電子電氣架構(gòu)為基礎(chǔ),僅對某些附加功能和通信涉及的新部件加以補(bǔ)充,并執(zhí)行相應(yīng)的建模步驟。這種方式最適合于對現(xiàn)有電子電氣架構(gòu)的下一代進(jìn)行開發(fā)。從上到下的模式則適合應(yīng)用于新的車輛平臺的開發(fā)。

圖2-6 汽車電子電氣架構(gòu)開發(fā)V模型

4.開發(fā)工具鏈

在電子電氣架構(gòu)設(shè)計過程中需要應(yīng)用到很多電子設(shè)計自動化(Electronics Design Automation, EDA)工具,比較有代表性的有DOORS(需求管理工具)、PreeVision(電子電氣架構(gòu)設(shè)計工具)、Capital(線束設(shè)計軟件),通過應(yīng)用EDA設(shè)計軟件,可以提高開發(fā)效率和開發(fā)準(zhǔn)確性。

整車電子電氣系統(tǒng)開發(fā)過程中,會涉及需求、功能設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、功能分配、線束設(shè)計等多方面內(nèi)容,由不同的部門或工程團(tuán)隊進(jìn)行共同開發(fā)。為了實(shí)現(xiàn)多團(tuán)隊并行開發(fā)過程中的合理分工與協(xié)作,整個電子電氣架構(gòu)設(shè)計需要按照分層設(shè)計的思路展開,如圖2-7所示。在模型開發(fā)過程中需要進(jìn)行不斷的評估優(yōu)化,最終選擇最優(yōu)的設(shè)計方案。

圖2-7 電子電氣架構(gòu)開發(fā)模型

PreeVision開發(fā)過程包括按照架構(gòu)模型的開發(fā)邏輯和V模型的開發(fā)過程,分為需求定義、功能邏輯設(shè)計、硬件系統(tǒng)設(shè)計、線束層設(shè)計和拓?fù)鋵釉O(shè)計幾個部分。

(1)需求定義

該層需要導(dǎo)入需求開發(fā)的工作成果——需求規(guī)范,也可以直接將需求開發(fā)的工作在此階段開展。該層用來描述電子電氣系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能需求和非功能需求,是電子電氣架構(gòu)設(shè)計的起始點(diǎn)。

(2)功能邏輯設(shè)計

該層約定整個系統(tǒng)功能的邏輯實(shí)現(xiàn)方法。功能網(wǎng)絡(luò)層的內(nèi)容包括邏輯傳感器、功能塊、邏輯執(zhí)行器等功能模塊,以及各功能模塊之間的信息交互接口。當(dāng)功能網(wǎng)絡(luò)層各模塊之間的端口通過信息交互接口連接后,相應(yīng)模塊就能進(jìn)行數(shù)據(jù)和控制信息的交換。在功能網(wǎng)絡(luò)里,用戶可以看到各功能模塊之間的邏輯關(guān)系。

(3)硬件系統(tǒng)設(shè)計

該層主要包括網(wǎng)絡(luò)層、部件層和線路原理層。網(wǎng)絡(luò)層描述各部件之間的邏輯連接方式,如總線系統(tǒng)、傳統(tǒng)連接、電源供應(yīng)和地線連接,這些連接將在隨后的線路原理層進(jìn)行進(jìn)一步的細(xì)化;部件層描述每個部件內(nèi)部構(gòu)成及其對外接口的詳細(xì)信息;線路原理層描述網(wǎng)絡(luò)層中邏輯連接的具體實(shí)現(xiàn)情況,如具體的導(dǎo)線、線纜連接方式、保險繼電器盒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等。

(4)線束層設(shè)計

邏輯和原理性的連接關(guān)系在線束層中進(jìn)行物理實(shí)現(xiàn)。該層中可以將線路原理層的連接關(guān)系在電線和電纜兩方面進(jìn)一步細(xì)化,將線束特定的屬性添加到模型中。在該層中每段電線(或電纜)及相應(yīng)的接插件都具有其物理屬性(包括單位長度重量、成本、過電流能力等信息)。線束元素將來可以在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中形成具體的電線和電纜布局(包括結(jié)合點(diǎn)和對接插頭的布局等)。

(5)拓?fù)鋵釉O(shè)計

該層描述了電子電氣系統(tǒng)的實(shí)際布置情況。設(shè)計人員需要根據(jù)實(shí)際情況,確定各個部件以及線束的最終安裝位置,需要設(shè)定不同安裝位置之間的“線路段”的具體長度。之后便可以得出電子電氣系統(tǒng)中的整個線束的統(tǒng)計長度。

2.1.3 汽車電子電氣架構(gòu)發(fā)展趨勢

1.電動化

隨著汽車電子電氣架構(gòu)的發(fā)展,全電力和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)冗余將變得至關(guān)重要。對可靠性要求較高的安全類關(guān)鍵應(yīng)用,將利用整個冗余圈來完成所有對安全行駛至關(guān)重要的工作,如數(shù)據(jù)傳輸和電力供應(yīng)等。電動汽車、中央計算機(jī)和高耗能分散式計算網(wǎng)絡(luò)都需要具備冗余性的新型能源管理網(wǎng)絡(luò)。線控轉(zhuǎn)向和其他自動駕駛功能所需的高容錯性,同樣需要冗余系統(tǒng)設(shè)計。這一切尚難以在目前的故障保護(hù)監(jiān)控應(yīng)用架構(gòu)上完成,仍有待進(jìn)一步突破。

電動汽車屬于新能源范疇,得到了各國政府的大力支持。一方面,電動汽車可以很好地解決各國政府所焦慮的能源結(jié)構(gòu)多元化的問題;另一方面,電動汽車可以解決城市里汽車尾氣污染問題。因此,電動汽車行業(yè)便成了各國優(yōu)先扶持和發(fā)展的朝陽產(chǎn)業(yè)。通常,一個行業(yè)的發(fā)展需要技術(shù)、政策和市場三方面的支持,而在電動汽車行業(yè)發(fā)展中,政策明顯走在了市場需求前面。圖2-8所示為各國禁售燃油車時間表,挪威和荷蘭宣布將于2025年禁售傳統(tǒng)燃油車。法國則稱最遲2040年禁售燃油車。印度稱要在2030年禁售傳統(tǒng)燃油車。而向來保守的汽車強(qiáng)國——德國,在2016年11月通過聯(lián)邦內(nèi)閣決議,宣布在2030年禁售傳統(tǒng)燃油車,這在整個汽車市場和汽車行業(yè)引起了極大的轟動。

圖2-8 各國禁售燃油車時間表

2.智能化

(1)ECU從分布式控制到集中式處理,域控制器成為主流

隨著自動駕駛的發(fā)展,軟件功能復(fù)雜化和硬件系統(tǒng)冗余化的進(jìn)一步提升,對處理時延會有更嚴(yán)格的要求,因此域控制器作為高性能集中式處理中心的方式更加合理。從系統(tǒng)時間同步、軟硬件解耦合、系統(tǒng)通信速率等方面考慮,集中式處理具有明顯優(yōu)勢。

智能網(wǎng)聯(lián)需求持續(xù)推動汽車電子電氣架構(gòu)變革。隨著汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展,汽車電子底層硬件不再是由實(shí)現(xiàn)單一功能的單一芯片提供簡單的邏輯計算,而是要具備可移植、可迭代和可拓展等特性。智能化與網(wǎng)聯(lián)化共同推動了汽車電子電氣架構(gòu)的變革,一方面是車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膬?yōu)化和實(shí)時、高速網(wǎng)絡(luò)的啟用,另一方面是ECU的功能進(jìn)一步集成到域控制器。

圖2-9所示為汽車電子電氣架構(gòu)發(fā)展趨勢,從圖中可以看到隨著汽車海量數(shù)據(jù)處理需求的快速增長,ECU逐步從分布式向集中式架構(gòu)演進(jìn),從車端向云端過渡,以滿足不斷增長的運(yùn)算需求。

域控制器(Domain Control Unit, DCU)的概念最早由以博世、大陸、德爾福為首的Tier1(一級供應(yīng)商)提出,是為了解決信息安全和ECU瓶頸的問題。根據(jù)汽車電子部件功能將整車劃分為動力總成、車輛安全、車身電子、智能座艙和智能駕駛等幾個域,利用處理能力更強(qiáng)的多核CPU(Central Processing Unit)或者其他高性能AI(人工智能)芯片相對集中地去控制每個域,以取代目前的分布式汽車電子電氣架構(gòu)。

圖2-9 汽車電子電氣架構(gòu)發(fā)展趨勢(來源:博世)

一個好的域控制器架構(gòu),可以帶來未來硬件和軟件的復(fù)用,將大大降低車輛的維護(hù)成本和提升用戶體驗(yàn)。這在部分量產(chǎn)車上已經(jīng)有非常成熟的應(yīng)用。

而從設(shè)計角度來講,多域控制器架構(gòu)一是能夠?qū)鞲信c處理分開,傳感器與ECU不再是一一對應(yīng)的關(guān)系,尤其對于原始設(shè)備制造商(Original Equipment Manufacture, OEM)來說,可以隨意更換傳感器的供貨商(在標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的基礎(chǔ)上);二是平臺本身的可擴(kuò)展性,能夠?qū)拥膫鞲衅黝愋团c數(shù)目并不固定,可以根據(jù)OEM的需求對應(yīng)開發(fā)。

自動駕駛域控制器注重的是靈活可用,滿足端客戶需求,因此在具體的實(shí)現(xiàn)方案上會有多種選擇。域控制器在業(yè)內(nèi)已經(jīng)形成共識,無論是主機(jī)廠還是Tier1,都在加大研發(fā)力度。在下一代的車型中,域控制器將會成為主流。

(2)車載傳感器數(shù)量將飛速增加且智能化和融合度越來越高

在今后兩到三代汽車產(chǎn)品上,整車企業(yè)將安裝多個具備相似功能的傳感器,以確保車輛具有充足的安全冗余。長期看來,行業(yè)將開發(fā)更完善的傳感器解決方案來減少傳感器數(shù)量和成本。未來的高級算法與機(jī)器學(xué)習(xí)可增強(qiáng)傳感器性能和可靠程度,再輔之更加強(qiáng)大的傳感器技術(shù),傳感器冗余將有望減少。集成化的智能傳感器將被用來管理自動駕駛所需的大量數(shù)據(jù)。傳感器融合和3D定位等高級功能將在中心化運(yùn)算平臺上進(jìn)行,預(yù)處理、篩選和快速反應(yīng)則很可能直接在傳感器內(nèi)完成。據(jù)估算,一輛自動駕駛汽車每小時產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量將達(dá)4TB,因此傳感器將需要完成部分傳統(tǒng)由ECU完成的工作。為確保正確運(yùn)轉(zhuǎn),新一代傳感器清潔系統(tǒng),如除冰除塵等,將尤為必要。

圖2-10所示為自動駕駛傳感器功能評級,每種傳感器都有自己最適合的工況,每種傳感器都有自己無法克服的缺陷,因此“量”無法解決“質(zhì)”的問題。真正的解決之道是綜合不同傳感器采集到的信息。舉例來說,CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)攝像頭在雨霧環(huán)境下就會“失明”,強(qiáng)光和弱光環(huán)境它也不能處理。現(xiàn)在的雷達(dá)技術(shù)在分辨率上也有些不合格,因此可以說每種傳感器都有自己的軟肋。

想做到完美的傳感器融合,就要接受不同傳感器的輸入,并利用綜合信息更準(zhǔn)確地感知周邊環(huán)境,其得出的結(jié)果比不同傳感器各自為戰(zhàn)要好得多,因此傳感器融合才是未來的大趨勢。

值得一提的是,將不同傳感器進(jìn)行融合還能換來一定程度的冗余,即使某個傳感器出了問題(自然原因或人為)也不會影響車輛的安全。在駕駛?cè)艘廊皇治辙D(zhuǎn)向盤的階段,這種冗余看似用處不大,但到了全自動駕駛的時代,一定程度的冗余就能給駕駛?cè)藫Q來自救的時間窗口。

不同等級的自動駕駛具有不同的方案,也需要不同的傳感器。而按照NHTSA(美國國家公路交通安全管理局)和SAE(國際自動機(jī)工程師學(xué)會)對自動駕駛的劃分,目前市場上在售的諸多具備車身穩(wěn)定系統(tǒng)、防抱死制動系統(tǒng)、自動緊急制動系統(tǒng)、牽引力控制系統(tǒng)等功能的汽車已經(jīng)達(dá)到了L1等級的自動駕駛,而人們熟悉的谷歌自動駕駛汽車,到目前為止也未能達(dá)到L4等級的自動駕駛。目前業(yè)界討論的自動駕駛,更多的是L3和L4等級。

圖2-10 自動駕駛傳感器功能評級

圖2-11所示為自動駕駛傳感器市場預(yù)測,預(yù)計2022年激光雷達(dá)市場營收將達(dá)到16億美元,雷達(dá)市場營收將達(dá)到0.44億美元,攝像頭市場營收將達(dá)到6億美元,慣性測量單元市場營收將達(dá)到9億美元,全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)市場營收將達(dá)到1億美元。更長遠(yuǎn)地看,預(yù)計2032年傳感器硬件的總體營收將達(dá)到770億美元,而計算硬件約為520億美元。

圖2-11 自動駕駛傳感器市場預(yù)測

3.網(wǎng)聯(lián)化

(1)車載高性能網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展

數(shù)據(jù)量的提升、自動駕駛的冗余要求、互聯(lián)環(huán)境下的安全保障,以及跨行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的需求很有可能催生汽車以太網(wǎng),并使其成為冗余中央數(shù)據(jù)總線的關(guān)鍵助推因素。以太網(wǎng)解決方案可以實(shí)現(xiàn)跨域通信,并通過添加以太網(wǎng)擴(kuò)展,如AVB(音-視頻橋接)和TSN(時間敏感網(wǎng)絡(luò))等,來滿足實(shí)時性要求。

本地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、控制器局域網(wǎng)絡(luò)等傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)將繼續(xù)在車輛上運(yùn)用,但僅用于封閉式的低級網(wǎng)絡(luò),如傳感器和執(zhí)行器等。FlexRay和面向媒體的系統(tǒng)傳輸(Media Oriented System Transport, MOST)等技術(shù)有可能被汽車以太網(wǎng)及其擴(kuò)展(如AVB、TSN等)取代。整車企業(yè)會嚴(yán)控與功能安全及自動駕駛相關(guān)的數(shù)據(jù)互聯(lián),但將為第三方訪問數(shù)據(jù)開放接口。發(fā)送與接收安全關(guān)鍵數(shù)據(jù)的中央互聯(lián)網(wǎng)關(guān)將始終直接且僅連接到整車企業(yè)的后臺,第三方會被允許進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問(被監(jiān)管法規(guī)排除的場景除外)。然而,在車輛APP化的推動下,資訊娛樂系統(tǒng)的新興開放接口將允許內(nèi)容和應(yīng)用程序供應(yīng)商加載內(nèi)容,而整車企業(yè)將盡可能嚴(yán)格地保持各自的標(biāo)準(zhǔn)。

圖2-12所示為域級車載以太網(wǎng)架構(gòu),以太網(wǎng)為車載網(wǎng)絡(luò)骨干,集成動力總成、底盤、車身、多媒體、輔助駕駛,真正形成一個域級別的汽車網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)引入了一個新問題:如何組織ECU和網(wǎng)絡(luò)管理者之間的通信,不可否認(rèn)的是,這種分層式的架構(gòu)會造成控制器通過以太網(wǎng)骨干網(wǎng)和交換機(jī)通信時所需的軟件內(nèi)容增加。有研究預(yù)計,以太網(wǎng)有望在2020年成為主要的汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù),預(yù)計到2025年可能替換所有其他的車載網(wǎng)絡(luò)。

圖2-12 域級車載以太網(wǎng)架構(gòu)

(2)汽車將在云端結(jié)合車內(nèi)及車外信息以及OTA(Over-The-Air)更新

雖然非車企以外的企業(yè)參與程度仍取決于監(jiān)管法規(guī),非敏感數(shù)據(jù)(即非隱私或安全相關(guān)數(shù)據(jù))仍然有望更多地在云端進(jìn)行處理。隨著數(shù)據(jù)量的增長,大數(shù)據(jù)分析將被越來越多地應(yīng)用于數(shù)據(jù)處理,并將基于數(shù)據(jù)處理結(jié)果制定相應(yīng)的行動方案。

基于數(shù)據(jù)的自動駕駛的應(yīng)用及其他各項(xiàng)數(shù)字化創(chuàng)新將依賴于不同企業(yè)之間的數(shù)據(jù)共享。當(dāng)然現(xiàn)在仍然不清楚不同企業(yè)間的數(shù)據(jù)共享將如何實(shí)現(xiàn)、由誰實(shí)現(xiàn),但主要的傳統(tǒng)供應(yīng)商和技術(shù)企業(yè)已經(jīng)開始建立有能力處理這種海量數(shù)據(jù)的集成化平臺。通過車載測試系統(tǒng),汽車可以實(shí)現(xiàn)自動檢查功能和集成更新,從而推動生命周期管理,以及增強(qiáng)或解鎖產(chǎn)品的售后功能。所有ECU都會與傳感器和執(zhí)行器交換數(shù)據(jù),并檢索數(shù)據(jù)包來支持創(chuàng)新性用例,如基于車輛參數(shù)的路線計算。

OTA更新是自動駕駛的前提條件,它還將有助于開發(fā)新功能、確保網(wǎng)絡(luò)安全,并使車企得以更快部署功能與軟件。車輛將在全生命周期內(nèi)獲取功能性及安全性升級。監(jiān)管部門可能強(qiáng)制要求軟件維護(hù),以確保車輛設(shè)計的安全完整性。更新和維護(hù)軟件的責(zé)任將在車輛維護(hù)與運(yùn)行領(lǐng)域催生新業(yè)務(wù)模式。

OTA更新的基本流程如下:

1)管理和生成相關(guān)的文件:云端服務(wù)器是負(fù)責(zé)監(jiān)測整個OTA更新過程的主要單元,它不僅要確定更新哪些車輛,是否與車輛建立可靠的連接(生成一個可靠的可信通道)并實(shí)時掌握消息,還要把固件包或者更新包從軟件庫里面提取出來,確定分發(fā)包的更新順序,管理整個進(jìn)程,并在完成后校驗(yàn)。

2)分發(fā)和檢查:服務(wù)器端負(fù)責(zé)加密渠道分發(fā),車端控制器負(fù)責(zé)接收服務(wù)器指令,并對更新包進(jìn)行下載、驗(yàn)證和解密。針對每次更新,服務(wù)器與車端配合對過程進(jìn)行監(jiān)控。車端控制器必須具備足夠的存儲空間及計算能力。與服務(wù)器相對應(yīng)的也有作業(yè)管理器負(fù)責(zé)報告當(dāng)前狀態(tài)和錯誤信息,每個更新作業(yè)都有一個用于跟蹤使用情況的作業(yè)ID(身份識別碼)。

3)更新和刷新安裝:這里一定有讀者會提問,車輛如果像手機(jī)一樣刷死機(jī)了怎么辦?通常整車企業(yè)在決定FOTA前需要做完備的考慮。以特斯拉為例,圖2-13所示為特斯拉OTA架構(gòu),通過使用運(yùn)算的聯(lián)網(wǎng)模塊(如儀表盤、中控臺等)實(shí)現(xiàn)對整個進(jìn)程的監(jiān)控。將更新文件刷入ECU,對于儀表盤來說,每一步操作都會監(jiān)控整個機(jī)制是否完整,并且保證能隨時停止和重新寫入,只要對應(yīng)的ECU存在可以運(yùn)行的導(dǎo)引程序,那么就保證了車輛和服務(wù)器對整個過程的控制,并把刷死機(jī)的風(fēng)險降到最低。

完成最后的準(zhǔn)備工作后,ECU將重新啟動,代理和服務(wù)器之間將持續(xù)連接,服務(wù)器可以獲得當(dāng)前更新狀態(tài)的最新信息。

圖2-13 特斯拉OTA架構(gòu)

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