電氣化正在大力擴(kuò)展汽車(chē)運(yùn)動(dòng)功能的范圍。每一個(gè)新功能都相當(dāng)于更多的軟件。這反映在更集中的E/E架構(gòu)的趨勢(shì)上，即采用更少但更強(qiáng)大的控制器。在硬軟件共同開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，Vitesco技術(shù)公司正在為未來(lái)的“軟件定義汽車(chē)”開(kāi)發(fā)可擴(kuò)展的“運(yùn)動(dòng)主控制器（Master Controller Motion）”平臺(tái)。 ?

在純內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的車(chē)輛中，一個(gè)典型的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)包括大約80個(gè)功能，它們分布在大約200萬(wàn)行代碼中。隨著電氣化的發(fā)展，功能范圍大大擴(kuò)展。

因此，軟件的份額在不斷增加，到目前為止，電子控制單元（ECU）的數(shù)量也在增加。功能相當(dāng)單一的發(fā)動(dòng)機(jī)與動(dòng)力驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域變成了更為全面的“車(chē)輛運(yùn)動(dòng)（Vehicle Motion）”領(lǐng)域。其包括從充電到電池管理、電機(jī)控制、動(dòng)力回收、熱管理、能量分配和預(yù)測(cè)性節(jié)能駕駛，以及通過(guò)云連接管理大數(shù)據(jù)和定期更新駕駛軟件等眾多功能。

到2025年左右，特別是電氣化預(yù)計(jì)將使運(yùn)動(dòng)控制單元的軟件量比傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)控制增加5倍，達(dá)到800萬(wàn)至1000萬(wàn)行代碼，如圖1。

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圖1.??隨著電氣化的發(fā)展而增加的軟件數(shù)量?(來(lái)源：Vitesco) ?

到目前為止，各個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的ECU是以獨(dú)立ECU的形式被集成到車(chē)輛中。電氣化增加了與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的ECU之間互聯(lián)的復(fù)雜性，因此需要從以前的單獨(dú)ECU過(guò)渡到一個(gè)更加集成的解決方案，這就產(chǎn)生了新的挑戰(zhàn)，如圖2。鑒于未來(lái)幾年將逐步過(guò)渡到更集中控制架構(gòu)的車(chē)輛數(shù)量的不斷增加，將變?yōu)橐攒浖?yīng)對(duì)復(fù)雜性、并降低成本，因此針對(duì)新的軟件變革的新硬件將是關(guān)鍵。這需要可擴(kuò)展的平臺(tái)，要能夠?qū)⒔裉煲延械能浖鸩竭w移到新的、更集中的硬件，同時(shí)能夠搭載新的功能。

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圖2. 傳統(tǒng)的E/E架構(gòu)向新的架構(gòu)演化，變得更加集中，降低了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性（來(lái)源：Vitesco）

架構(gòu)上的挑戰(zhàn)?? ?

Vitesco作為Autosar公司的共同創(chuàng)始人和核心成員，利用其在動(dòng)力系統(tǒng)方面的軟件專(zhuān)長(zhǎng)，進(jìn)一步改進(jìn)軟件和硬件。目前正在開(kāi)發(fā)中的“運(yùn)動(dòng)主控制器（Master Controller Motion）”與以前的動(dòng)力總成領(lǐng)域控制器不同。其可以與區(qū)域控制器一同使用CP Flexibility的“軟件集群Software Cluster”技術(shù)以及完全的微控制器虛擬化技術(shù)，如圖3。


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圖3. 可擴(kuò)展的Master Controller的性能水平可以滿(mǎn)足車(chē)輛中的功能?(來(lái)源：Vitesco）

?Master Controller能夠在一個(gè)硬件上集成越來(lái)越多的車(chē)輛運(yùn)動(dòng)和能量管理領(lǐng)域的功能，并確保動(dòng)力域的高可用性和最高質(zhì)量。其主要挑戰(zhàn)包括、將功能從單個(gè)ECU移植到Master Controller的Software Cluster中。這方面的一個(gè)關(guān)鍵是多核微控制器虛擬化。在不影響其他功能的情況下，隨時(shí)添加或更新來(lái)自不同制造商的個(gè)別功能的能力正變得越來(lái)越重要。鑒于運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域的功能越來(lái)越多，Vitesco已經(jīng)與Vector、ETAS和Elektrobit等專(zhuān)業(yè)公司建立了伙伴關(guān)系。 ?

共同開(kāi)發(fā)的軟件解決方案?? ?

在車(chē)輛運(yùn)動(dòng)的集中控制單元中，各種功能的組合和共存導(dǎo)致軟件的規(guī)模比以前的單個(gè)ECU大得多。因此，Master Controller內(nèi)的整體軟件系統(tǒng)比單個(gè)ECU上的各自軟件包要復(fù)雜得多。這些包括在Autosar Classic中的控制功能，通常由許多單獨(dú)的功能組成。

此外，還引入了基于Autosar Adaptive的Linux等操作系統(tǒng)的面向服務(wù)的架構(gòu)，這對(duì)硬件提出了不同的要求。微控制器和微處理器的基礎(chǔ)軟件層在此有很大不同。因此，必須考慮到實(shí)現(xiàn)微控制器類(lèi)似于微處理器層面更快的更新周期，為此已經(jīng)開(kāi)發(fā)了“軟件集群Software Cluster”和虛擬嵌入式應(yīng)用veApp技術(shù)。 ?

除了技術(shù)之外，要想成功還需要一個(gè)軟件系統(tǒng)架構(gòu)師和軟件集成商，將各個(gè)軟件組件組合成一個(gè)獨(dú)立的、穩(wěn)定的整體系統(tǒng)，與各個(gè)系統(tǒng)相比，具有強(qiáng)大的動(dòng)態(tài)功能行為。Autosar包括許多標(biāo)準(zhǔn)的軟件定義，但到目前為止還不是ECU完整功能所必需的一切。

因此，一個(gè)僅由Autosar標(biāo)準(zhǔn)組件組成的軟件系統(tǒng)是不能單獨(dú)執(zhí)行的。仍然需要定制的、特定領(lǐng)域的軟件，最重要的是，需要系統(tǒng)能力。一個(gè)系統(tǒng)的許多單獨(dú)的組件最終必須被整合成一個(gè)有效的整體，作為為每輛車(chē)量身定做的配置。 為了在“軟件集群Software Cluster”概念的意義上分離單個(gè)設(shè)備的基本單個(gè)功能，并將其重新分配到中央ECU上，需要對(duì)時(shí)間行為進(jìn)行仔細(xì)分析。

一個(gè)基于邏輯執(zhí)行時(shí)間（LET）的動(dòng)態(tài)參考架構(gòu)，在全系統(tǒng)范圍內(nèi)，使這成為可能。然后，分離和重新劃分的功能可以被整合到為它們量身定做的參考架構(gòu)的時(shí)間片中。LET保證了時(shí)間關(guān)鍵的事件鏈的確定性數(shù)據(jù)行為。所有這些都可以用Autosar手段來(lái)描述，從而實(shí)現(xiàn)了按計(jì)劃映射模型功能。? 在更集中的架構(gòu)背景下，開(kāi)發(fā)者網(wǎng)絡(luò)將以伙伴關(guān)系的方式共同工作。ECU被重新劃分，考慮到今天的車(chē)輛規(guī)模，將以成本優(yōu)化的方式逐漸合并成中央控制單元。

最重要的是，新的軟件技術(shù)是這方面的先決條件。Vitesco正在通過(guò)新的框架veApp為跨公司和跨領(lǐng)域的合作創(chuàng)造最新的機(jī)會(huì)。這個(gè)框架封裝了以前各個(gè)ECU的軟件域，并允許單獨(dú)的應(yīng)用程序動(dòng)態(tài)對(duì)接到Master Controller Motion架構(gòu)內(nèi)的接口。這方面的基礎(chǔ)是在多核架構(gòu)方面的豐富經(jīng)驗(yàn)，以及“軟件集群Software Cluster”概念。

具有分離技術(shù)的框架還確保了一個(gè)確定的、動(dòng)態(tài)的架構(gòu)，在這個(gè)架構(gòu)中，一個(gè)功能的新版本可以被安裝而不影響其他功能的時(shí)間行為。與具有更廣泛操作系統(tǒng)的Autosar Adaptive架構(gòu)相比，veApp框架通過(guò)所有功能或應(yīng)用程序的共同子結(jié)構(gòu)，為實(shí)時(shí)性更強(qiáng)的Autosar Classic形成相應(yīng)的靈活性。這為內(nèi)存需求在兆這個(gè)級(jí)別的功能提供了靈活和更精簡(jiǎn)的集成技術(shù)，而Autosar Adaptive應(yīng)用在千兆的范圍內(nèi)。?

硬件解決方案的共同開(kāi)發(fā)?? ?

考慮到逐漸過(guò)渡到更集中的架構(gòu)和各自動(dòng)力系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的多樣性，Master Controller硬件被設(shè)計(jì)成一個(gè)可擴(kuò)展的模塊化系統(tǒng)，以滿(mǎn)足不同的要求，如圖4。這種新硬件的前身是域控制器。隨著區(qū)域架構(gòu)的引入，它們?cè)确植嫉挠布凸δ軐⒈淮笠?guī)模擴(kuò)展。Master Controller Motion是管理車(chē)輛運(yùn)動(dòng)的?"大腦"，與新的軟件技術(shù)相結(jié)合，在整合平臺(tái)的意義上實(shí)現(xiàn)了前所未有的靈活性。以前孤立的系統(tǒng)可以被整合，并在各組織間獨(dú)立優(yōu)化，如圖5。



圖5?帶有主控制器和區(qū)域控制器的集中式結(jié)構(gòu)?( Vitesco Technologies GmbH (專(zhuān)屬權(quán)利))

Master Controller的命令通過(guò)即所謂的區(qū)域控制器在現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行。與Master Controller相比，區(qū)域控制器的重點(diǎn)是控制大量的輸入和輸出，網(wǎng)關(guān)功能和電源或配電，包括電子保險(xiǎn)絲。區(qū)域控制器的計(jì)算能力也是可擴(kuò)展的，為各種傳感器和執(zhí)行器服務(wù)。Master Controller和區(qū)域控制器的互補(bǔ)相互作用大大簡(jiǎn)化了E/E結(jié)構(gòu)，并減少了車(chē)輛中ECU的數(shù)量。

這里使用的大量硬件技術(shù)，例如關(guān)于熱和機(jī)械的實(shí)現(xiàn)，來(lái)自于多年來(lái)在發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。電子方面的可擴(kuò)展解決方案空間是平臺(tái)架構(gòu)的一部分，并為未來(lái)在功能安全和特別是系統(tǒng)可用性方面的擴(kuò)展要求提供所有選項(xiàng)。這涵蓋了廣泛的應(yīng)用，直到自動(dòng)駕駛汽車(chē)，為新的車(chē)輛功能提供了穩(wěn)定的基礎(chǔ)，同時(shí)最大限度地降低了實(shí)施成本。 ?

總結(jié)與展望?? ?

Master Controller Motion中更高的集成度有助于在軟件中掌控以前ECU網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。該平臺(tái)的可擴(kuò)展性使得不同品牌和不同動(dòng)力系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的車(chē)型可以逐步轉(zhuǎn)移到新的E/E架構(gòu)中。?

隨著Master Controller Motion在未來(lái)車(chē)輛運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域更集中的E/E架構(gòu)中，有一套技術(shù)可以應(yīng)對(duì)電氣化車(chē)輛中大量增加的功能。它采用了硬體和軟件的新技術(shù)。通過(guò)“軟件集群（Software Cluster）”、veApp框架或兩者的結(jié)合，使許多功能在中央ECU中的應(yīng)用共存成為可能。

通過(guò)這種方式，個(gè)別功能可以被更新，而不必重新生成和發(fā)布整個(gè)系統(tǒng)。由于來(lái)自不同來(lái)源和類(lèi)型的許多軟件模塊的高度復(fù)雜性，對(duì)于一個(gè)有效的整體解決方案來(lái)說(shuō)，Master Controller中整個(gè)系統(tǒng)的能力來(lái)自各個(gè)來(lái)源的密切協(xié)調(diào)是至關(guān)重要的。新的軟件技術(shù)使其更容易在新的合作框架內(nèi)將來(lái)自不同來(lái)源的各個(gè)功能和算法組合起來(lái)。

作為一個(gè)全面的車(chē)輛運(yùn)動(dòng)的多功能?"大腦"，通用的Master Controller將在更集中的架構(gòu)中與更多的車(chē)輛專(zhuān)用區(qū)域控制器一起工作。這些控制器，通過(guò)其本地的輸入和輸出，確保運(yùn)動(dòng)指令的安全執(zhí)行。? ?




審核編輯：劉清

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