智能汽车电子电气架构发展史

 

既不是最强的物种才能生存下来，也不是最聪明的物种才能生存下来，而是那些最能适应改变的。它们利用有限的、可以获得的方法，彼此充分合作来对抗共同的威胁。

——查尔斯·达尔文

是什么在驱动着电子电气架构不断地变化和演进？

电子电气架构专家侯旭光先生在《智能汽车：电子电气架构详解》一书中，从“终端客户需求”与“电子技术发展”两个路线，探讨了电子电气架构发展的驱动因素，本文摘取书中片段进行分享，希望给大家以启发！

1 汽车电子的诞生

1908年，使用干电池供电的汽车扬声器诞生了。1911年，蓄电池的可靠性逐渐达到了干电池的水平，于是可以循环使用的蓄电池逐渐普及。同时，车载发电机的性能和可靠性也逐渐提升，从此以后，电灯之类的部件逐渐应用在汽车上。1922年，一个名叫George Frost的18岁青年在自己的福特T型车上安装了一个真空管收音机——这可能是现代电子产品第一次出现在汽车上。几乎同时，雪佛兰开始提供售后安装收音机的服务。在1930年，摩托罗拉发明了第一台专门为汽车设计的收音机，到20世纪40年代中期，有大约1000万辆汽车配备了收音机。

汽车最初的电子设备只局限于单一功能，而且并未与汽车原有的机械功能产生耦合，也就是说车辆上的这些电子设备与功能都是独立于机械功能存在的，是附加功能。到了20世纪50年代，出现了第一个电子与机械耦合的功能——巡航控制，这也是机电结合的系统首次出现在汽车上。图1所示为巡航控制系统原理图，它通过电磁线圈控制液压的方式来控制节气门，从而实现了车速控制。

图1 早期的巡航控制系统设计图

2 ECU的诞生

1978年，通用汽车第一次在汽车上引入了包含软件的半导体设备——ECU（Engine Control Unit，发动机控制单元），彻底改变了传统的手动控制发动机的方式。ECU通过对电磁阀和化油器的控制，实现了对发动机喷油和点火的精准控制，从而大幅提升了发动机的性能。

这是微处理器和软件第一次出现在汽车上，从此汽车电子步入崭新的纪元。因为ECU这个词被使用得过于广泛，以至于ECU被重新解释为电子控制单元（Electronic Control Unit），从而成为汽车上所有包含软件的控制器的统称。而原来的ECU不得不被重新命名为发动机控制模块（Engine Control Module，ECM）或发动机管理系统（Engine Management System，EMS）。

在1995年，世界上首个自适应巡航控制系统诞生，在图2中已经有3个被命名为COMPUTER（计算机）的装置。这个系统可以自主控制车辆的行驶速度，甚至能够在驾驶员完全不参与的时候自主刹停车辆保证车辆的安全。

图2 汽车自适应巡航系统专利

3 汽车电子电气架构的诞生

随着汽车上的电子功能逐渐丰富，控制器的数量越来越多，整车的电子电气系统越来越复杂，系统中各个部件之间的耦合关系越来越复杂，导致电子电气系统复杂度越来越高。按原有的各系统独立开发的方式已经无法解决各子系统之间的复杂交互所带来的质量和稳定性问题。

2000年，梅赛德斯奔驰技术有限公司面临全新车型的挑战：电子电气系统中的各种ECU、传感器、执行器和线束已经让整车的设计变得异常复杂，导致原来简单集成式的开发方式已经无法保证质量、功能与性能的稳定。经过和外部专家团队多次技术会议研讨，奔驰最终决定对某款车在系统开发前进行从全局考虑的整车电子电气总体设计，以期从根本上解决上述挑战。历经一年的时间，2001年该款车电子电气总体设计完成，世界首款汽车电子电气架构也随之诞生。

电子电气架构的诞生解决了整车日益增加的电子电气系统复杂性所带来的各种问题，如系统间的协同、质量、可靠性，以及成本等，从而让汽车电子电气系统得以承载更多的功能。特别值得注意的是，在汽车电子电气系统与电子电气架构发展的过程中，不但各种电器部件的数量在大幅度增加，各种ECU所包含的软件数量也在几何级迅速增长。尤其是近年来智能网联化趋势逐渐明朗后，在某些高端车中，整车ECU中的总代码行数已经超过两亿行。这导致软件的开发成本正在显著上升，随之而来的软件缺陷也大幅增加。给电子电气架构设计带来了新的挑战——如何应对软件在整车中的增加趋势以及快速迭代的趋势。

4 汽车电子的6个发展阶段

回顾历史并展望未来，可以将汽车电子化的发展历程分为以下6个阶段。

1. 纯机械，始自1890年：车上没有任何的电子部件。

2. 孤立电子功能，1910～1949年：扬声器和收音机等出现在车上。

3. 机电耦合，1950～1979年：机械与电子之间开始结合。

4. 软件应用1980～2009年：包含嵌入式软件的ECU开始广泛应用。

5. 网联时代2010～2029年：3G移动通信技术应用到汽车上，从此车辆与外界环境可以双向连接。

6. 自主智能控制，2030年：车载人工智能成为大部分车辆的标准配置，车辆具备大部分场景下的自主控制能力。

以上的发展历程可以使用图3来表示。

图3汽车电子的发展历程

任何一种技术都不可能持续保持高速发展，在经历一段高速发展期后，速度逐渐降低是必然趋势。然而事物发展的总体趋势一定是滚滚向前的，在一个技术发展到达瓶颈之后，必然会有另外一种技术发展起来，从而让发展持续下去。在汽车的机械技术已经日臻成熟的时候，各种资源、注意力转移到汽车电子上不是偶然，而是时代造就的必然。