汽车电子架构正在快速变化。能源效率的需求正在由传统动力向高压混动以及电机演变。自动驾驶则要求多传感器的融合与独立的控制单元分离。而娱乐互联则将车辆转化为能够被云端访问的IT系统；通过OTA实现的功能更新；以及地图服务、媒体内容、其他车辆以及周围设施的交互需求带来的更高带宽需求。在此，来自宝马的Matthias Traub, Alexander Maier以及Kai L.Barbehön勾勒出汽车电子架构以及IT的演变路径。

数字化正在创造机会，这将改变我们对移动出行的理解。汽车作为网络世界的一部分，不仅仅在为用户传递信息和娱乐提供新的可能性，同样通过更加智能的舒适或者辅助功能引领着车辆自动驾驶化。

这些创新对汽车的电子、软件以及通信能力提出了更加快速的迭代需求。物理架构以及功能性的电子电气架构（E/E）将成为管理这些不断增长的复杂性的关键一环。软件的质量，远程的软件更新，不同供应商的软件集成，主机厂内部的软件以及安全将成为成功的关键因素，随之而来的像更高的数据速率，多种数据类型的支持，网关的概念，失效之后的操作支持以及能源效率也同样重要。

在这里，我们将主要讨论由IT以及消费电子向汽车领域转变带来的机遇与变革。针对每一个机会我们将展现其当前状态，以及能够带来的收益。

汽车行业的机会

互联网行业的玩家（例如Google，Apple以及Amazon）展现的机会和解决方案，我们可以适用于汽车领域。这种方案允许开发人员开发新的功能（APPs），可以很容易地集成到整个生态系统的设备中（例如iPhone）这种无缝集成的新功能有助于为每一个用户提供个性化的服务。此外，远程更新使得优化、质量改进以及灵活的生命周期管理变得可能。其他的变化则来自于高性能处理器的使用-目前已经用于IT行业-以及清晰的设计模式，例如分层设计和可拓展性。

高性能处理器带来更高的集成度

高性能的消费电子领域的处理器将在汽车领域的电子架构催生新的集成平台。这些处理器的应用为汽车领域引入了强大的、动态的操作系统，例如Linux（见图1）。这些操作系统一般用于媒体和导航。

图1.来自消费电子领域的高性能处理器将在汽车领域的电子架构催生新的集成平台。

GENIVI联盟（www.genivi.org）致力于一个标准的软件架构，包括动态的操作系统。在不久的将来，用于其他应用（例如自动驾驶）的电控单元（ECUs）会需要类似的软件架构。所以AUTOSAR标准需要增强，通过POSIX（Portable Operating System Interface，可移植操作系统接口）标准，来创建Adaptive AUTOSAR。这些新技术将为E/E的构架和设计带来全新的方法。

无缝的分层架构

直到现在，E/E架构设计主要以一种渐进的方式聚焦于本地的解决方案。这意味着：

1. 功能的划分焦点在于算力的可用性。

2. 具体项目和异构开发方法将在每个E/E开发领域变得常见。

3. 所有的控制器都采用OEM的通用系统需求，这常常导致过度设计。

4. 由于严格区分的职责和目标，控制器开发聚焦于控制器的本地最优化。

为了解决这些问题，BMW为下一代车型创建了一个分层的E/E架构（见图2）。

图2.强大的集成平台实现了汽车领域的无缝分层的E/E架构。

该方案有如下优势：

l  控制器的分类是基于需求的。

l  调整统一的开发方式取代本地开发方式。

l  每类控制器都有特定的系统需求。

l  系统级的优化将成为主要焦点，由系统架构师驱动。

在此架构中，中央计算平台（class 1 - 图2的顶层）承担主要的软件功能，这部分主要由内部进行开发。这些平台能够提供较高的性能并且能够满足最高级别的安全需求。集成控制器（class 2）衔接中央计算平台和商品控制器（class 3） - 例如，实时性需求高的功能要求能够直接访问传感器或者执行器。对于简单的、OEM无特定需求的功能，由商品控制器和传感器或者执行器（class 4）直接实现是可接受的。理想情况下，这些控制器和传感器或者执行器是基于共同的OEM开发或者Tire 1的零部件。

可拓展的架构

当前的网络架构开发方式一定程度上牺牲了变型的增加以及复杂性。这种开发模式通常基于发送-接收的通信，这经常会导致高度依赖性以及有限的可扩展性。

下一代网络架构，中央通信服务器（Central Communication Service，CCS）将支持封装用以在本地实现可拓展性。

图3.CCS将带来可拓展的E/E架构

该架构有如下特征（参考图3）：

l  中央信息服务器和代理将处理所有的网络架构信息。

l  该E/E架构能够封装并拓展覆盖由基础的车型到完整配置的车型。

l  该架构的通信将变得结构化、层次化。

l  不同通信协议，例如LIN、CAN、FlexRay、Ethernet以及未来的机器到机器/V2X的无线协议之间的转换将会变的流畅。

l  物理层，信息层以及服务层将会分开，包括防火墙功能。

在系统层面，CCS将提供优化物理及逻辑拓扑层的机会。例如，在物理层，子网关可由CCS的高性能路由引擎取代。而针对逻辑层的优化，CCS可以完成发送方-接收方的解耦并创建逐步引入SOA的基础。

面向服务的架构SOA

汽车的功能的创新将与IT和消费电子行业保持在同一水平。此外，由于更大的交互依赖性会变得越来越复杂。一个例子就是，从简单的巡航控制到自适应巡航到自动驾驶的进化。当前某个系统的功能视图是基于信号的，功能的划分则严重受到遗传系统、控制器资源以及构建系统的组织的影响。仅仅关注控制器级不足以掌握复杂性。

因此，BMW在下一代E/E架构中引入SOA的解决方案（参考图4）。

图4.面向服务的架构将帮助OEM解决日益复杂的E/E架构

SOA为整个系统提供大量的抽象服务。通过敏捷开发的方式，再加上严格的封装和层次结构使得针对接口的测试可行，而且这些特点降低了系统的复杂性。而车型换代时的软件模组的复用将变得更简单。

车载端与后端架构

车载端的E/E架构和后端的架构越来越融合。越来越多的汽车功能与后端进行数据交互或者甚至部分功能在后端执行。因此，功能分配、软件编码和防火墙变得越来越重要。这些安全模式已经在IT和消费电子行业得到应用并且能够适用于汽车行业。

车载网络和后端的连接很重要。主要的方面有：

l  通信标准，例如LTE（Long-Term Evolution，长期进化技术），WiFi以及未来的5G；

l  高质量服务的提供以及

l  足够的带宽

后端可以提供各种应用的基础，甚至可以承担功能的实现（例如，自动驾驶或者多媒体功能）。针对驾驶员的移动服务可以由后端提供，车辆的信息获取之后也可以由后端进行分析。

车载端与后端架构的无缝耦合，再加上我们之前提到过的构建块（CCS、SOA以及分层的E/E架构）将极大地促进我们的E/E基础设施，以应对即将到来的创新需求。图5即显示了整个系统架构以及运行在控制器或者后端的功能软件设计。

图5.整体车载端以及后端的整体架构图示表明，处理机制（比如安全和隐私相关的机制）必须能够适用于这两类架构用以提供无缝衔接的功能。

AF：Autonomous driving Functions，自动驾驶功能

CD：Crowd Data，众包数据

GSM：Global System for Mobile Communication，全球移动通信系统

NFC：Near-field Communication，近场通信

OBD：Onboard Diagnostics，车载诊断

车载端和后端架构之间的无缝设计文档是成功的关键因素。包括数据处理、远程更新以及由两者实现的功能的软件设计。在下一章节中，我们将讨论这些方面。

流程、方法和工具的变化

目前，整个E/E架构开发的流程使用了多种方法和工具。通常，一个软件项目中的每个部门都有自己的设计原则、工作流程以及工具。在未来，IT行业的先进的方法和工具将为汽车E/E架构设计消除多样性的问题，并创建一个更均衡的开发环境。图6显示了当前和未来的状态。

图6.汽车电子开发（a）当前、（b）未来。车载端和后端架构之间的无缝设计文档至关重要。

ADD：Architecture Design Document，架构设计文档

B&C：Body and Comfort，车身和舒适域

DA&S：Driving Assistance and Safety，驾驶辅助和安全

HiL：Hardware in the Loop，硬件在环

I&C：Information and Communicaiton，信息和通信

P&C：Powertrain and Chassis，动力和底盘

SiL：Software in the Loop，软件在环

这种技术演变将提供：

l  从客户交互到软件架构的无缝需求映射

l  基于SOA的无缝的、完整的E/E架构的模型

l  采用SOA设计原则的分布式开发的内容封装

l  敏捷开发流程、不同团队的联合开发以及共享的代码库

l  持续不断的集成迭代以及前期的虚拟集成方法的使用

数字化以及网联化将导致顾客预期的改变，例如远程的功能更新；新的市场参与者，例如特斯拉；以及新的法规需求，例如自动驾驶范畴的法律责任划分。

汽车电子开发将受益于IT和消费类电子产品标准，但是为了满足更严苛的要求必须重塑许多技术。汽车电子将仍然与经典软件系统保持不同。对安全、性能、可用性的需求将对能力和质量提出更高的要求，而这点在消费电子领域不是必须的。智能化以及IT和消费电子领域方法和技术的使用将带来许多机会，同时兼容经典的软件系统。