智能重卡电子电气架构发展趋势

2023-07-27 14:39

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前言


目前随着智能汽车的发展,电子电气架构EEA被广泛关注,但是大家的讨论点大多是在乘用车领域,关注的是传统乘用车大厂以及互联网新势力最新的电子电气架构布局,鲜有讨论商用车电子电气架构的,本文我们就一起来讨论和思考下智能网联背景下的智能重卡电子电气架构发展趋势。



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重卡市场发展趋势


在讨论电子电气架构的发展趋势之前,我们先讨论下重卡3.0时代的市场趋势,这里源引罗兰贝格对全球重卡市场的分析:


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2.1智能网联快速发展


智能网联带动商用车产品链向“软硬结合”与“产服融合”方向发展,重卡主机厂应拥抱智能化、整合行业资源以及稳固价值链地位,主机厂应扩展产业价值链,从车辆制造企业向运力服务提供上转变,提前布局车联网和自动驾驶技术。


2.2 新能源加速渗透


在市政用车及中途物流场景,纯电动及换电重卡增长明显,但是在长途物流场景,受限与纯电的电池自重及续驶里程,燃料电池重卡优势显著,凭借其绿色环保无无污染、续驶里程能够超过传统油车等特点,在重卡公路运输环节的应用前景可期。


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2.3 重卡高端化


随着国家排放标准、安全标准愈加严格,以及运营市场考虑车辆全生命周期成本(TCO),商用车整车电子电气系统将进行技术升级,从而满足更严格的安全法规、提升燃油经济性、降低司机压力、降低运营成本。


2.4 用户结构演变


重卡用户将有散户向平台客户、车队转变,从而需求更长营运时间及更高周转效率。集中式客户愈加关注产品的TCO,愈发关注产品购买时的一体化销售解决方案,重点关注TCO(整体拥有成本)除购置成本外,重点关注燃油经济性、配件与服务费用、质量可靠性(影响出勤率)、车辆残值等因素。


2.5 需求个性化与定制化


新生代重卡消费群体的处出现及细分市场产品的定制化趋势,要求主机厂更加关注用户的个性化需求。表现在车辆产品层面的需求包括内饰的舒适性、驾驶舒适性、安全可靠性、外观时尚度、车辆数字化、丰富的车载娱乐,优好的人机交互等。



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前商用车的电子电气架构


目前市面上的轻卡、重卡整车的网络拓扑大部分如下图,ECU的数量多的在20个左右,整车的网络也比较简单,通常就两个CAN网段,部分车型甚至没有中央网关,由VCU承担网关的功能。车辆的智能化功能、娱乐功能基本没有,除了BCM可以实现基本的车身控制功能(灯光、雨刮、门锁、遥控钥匙等)以及收音机/MP5等功能外,智能化、网联化配置大多数车型是不搭载的。



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新一代智能重卡的电子电气架构


上面所述目前市面上大多数商用车的架构无法满足重卡3.0时代对产品高端化、智能化、个性化、定制化、数字化、安全可靠以及高效率等特性需求。重卡也将迎来新一轮的行业变革,目前在传统的头部商用车OEM以及新势力OEM都相继推出了其新一代电子电气架构。


4.1 MAN商用车的新EEA架构


德国曼恩的集中式电子电气架构,其计划是将整车所有上层控制策略集成在CVM(Central Vehicle Manager),包括底盘控制、动力控制、车身控制、L2驾驶服务功能等,类似于大众的ICAS1平台,并通过引入标准化的/0模块,如果车辆新增功能,仅需安装附加的I/O模块以及相关的执行器和ECU,其核心理念还是软硬解耦,将整车控制策略集成在中央计算平台,软件与硬件分离,硬件标准化,实现硬件即插即用的思想。


MAN新EEA架构的特点:
  • 标准化I/O模块:带来车辆功能和系统的良好可扩展性;
  • 平台的开放性:中央计算单元CVM的软件架构开放性,使其能将第三方的软件集成在车辆中;
  • 车辆的安全性:按照ISO 26262开发;
  • 引入Ethernet、IT资源:CVM与TBM以太网连接,可以MAN云平台连接,从而为用户提供更多MAN数字服务;


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和上述新的EEA架构相匹配的是全新的组织架构,MAN采用了集中组织架构,一个部分负责零件的开发,包括电气系统/硬件集成在内的整个硬件平台,另一个部门负责功能/软件的开发,以及将应用程序集成在硬件平台,为了保持双重控制的原则,测试和项目管理是单独的,在组织内部采用分层架构。


上面MAN新一代的EEA架构是一个商用车行业非常先进的架构了,其将整车各域功能策略上移到中央计算平台CVM,对于CVM的软件开发提出了严峻的挑战,特别是软件架构,Middleware的开发将是巨大的工作量。同时对整个供应链也会产生变革的影响,需要传统的零部件供应商(EBS、EHPS、ECAS、VCU、ECM)能够愿意开放自身的软件,愿意将部分软件白盒释放给OEM,同时对OEM自身的软件开发、集成能力要求较高。目前国内商用车行业OEM自身软件开发能力普遍较弱,相对于乘用车企业有较大差距,我觉得在实际实施的时候,应该是先搭建类似CVM的中央计算硬件平台,然后根据供应链情况及自身能力、资源投入等情况逐步收拢下面控制器中的上层逻辑。


4.2   赢彻科技星云架构


赢彻科技是专注于干线物流场景高阶自动驾驶的自动驾驶技术和运营公司,其第一代架构主要是基于成熟车型(如东风商用车重卡)的分布式架构,进行线控改制并加装具备自动驾驶功能的域控制器的局部域控架构,其第二代星云架构,物理形态已靠近中央计算+区域控制器的架构形态,力图解决商用车电子电气架构“安全、实时性、带宽瓶颈以及成本”等方便的痛点,其主要特点有如下几个方面:
  • 硬件架构升级:功能域控制器(自动驾驶域控制器&智能网联域控制器)与位置域控制器(车身域控制器)并存,可减少整车线束。
  • 软件架构升级:采购SOA架构理念,使软硬件解耦分层,软件架构的实时操作系统的可移植性,以及采集数据信息多功能应用性。
  • 通信架构升级:首次在商用车引入千兆以太网,提升总线带宽,应对智能驾驶、以及网联数据的大流量。
  • 迭代体验升级:通过软硬解耦以及接口标准化,缩短开发周期,使产品升级迭代更高效。


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同时为了保证L3级别人机共驾车辆平稳运行的安全保障,其线控底盘采用全冗余设计:


  • 制动系统采用主制动EBS+冗余制动rEBS+冗余制动ETB(Electronic Trailer Brake)方案。系统有三套独立控制模块组成,每个系统有独立的电子控制单元、供电电源,EBS和rEBS具备独立的轮速传感器。每个系统能够完全独立工作。当主制动EBS失效时,冗余制动rEBS在20ms内自主完成制动系统的接管和实现车辆控制,当主制动EBS和冗余制动rEBS均失效时,接收ADCU仲裁指令后,冗余制动ETB可以实现对挂车进行制动控制来保证车辆行驶安全。


  • 线控转向采取冗余和液压失效检测设计,采用主转向EHPS(Electronic Hydraulic Power Steering)+冗余转向CEPS(Column Electronic Power Steering)方案,系统有两个独立的电子转向系统串联组成,当主转向EHPS失效时,冗余转向CEPS接受CEPS接受自动驾驶控制器ADCU的仲裁指令和控制指令接管和控制车辆。当车辆通过液压传感器发出指令或主转向EHPS检测到液压失效时,接受ADCU的仲裁指令后,冗余CEPS会控制HPS安全接管和控制车辆。


  • 供电电源冗余设计,车辆供电系统采用主电源和冗余电源的设计,并采用冗余电源控制器SES(Smart Emergency Switch)进行管理,当车辆主电源失效时,冗余电源控制器将在1ms内将两侧回路切断,车辆由冗余电源进行供电来保证车辆供电系统的安全。


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总结


总体来看商用车电子电气架构的迭代基本和乘用车的路线大致一直,但是商用车作为生产工具其相对于乘用车的使用场景多样,产品品类较多,车型的配置变化更多,因此对架构的可扩展性、灵活性的需求更强烈。同时商用车作为生产工具对于座舱智能化、便捷性及舒适性的需求并不像乘用车那么急切,更多关注车辆可靠性,动力经济性、运营效率、使用成本等因素。


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随着目前智能化重卡的研发,商用车电子电气架构与乘用车的代际差距逐渐缩小,并紧随其后。商用车目前国内头部OEM正在研发的架构如下图所示为中央服务网关+域控架构,同时融合区域的概念,在车身域分为驾舱区域控制器及底盘区域控制器,逐渐实施智能配电的方案,缩短整车线束。