既不是最強(qiáng)的物種才能生存下來(lái)，也不是最聰明的物種才能生存下來(lái)，而是那些最能適應(yīng)改變的。它們利用有限的、可以獲得的方法，彼此充分合作來(lái)對(duì)抗共同的威脅。

——查爾斯·達(dá)爾文

是什么在驅(qū)動(dòng)著電子電氣架構(gòu)不斷地變化和演進(jìn)？

電子電氣架構(gòu)專家侯旭光先生在《智能汽車：電子電氣架構(gòu)詳解》一書(shū)中，從“終端客戶需求”與“電子技術(shù)發(fā)展”兩個(gè)路線，探討了電子電氣架構(gòu)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)因素，本文摘取書(shū)中片段進(jìn)行分享，希望給大家以啟發(fā)！

1 汽車電子的誕生

1908年，使用干電池供電的汽車揚(yáng)聲器誕生了。1911年，蓄電池的可靠性逐漸達(dá)到了干電池的水平，于是可以循環(huán)使用的蓄電池逐漸普及。同時(shí)，車載發(fā)電機(jī)的性能和可靠性也逐漸提升，從此以后，電燈之類的部件逐漸應(yīng)用在汽車上。1922年，一個(gè)名叫George Frost的18歲青年在自己的福特T型車上安裝了一個(gè)真空管收音機(jī)——這可能是現(xiàn)代電子產(chǎn)品第一次出現(xiàn)在汽車上。幾乎同時(shí)，雪佛蘭開(kāi)始提供售后安裝收音機(jī)的服務(wù)。在1930年，摩托羅拉發(fā)明了第一臺(tái)專門(mén)為汽車設(shè)計(jì)的收音機(jī)，到20世紀(jì)40年代中期，有大約1000萬(wàn)輛汽車配備了收音機(jī)。

汽車最初的電子設(shè)備只局限于單一功能，而且并未與汽車原有的機(jī)械功能產(chǎn)生耦合，也就是說(shuō)車輛上的這些電子設(shè)備與功能都是獨(dú)立于機(jī)械功能存在的，是附加功能。到了20世紀(jì)50年代，出現(xiàn)了第一個(gè)電子與機(jī)械耦合的功能——巡航控制，這也是機(jī)電結(jié)合的系統(tǒng)首次出現(xiàn)在汽車上。圖1所示為巡航控制系統(tǒng)原理圖，它通過(guò)電磁線圈控制液壓的方式來(lái)控制節(jié)氣門(mén)，從而實(shí)現(xiàn)了車速控制。

圖1 早期的巡航控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖

2 ECU的誕生

1978年，通用汽車第一次在汽車上引入了包含軟件的半導(dǎo)體設(shè)備——ECU（Engine Control Unit，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元），徹底改變了傳統(tǒng)的手動(dòng)控制發(fā)動(dòng)機(jī)的方式。ECU通過(guò)對(duì)電磁閥和化油器的控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)噴油和點(diǎn)火的精準(zhǔn)控制，從而大幅提升了發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。

這是微處理器和軟件第一次出現(xiàn)在汽車上，從此汽車電子步入嶄新的紀(jì)元。因?yàn)镋CU這個(gè)詞被使用得過(guò)于廣泛，以至于ECU被重新解釋為電子控制單元（Electronic Control Unit），從而成為汽車上所有包含軟件的控制器的統(tǒng)稱。而原來(lái)的ECU不得不被重新命名為發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊（Engine Control Module，ECM）或發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)（Engine Management System，EMS）。

在1995年，世界上首個(gè)自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)誕生，在圖2中已經(jīng)有3個(gè)被命名為COMPUTER（計(jì)算機(jī)）的裝置。這個(gè)系統(tǒng)可以自主控制車輛的行駛速度，甚至能夠在駕駛員完全不參與的時(shí)候自主剎停車輛保證車輛的安全。

圖2 汽車自適應(yīng)巡航系統(tǒng)專利

3 汽車電子電氣架構(gòu)的誕生

隨著汽車上的電子功能逐漸豐富，控制器的數(shù)量越來(lái)越多，整車的電子電氣系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，系統(tǒng)中各個(gè)部件之間的耦合關(guān)系越來(lái)越復(fù)雜，導(dǎo)致電子電氣系統(tǒng)復(fù)雜度越來(lái)越高。按原有的各系統(tǒng)獨(dú)立開(kāi)發(fā)的方式已經(jīng)無(wú)法解決各子系統(tǒng)之間的復(fù)雜交互所帶來(lái)的質(zhì)量和穩(wěn)定性問(wèn)題。

2000年，梅賽德斯奔馳技術(shù)有限公司面臨全新車型的挑戰(zhàn)：電子電氣系統(tǒng)中的各種ECU、傳感器、執(zhí)行器和線束已經(jīng)讓整車的設(shè)計(jì)變得異常復(fù)雜，導(dǎo)致原來(lái)簡(jiǎn)單集成式的開(kāi)發(fā)方式已經(jīng)無(wú)法保證質(zhì)量、功能與性能的穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)和外部專家團(tuán)隊(duì)多次技術(shù)會(huì)議研討，奔馳最終決定對(duì)某款車在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)前進(jìn)行從全局考慮的整車電子電氣總體設(shè)計(jì)，以期從根本上解決上述挑戰(zhàn)。歷經(jīng)一年的時(shí)間，2001年該款車電子電氣總體設(shè)計(jì)完成，世界首款汽車電子電氣架構(gòu)也隨之誕生。

電子電氣架構(gòu)的誕生解決了整車日益增加的電子電氣系統(tǒng)復(fù)雜性所帶來(lái)的各種問(wèn)題，如系統(tǒng)間的協(xié)同、質(zhì)量、可靠性，以及成本等，從而讓汽車電子電氣系統(tǒng)得以承載更多的功能。特別值得注意的是，在汽車電子電氣系統(tǒng)與電子電氣架構(gòu)發(fā)展的過(guò)程中，不但各種電器部件的數(shù)量在大幅度增加，各種ECU所包含的軟件數(shù)量也在幾何級(jí)迅速增長(zhǎng)。尤其是近年來(lái)智能網(wǎng)聯(lián)化趨勢(shì)逐漸明朗后，在某些高端車中，整車ECU中的總代碼行數(shù)已經(jīng)超過(guò)兩億行。這導(dǎo)致軟件的開(kāi)發(fā)成本正在顯著上升，隨之而來(lái)的軟件缺陷也大幅增加。給電子電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)——如何應(yīng)對(duì)軟件在整車中的增加趨勢(shì)以及快速迭代的趨勢(shì)。

4 汽車電子的6個(gè)發(fā)展階段

回顧歷史并展望未來(lái)，可以將汽車電子化的發(fā)展歷程分為以下6個(gè)階段。

1. 純機(jī)械，始自1890年：車上沒(méi)有任何的電子部件。

2. 孤立電子功能，1910～1949年：揚(yáng)聲器和收音機(jī)等出現(xiàn)在車上。

3. 機(jī)電耦合，1950～1979年：機(jī)械與電子之間開(kāi)始結(jié)合。

4. 軟件應(yīng)用1980～2009年：包含嵌入式軟件的ECU開(kāi)始廣泛應(yīng)用。

5. 網(wǎng)聯(lián)時(shí)代2010～2029年：3G移動(dòng)通信技術(shù)應(yīng)用到汽車上，從此車輛與外界環(huán)境可以雙向連接。

6. 自主智能控制，2030年：車載人工智能成為大部分車輛的標(biāo)準(zhǔn)配置，車輛具備大部分場(chǎng)景下的自主控制能力。

以上的發(fā)展歷程可以使用圖3來(lái)表示。

圖3汽車電子的發(fā)展歷程

任何一種技術(shù)都不可能持續(xù)保持高速發(fā)展，在經(jīng)歷一段高速發(fā)展期后，速度逐漸降低是必然趨勢(shì)。然而事物發(fā)展的總體趨勢(shì)一定是滾滾向前的，在一個(gè)技術(shù)發(fā)展到達(dá)瓶頸之后，必然會(huì)有另外一種技術(shù)發(fā)展起來(lái)，從而讓發(fā)展持續(xù)下去。在汽車的機(jī)械技術(shù)已經(jīng)日臻成熟的時(shí)候，各種資源、注意力轉(zhuǎn)移到汽車電子上不是偶然，而是時(shí)代造就的必然。