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車輛電子電氣架構的發展趨勢
  • 發布年度:2021
  • 主要類別:車輛產業調查與分析
  • 次要類別:電子報
  • 車輛中心 產業發展處 吳耿賢

    車輛的電子電氣架構(Electronical/Electric Architecture, EEA)是指車上的電子電氣零組件相互間所構成的拓樸架構和線束連接,使得車輛的功能得以實現,相當於車輛的大腦和神經系統。這是車廠在依照車輛功能和市場需求來做車輛平台開發時,所需構思的第一步。

    為何需要電子電氣架構
    在智慧化車輛的發展趨勢下,車上將會有越來越多的ECU(Electronic Control Unit, 電子控制單元),目前一輛普通乘用車的ECU使用數量就超過100個。針對車內各種ECU之間的通訊與控制,就需通過區域互聯網路(LIN)、控制區域網路(CAN)、多媒體導向傳輸系統(MOST)與FlexRay等車用匯流排來連接。美國汽車工程師協會(SAE)則將車用匯流排以通訊速度分為四類,如表1所示。

    表1、車用匯流排分類資料來源:SAE,車輛中心整理

    車輛的開發需要考慮使用者的操作性、功能需求、整備及維護的難易度和成本等。因此,在感測器、致動器、ECU、線束和操作系統軟硬體所構成的拓樸架構,就需要依靠電子電氣架構來解決電子系統的通訊傳輸和線束連接問題,從而實現車輛的功能與需求(圖1)。

    圖1、電子電氣架構工作流程及內容
    資料來源:BOSCH,車輛中心整理

    電子電氣架構的演進
    車輛的電子電氣架構主要體現在硬體架構、軟體架構和通訊架構等三方面。傳統車輛主要是以硬體架構為主導,採用一個系統搭配一個ECU,再輔以軟體及通訊所組成的分散式電子電氣架構。這樣的優點是工作單純,穩定可靠。但是,這些ECU來自於不同的系統供應商,車廠無法對全部的ECU進行整合,也無法對ECU內的軟體進行維護與更新。隨著車輛朝向C.A.S.E.(聯網化、自駕化、共享化和電動化)的發展,這樣的分散式架構,暴露其運算速度、功能擴展性和整合性等不佳的缺點,使得智慧化車輛的發展受限。
    特斯拉(TESLA)於2017年推出Model 3車型,率先使用集中式電子電氣架構,以「域」(Domain)的概念,把上百個ECU整合成3~5個高運算力的DCU (Domain Control Unit, 域控制單元),並通過作業系統(OS)軟體來做功能協調、數據運算、動力控制和能量分配等,更可透過空中下載技術(Over-The-Air technology, OTA)讓車輛下載更新軟體來修正系統的錯誤及增加新功能,降低了通訊的佈線成本並讓維修更加方便。目前這樣的電子電氣架構已成為主流,傳統車廠和系統廠都以這樣的架構來開發車輛平台(表2)。

    表2、各家廠商對於域的功能規劃資料來源:網路新聞,車輛中心整理

    從博世集團所提出的電子電氣架構路徑圖(圖2)來看,電子電氣架構的發展是從分散式架構→(跨)域集中架構→車輛集中架構三個階段來演進。目前電動車的發展正處於(跨)域集中的域集中∕域融合時期跟車輛集中的車輛融合時期,不久將會邁向車載─雲端運算(車載資訊與雲端數據作動態的通訊及運算)時期。

    圖2、電子電氣架構路徑圖
    資料來源:BOSCH,車輛中心整理

    小結
    1.車輛電子電氣架構將往車輛集中,網路互聯的方向發展。
    2.原來硬體建構車輛的方式,逐漸變成為軟體定義車輛,重構了車輛產業的生態。
    3.隨著車載─雲端運算的導入,乙太網路將成為第五類的通訊方式,來解決車輛資料傳輸頻寬需求提高和通訊方式改變的問題。

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