電氣化正在大力擴展汽車運動功能的范圍。每一個新功能都相當于更多的軟件。這反映在更集中的E/E架構的趨勢上，即采用更少但更強大的控制器。在硬軟件共同開發的過程中，Vitesco技術公司正在為未來的“軟件定義汽車”開發可擴展的“運動主控制器（Master Controller Motion）”平臺。 ?

在純內燃機驅動的車輛中，一個典型的發動機控制系統包括大約80個功能，它們分布在大約200萬行代碼中。隨著電氣化的發展，功能范圍大大擴展。

因此，軟件的份額在不斷增加，到目前為止，電子控制單元（ECU）的數量也在增加。功能相當單一的發動機與動力驅動領域變成了更為全面的“車輛運動（Vehicle Motion）”領域。其包括從充電到電池管理、電機控制、動力回收、熱管理、能量分配和預測性節能駕駛，以及通過云連接管理大數據和定期更新駕駛軟件等眾多功能。

到2025年左右，特別是電氣化預計將使運動控制單元的軟件量比傳統的發動機控制增加5倍，達到800萬至1000萬行代碼，如圖1。

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圖1.??隨著電氣化的發展而增加的軟件數量?(來源：Vitesco) ?

到目前為止，各個動力系統的ECU是以獨立ECU的形式被集成到車輛中。電氣化增加了與運動相關的ECU之間互聯的復雜性，因此需要從以前的單獨ECU過渡到一個更加集成的解決方案，這就產生了新的挑戰，如圖2。鑒于未來幾年將逐步過渡到更集中控制架構的車輛數量的不斷增加，將變為以軟件應對復雜性、并降低成本，因此針對新的軟件變革的新硬件將是關鍵。這需要可擴展的平臺，要能夠將今天已有的軟件逐步遷移到新的、更集中的硬件，同時能夠搭載新的功能。

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圖2. 傳統的E/E架構向新的架構演化，變得更加集中，降低了網絡的復雜性（來源：Vitesco）

架構上的挑戰?? ?

Vitesco作為Autosar公司的共同創始人和核心成員，利用其在動力系統方面的軟件專長，進一步改進軟件和硬件。目前正在開發中的“運動主控制器（Master Controller Motion）”與以前的動力總成領域控制器不同。其可以與區域控制器一同使用CP Flexibility的“軟件集群Software Cluster”技術以及完全的微控制器虛擬化技術，如圖3。


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圖3. 可擴展的Master Controller的性能水平可以滿足車輛中的功能?(來源：Vitesco）

?Master Controller能夠在一個硬件上集成越來越多的車輛運動和能量管理領域的功能，并確保動力域的高可用性和最高質量。其主要挑戰包括、將功能從單個ECU移植到Master Controller的Software Cluster中。這方面的一個關鍵是多核微控制器虛擬化。在不影響其他功能的情況下，隨時添加或更新來自不同制造商的個別功能的能力正變得越來越重要。鑒于運動領域的功能越來越多，Vitesco已經與Vector、ETAS和Elektrobit等專業公司建立了伙伴關系。 ?

共同開發的軟件解決方案?? ?

在車輛運動的集中控制單元中，各種功能的組合和共存導致軟件的規模比以前的單個ECU大得多。因此，Master Controller內的整體軟件系統比單個ECU上的各自軟件包要復雜得多。這些包括在Autosar Classic中的控制功能，通常由許多單獨的功能組成。

此外，還引入了基于Autosar Adaptive的Linux等操作系統的面向服務的架構，這對硬件提出了不同的要求。微控制器和微處理器的基礎軟件層在此有很大不同。因此，必須考慮到實現微控制器類似于微處理器層面更快的更新周期，為此已經開發了“軟件集群Software Cluster”和虛擬嵌入式應用veApp技術。 ?

除了技術之外，要想成功還需要一個軟件系統架構師和軟件集成商，將各個軟件組件組合成一個獨立的、穩定的整體系統，與各個系統相比，具有強大的動態功能行為。Autosar包括許多標準的軟件定義，但到目前為止還不是ECU完整功能所必需的一切。

因此，一個僅由Autosar標準組件組成的軟件系統是不能單獨執行的。仍然需要定制的、特定領域的軟件，最重要的是，需要系統能力。一個系統的許多單獨的組件最終必須被整合成一個有效的整體，作為為每輛車量身定做的配置。 為了在“軟件集群Software Cluster”概念的意義上分離單個設備的基本單個功能，并將其重新分配到中央ECU上，需要對時間行為進行仔細分析。

一個基于邏輯執行時間（LET）的動態參考架構，在全系統范圍內，使這成為可能。然后，分離和重新劃分的功能可以被整合到為它們量身定做的參考架構的時間片中。LET保證了時間關鍵的事件鏈的確定性數據行為。所有這些都可以用Autosar手段來描述，從而實現了按計劃映射模型功能。? 在更集中的架構背景下，開發者網絡將以伙伴關系的方式共同工作。ECU被重新劃分，考慮到今天的車輛規模，將以成本優化的方式逐漸合并成中央控制單元。

最重要的是，新的軟件技術是這方面的先決條件。Vitesco正在通過新的框架veApp為跨公司和跨領域的合作創造最新的機會。這個框架封裝了以前各個ECU的軟件域，并允許單獨的應用程序動態對接到Master Controller Motion架構內的接口。這方面的基礎是在多核架構方面的豐富經驗，以及“軟件集群Software Cluster”概念。

具有分離技術的框架還確保了一個確定的、動態的架構，在這個架構中，一個功能的新版本可以被安裝而不影響其他功能的時間行為。與具有更廣泛操作系統的Autosar Adaptive架構相比，veApp框架通過所有功能或應用程序的共同子結構，為實時性更強的Autosar Classic形成相應的靈活性。這為內存需求在兆這個級別的功能提供了靈活和更精簡的集成技術，而Autosar Adaptive應用在千兆的范圍內。?

硬件解決方案的共同開發?? ?

考慮到逐漸過渡到更集中的架構和各自動力系統拓撲結構的多樣性，Master Controller硬件被設計成一個可擴展的模塊化系統，以滿足不同的要求，如圖4。這種新硬件的前身是域控制器。隨著區域架構的引入，它們原先分布的硬件和功能將被大規模擴展。Master Controller Motion是管理車輛運動的?"大腦"，與新的軟件技術相結合，在整合平臺的意義上實現了前所未有的靈活性。以前孤立的系統可以被整合，并在各組織間獨立優化，如圖5。



圖5?帶有主控制器和區域控制器的集中式結構?( Vitesco Technologies GmbH (專屬權利))

Master Controller的命令通過即所謂的區域控制器在現場執行。與Master Controller相比，區域控制器的重點是控制大量的輸入和輸出，網關功能和電源或配電，包括電子保險絲。區域控制器的計算能力也是可擴展的，為各種傳感器和執行器服務。Master Controller和區域控制器的互補相互作用大大簡化了E/E結構，并減少了車輛中ECU的數量。

這里使用的大量硬件技術，例如關于熱和機械的實現，來自于多年來在發動機控制單元的專業知識。電子方面的可擴展解決方案空間是平臺架構的一部分，并為未來在功能安全和特別是系統可用性方面的擴展要求提供所有選項。這涵蓋了廣泛的應用，直到自動駕駛汽車，為新的車輛功能提供了穩定的基礎，同時最大限度地降低了實施成本。 ?

總結與展望?? ?

Master Controller Motion中更高的集成度有助于在軟件中掌控以前ECU網絡的復雜性。該平臺的可擴展性使得不同品牌和不同動力系統拓撲結構的車型可以逐步轉移到新的E/E架構中。?

隨著Master Controller Motion在未來車輛運動領域更集中的E/E架構中，有一套技術可以應對電氣化車輛中大量增加的功能。它采用了硬體和軟件的新技術。通過“軟件集群（Software Cluster）”、veApp框架或兩者的結合，使許多功能在中央ECU中的應用共存成為可能。

通過這種方式，個別功能可以被更新，而不必重新生成和發布整個系統。由于來自不同來源和類型的許多軟件模塊的高度復雜性，對于一個有效的整體解決方案來說，Master Controller中整個系統的能力來自各個來源的密切協調是至關重要的。新的軟件技術使其更容易在新的合作框架內將來自不同來源的各個功能和算法組合起來。

作為一個全面的車輛運動的多功能?"大腦"，通用的Master Controller將在更集中的架構中與更多的車輛專用區域控制器一起工作。這些控制器，通過其本地的輸入和輸出，確保運動指令的安全執行。? ?




審核編輯：劉清

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