當(dāng)前，汽車電子電氣架構(gòu)正從分布式走向中央計(jì)算，這個(gè)過(guò)程就如同從諸侯割據(jù)走向“天下歸一”，由于多重歷史包袱的存在剛開始控制權(quán)收攏于多個(gè)權(quán)力中心，同時(shí)也還存在若干地方政權(quán)，但最終將走到中央集權(quán)，地方只負(fù)責(zé)執(zhí)行統(tǒng)一的政府。伴隨電子架構(gòu)集成化的還有軟件分層解耦，如同一個(gè)政府組織有中央政府、省級(jí)、縣級(jí)，各級(jí)變動(dòng)互不影響，可分層迭代，同時(shí)汽車的通信架構(gòu)也進(jìn)行升級(jí)，如同修建覆蓋全國(guó)的高速公路網(wǎng)。
特斯拉于Model 3開啟電子電氣架構(gòu)全面變革，其他車企也正處架構(gòu)的快速迭代期，整體看，自主品牌迭代速度較快，多代架構(gòu)同步開發(fā)，此過(guò)程伴隨高研發(fā)投入、軟件人才擴(kuò)張，研發(fā)組織變革、整零關(guān)系重塑等，車企從過(guò)去的硬件集成者到軟件集成者。硬件集成者，將軟件從過(guò)去供應(yīng)商的黑盒中提取出來(lái)收歸融合于自身的過(guò)程是全新和曲折的，通過(guò)幾輪迭代，電子電氣架構(gòu)邁向中央計(jì)算是必然趨勢(shì)，未來(lái)軟件所有權(quán)將收歸主機(jī)廠，車企利潤(rùn)池也將大幅拓寬。
1 中央集中式EEA是軟件定義汽車的前提
汽車電子電氣架構(gòu)（EEA）把汽車中的各類傳感器、電控單元、線束拓?fù)浜碗娮与姎夥峙湎到y(tǒng)整合在一起完成運(yùn)算、動(dòng)力和能量的分配，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整車的各項(xiàng)功能。如果將汽車比作人體，汽車的機(jī)械結(jié)構(gòu)相當(dāng)于人的骨骼，動(dòng)力、轉(zhuǎn)向相當(dāng)于人的四肢，電子電氣架構(gòu)則相當(dāng)于人的神經(jīng)系統(tǒng)和大腦，是汽車實(shí)現(xiàn)信息交互和復(fù)雜操作的關(guān)鍵。電子電氣架構(gòu)涵蓋了車上計(jì)算和控制系統(tǒng)的軟硬件、傳感器、通信網(wǎng)絡(luò)、電氣分配系統(tǒng)等；它通過(guò)特定的邏輯和規(guī)范將各個(gè)子系統(tǒng)有序結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成實(shí)現(xiàn)復(fù)雜功能的有機(jī)整體。功能車時(shí)代，汽車一旦出廠，用戶體驗(yàn)就基本固化；智能車時(shí)代，汽車常用常新，千人千面，電子電氣架構(gòu)向集中化演進(jìn)是這一轉(zhuǎn)變的前提。從分布式到域控制再到集中式，隨著芯片和通信技術(shù)的發(fā)展，電子電氣架構(gòu)正在發(fā)生巨大的變化。
1.1 分布式電子電氣架構(gòu)不堪重負(fù)
汽車誕生之初是個(gè)純機(jī)械產(chǎn)品，車上沒(méi)有蓄電池，車上的設(shè)備亦不需要電力，1927年博世開發(fā)出鉛蓄電池，從此車上的電子設(shè)備才有了可靠的電力來(lái)源。大規(guī)模集成電路的發(fā)展讓汽車電子得以快速發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)定時(shí)點(diǎn)火控制系統(tǒng)、電控燃油噴射系統(tǒng) 、 自動(dòng)變速箱控制系統(tǒng)、牽引力控制系統(tǒng)、電控懸架系統(tǒng)、電控座椅、電控車窗、儀表、電控空調(diào)、汽車電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)等，逐步成為了汽車不可或缺的組成部分。汽車電子控制技術(shù)逐步發(fā)展壯大，為消費(fèi)者提供了更高性能、更舒適、更安全的出行工具。早期分布式的電子電氣架構(gòu)下，每個(gè)ECU通常只負(fù)責(zé)控制一個(gè)單一的功能單元， 彼此獨(dú)立，分別控制著發(fā)動(dòng)機(jī)、剎車、車門等部件，常見的有發(fā)動(dòng)機(jī)控制器（ECM）、傳動(dòng)系統(tǒng)控制器（TCM）、制動(dòng)控制器（BCM）、電池管理系統(tǒng)（BMS）等。各個(gè)ECU之間通過(guò)CAN（控制器域網(wǎng)絡(luò)）總線或者LIN（局部互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)）總線連接在一起，通過(guò)廠商預(yù)先定義好的通信協(xié)議交換信息。
隨著整車電子電氣產(chǎn)品應(yīng)用的增加，ECU的數(shù)量從幾十個(gè)快速增加到100多個(gè)，ECU數(shù)量越多，對(duì)應(yīng)的總線的線束長(zhǎng)度必將越長(zhǎng)，線束重量也相應(yīng)增加（2007年上市的奧迪Q7和保時(shí)捷卡宴的總線長(zhǎng)度超6km，總重量超70kg，是全車重量?jī)H次于發(fā)動(dòng)機(jī)的部件），這就導(dǎo)致整車成本增加、汽車組裝的自動(dòng)化水平低。
1.2 分布式EEA導(dǎo)致的通信帶寬瓶頸
分布式計(jì)算導(dǎo)致了車內(nèi)信息孤島、算力浪費(fèi)、軟硬件耦合深，主機(jī)廠嚴(yán)重依賴供應(yīng)商。傳統(tǒng)汽車供應(yīng)鏈中，不同的ECU來(lái)自不同供應(yīng)商，不同的硬件有不同的嵌入式軟件和底層代碼，整車軟件實(shí)際上是很多獨(dú)立的、不兼容的軟件混合體，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)缺乏兼容性和擴(kuò)展性。車廠要進(jìn)行任何功能變更都需要和許多不同的供應(yīng)商去協(xié)商軟硬件協(xié)調(diào)開發(fā)問(wèn)題，每新增一個(gè)新功能都需要增加一套ECU和通信系統(tǒng)，耗時(shí)長(zhǎng)，流程繁瑣。且由于每個(gè)ECU綁定一個(gè)具體功能無(wú)法實(shí)現(xiàn)橫跨多個(gè)ECU傳感器的復(fù)雜功能，亦無(wú)法通過(guò)OTA來(lái)保持汽車軟件的持續(xù)更新。智能網(wǎng)聯(lián)車功能越來(lái)越復(fù)雜，車輛傳感器數(shù)量增加，由此產(chǎn)生的數(shù)據(jù)傳輸及處理的實(shí)時(shí)性要求提高，汽車內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)量呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)趨勢(shì)，傳統(tǒng)的FlexRay、LIN和CAN低速總線已無(wú)法提供高帶寬通信能力，也無(wú)法適應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸及處理的實(shí)時(shí)性要求。假設(shè)車廠需要修改一個(gè)雨刷總成的功能，由于每一款車在開發(fā)流程中的既定節(jié)點(diǎn)上，都要對(duì)雨刷總成進(jìn)行定義、標(biāo)定和驗(yàn)證，后續(xù)修改即相當(dāng)于二次開發(fā)，車企需要重新和雨刷供應(yīng)商簽合同，重新做各個(gè)層級(jí)的標(biāo)定和驗(yàn)證。顯然這樣一種面向硬件的工程化體系和流程，在車輛越來(lái)越復(fù)雜的未來(lái)，是無(wú)法支撐產(chǎn)品的快速迭代進(jìn)化的。
解決之道就是把硬件標(biāo)準(zhǔn)化。雨刷總成是一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械部件，雨刷所需的傳感器可調(diào)用車輛上搭載的攝像頭或其他傳感器，一旦感應(yīng)到擋風(fēng)玻璃透明度下降，車輛即可通過(guò)軟件控制讓雨刷自動(dòng)啟動(dòng)合適的工作模式，這就實(shí)現(xiàn)了軟件定義雨刷功能的目的。當(dāng)各種不同的總成、模塊都標(biāo)準(zhǔn)化以后，就可以通過(guò)中央控制器里的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)更高等級(jí)的智能，就像手機(jī)上運(yùn)行的多個(gè)APP，既可大幅縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，也可廣泛采用標(biāo)準(zhǔn)化的零部件，有助于企業(yè)控制成本和質(zhì)量。比如一家零部件企業(yè)開發(fā)和生產(chǎn)一款標(biāo)準(zhǔn)化的雨刷，然后賣給各家整車企業(yè)，其價(jià)格會(huì)非常便宜；同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)化硬件的標(biāo)定和驗(yàn)證都可適當(dāng)簡(jiǎn)化，從而進(jìn)一步節(jié)省開發(fā)時(shí)間和成本。
1.3 汽車EEA向中央計(jì)算邁進(jìn)
汽車分布式電子電氣架構(gòu)已不能適應(yīng)汽車智能化的進(jìn)一步進(jìn)化。高度集成是解決之道。基于少量高性能處理器打造汽車的“大腦”，通過(guò)一套新型的電子電氣架構(gòu)，形成快速傳遞信息的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”和“血管”，以控制和驅(qū)動(dòng)所有電子件和傳感器。少量的高性能計(jì)算單元替代過(guò)去大量分布式MCU（微控制單元），多個(gè)分散的小傳感器集成為功能更強(qiáng)的單個(gè)傳感器，汽車功能逐步整合集中，ECU的減負(fù)意味著把整車原先搭載的幾十上百個(gè)ECU逐一進(jìn)行軟硬件剝離，再把功能主要通過(guò)軟件遷移到域控制器（域控制器是指域主控硬件、操作系統(tǒng)、算法和應(yīng)用軟件等幾部分組成的整個(gè)系統(tǒng)的統(tǒng)稱）中，如自動(dòng)駕駛、娛樂(lè)、網(wǎng)關(guān)等，在域控制器架構(gòu)的基礎(chǔ)上，更進(jìn)一步把不同功能的域進(jìn)行整合，就到了跨域融合階段，再進(jìn)一步到中央計(jì)算位置域階段。華為判斷到2030年電子電氣架構(gòu)將演進(jìn)為中央計(jì)算平臺(tái)區(qū)域接入大帶寬車載通信的計(jì)算和通信架構(gòu)。
2 汽車EEA的演進(jìn)發(fā)展
汽車電子電氣架構(gòu)的升級(jí)主要體現(xiàn)在硬件架構(gòu)、軟件架構(gòu)、通信架構(gòu)三方面：硬件架構(gòu)從分布式向域控制/中央集中式方向發(fā)展、軟件架構(gòu)從軟硬件高度耦合向分層解耦方向發(fā)展、通信架構(gòu)由LIN/CAN總線向以太網(wǎng)方向發(fā)展。
2.1 汽車EEA演進(jìn)路線圖
博世給出的電子電氣架構(gòu)路線圖分為六個(gè)階段，已成行業(yè)共識(shí)：分布式階段（包括模塊化、集成化）、域集中式（包括集中化、域融合）、中央集中式（包括車載電腦、車云計(jì)算）。模塊化階段：一個(gè) ECU 負(fù)責(zé)特定的功能，比如車上的燈光對(duì)應(yīng)有一個(gè)控制器，門對(duì)應(yīng)有一個(gè)控制器，無(wú)鑰匙系統(tǒng)對(duì)應(yīng)有一個(gè)控制器。隨著汽車功能增多這種架構(gòu)日益復(fù)雜無(wú)法持續(xù)。
集成化階段：單個(gè) ECU 負(fù)責(zé)多個(gè)功能， ECU數(shù)量較上一階段減少。在這兩個(gè)階段，汽車電子電氣架構(gòu)仍處于分布式階段，ECU功能集成度較低。
功能域控階段：功能域即根據(jù)功能劃分的域控制器，最常見的是如博世劃分的五個(gè)功能域（動(dòng)力域、底盤域、車身域、座艙域、自動(dòng)駕駛域）。域控制器間通過(guò)以太網(wǎng)和CANFD（CAN with Flexible Data Rate）相連，其中座艙域和自動(dòng)駕駛域由于要處理大量數(shù)據(jù)，算力需求逐步增長(zhǎng)。動(dòng)力總成域、底盤域、車身域主要涉及控制指令計(jì)算及通訊資源，算力要求較低。
跨域融合階段：在功能域基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步降低成本和增強(qiáng)協(xié)同，出現(xiàn)了跨域融合，即將多個(gè)域融合到一起，由跨域控制單元進(jìn)行控制。比如將動(dòng)力域、底盤域、車身域合并為整車控制域，從而將五個(gè)功能域（自動(dòng)駕駛域、動(dòng)力域、底盤域、座艙域、車身域）過(guò)渡到三個(gè)功能域（自動(dòng)駕駛域、智能座艙域、車控域）。
中央計(jì)算位置域階段：隨著功能域的深度融合，功能域逐步升級(jí)為更加通用的計(jì)算平臺(tái)，從功能域跨入位置域（如中域、左域、右域）。區(qū)域控制器平臺(tái)（Zonal Control Unit ZCU）是整車計(jì)算系統(tǒng)中某個(gè)局部的感知、數(shù)據(jù)處理、控制與執(zhí)行單元。它負(fù)責(zé)連接車上某一個(gè)區(qū)域內(nèi)的傳感器、執(zhí)行器以及ECU等，并負(fù)責(zé)該位置域內(nèi)的傳感器數(shù)據(jù)的初步計(jì)算和處理，還負(fù)責(zé)本區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換。位置域?qū)崿F(xiàn)就近布置線束，降低成本，減少通信接口，更易于實(shí)現(xiàn)線束的自動(dòng)化組裝從而提高效率。傳感器、執(zhí)行器等就近接入到附近的區(qū)域控制器中，能更好實(shí)現(xiàn)硬件擴(kuò)展，區(qū)域控制器的結(jié)構(gòu)管理更容易。區(qū)域接入中央計(jì)算保證了整車架構(gòu)的穩(wěn)定性和功能的擴(kuò)展性，新增的外部部件可以基于區(qū)域網(wǎng)關(guān)接入，硬件的可插拔設(shè)計(jì)支持算力不斷提升，充足的算力支持應(yīng)用軟件在中央計(jì)算平臺(tái)迭代升級(jí)。在一項(xiàng)針對(duì)某家整車制造商的研究中，安波福發(fā)現(xiàn)，使用區(qū)域控制器可以整合9個(gè)ECU，并少用數(shù)百根單獨(dú)電線，從而使車輛的重量減少了8.5千克。減重有助于節(jié)能，并延長(zhǎng)電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程。此外，由于區(qū)域控制器將車輛的基本電氣結(jié)構(gòu)劃分為更易于管理的組成部分，更容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化線束組裝。
汽車云計(jì)算階段：將汽車部分功能轉(zhuǎn)移至云端，車內(nèi)架構(gòu)進(jìn)一步簡(jiǎn)化。車的各種傳感器和執(zhí)行器可被軟件定義和控制，汽車的零部件逐步變成標(biāo)準(zhǔn)件，徹底實(shí)現(xiàn)軟件定義汽車功能。
2.2 汽車EEA各階段特點(diǎn)
汽車電子電氣架構(gòu)的演進(jìn)為軟硬件解耦提供了有力支撐，高度中心化的電子電氣架構(gòu)帶來(lái)計(jì)算集中化、軟硬件解耦、平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化、功能定制化。（1）算力趨向于集中，眾多的ECU集中到幾個(gè)強(qiáng)大的算力平臺(tái)，為軟件運(yùn)行提供了算力基礎(chǔ)；
（2）底層軟件和代碼開始打通，操作系統(tǒng)為核心的軟件生態(tài)開始建立，軟件可以實(shí)現(xiàn)持續(xù)迭代，OTA發(fā)展提速；
（3）域控制器+時(shí)間敏感以太網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速處理和傳輸，為軟件應(yīng)用的發(fā)展創(chuàng)造了條件。
來(lái)源：汽車電子學(xué)堂
