深度解析汽車電子電氣架構(gòu)

智能駕駛、智能座艙是消費者能感知到的體驗，背后需要強(qiáng)大的傳感器、芯片，更需要先進(jìn)的電子電氣架構(gòu)的支持，電子電氣架構(gòu)決定了智能化功能發(fā)揮的上限 。如果沒有先進(jìn)的電子電氣架構(gòu)做支撐，再多表面智能功能的搭載也無法支持車輛的持續(xù)更新和持續(xù)領(lǐng)先，更無法帶來車輛成本降低和生產(chǎn)研發(fā)的高效。

當(dāng)前汽車電子電氣架構(gòu)正從分布式走向中央計算，這個過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)收攏于多個權(quán)力中心，同是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)一的政令 。伴隨電子架構(gòu)集成化的還有軟件分層解耦，如同一個政府組織有中央政府、省級、縣級， 各級變動互不影響，可分層迭代， 同時汽車的通信架構(gòu)也進(jìn)行升級，如同修建覆蓋全國的高速公路網(wǎng) 。

特斯拉于Model 3 開啟電子電氣架構(gòu)全面變革，其它車企也正處架構(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，車企從過去的硬件集成者到軟件集成者。硬件集成者，將軟件從過去供應(yīng)商的黑盒中提取出來收歸融合于自身的過程是全新和曲折的，通過幾輪迭代，電子電氣架構(gòu)邁向中央計算是必然趨勢，未來軟件所有權(quán)將收歸主機(jī)廠，車企利潤池也將大幅拓寬。

一、 中央集中式電子電氣架構(gòu)是軟件定義汽車的前提

汽車電子電氣架構(gòu)（ EEA Electrical/Electronic Architecture ）把汽車中的各類傳感器、ECU（電子控制單元）、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、動力和能量的分配，進(jìn)而實現(xiàn)整車的各項功能。

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；它通過特定的邏輯和規(guī)范將各個子系統(tǒng)有序結(jié)合起來，構(gòu)成實現(xiàn)復(fù)雜功能的有機(jī)整體。功能車時代，汽車一 旦出廠 ，用戶體驗就基本固化；智能車時代，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)

汽車誕生之初是個純機(jī)械產(chǎn)品，車上沒有蓄電池，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)動機(jī)定時點火控制系統(tǒng)、電控燃油噴射系統(tǒng) 、 自動變速箱控制系統(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，為消費者提供了更高性能、更舒適、更安全的出行工具。

汽車電子發(fā)展歷程

早期分布式的電子電氣架構(gòu)下，每個 ECU 通常只負(fù)責(zé)控制一個單一的功能單元， 彼此獨立，分別控制著發(fā)動機(jī)、剎車、車門等部件，常見的有發(fā)動機(jī)控制器（ ECM ）、傳動系統(tǒng)控制器（ TCM ）、制動控制器 （ BCM ）、電池管理系統(tǒng)（ BMS ）等。各個 ECU 之間通過 CAN（ Controller Area Network ，控制器域網(wǎng)絡(luò)）總線或者 LIN（ Local Interconnect Network ，局部互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)）總線連接在一起，通過廠商預(yù)先定義好的通信協(xié)議交換信息。

汽車電子的應(yīng)用分類

隨著整車電子電氣產(chǎn)品應(yīng)用的增加，ECU的數(shù)量從幾十個快速增加到 100 多個 ECU 數(shù)量越多， 對應(yīng)的總線的線束長度必將越長 ，線束重量也相應(yīng)增加（ 2007 年上市的奧迪 Q7 和保時捷卡宴的總線長度超6km ，總重量超 70kg ，是全車重量僅次于發(fā)動機(jī)的部件），這就導(dǎo)致整車成本增加、汽車組裝的自動化水平低。

分布式計算導(dǎo)致了車內(nèi)信息孤島、算力浪費、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，整車軟件實際上是很多獨立的、不兼容的軟件混合體， 導(dǎo)致整個系統(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)問題，每新增一個新功能都需要增加一套 ECU 和通信系統(tǒng)，耗時長，流程繁瑣。且由于每個 ECU 綁定一個具體功能無法實現(xiàn)橫跨多個 ECU 傳感器的復(fù)雜功能， 亦無法通過 OTA（ Over the Air ）來保持汽車軟件的持續(xù)更新。

分布式電子電氣架構(gòu)導(dǎo)致通信帶寬瓶頸。

智能網(wǎng)聯(lián)車功能越來越復(fù)雜，車輛傳感器數(shù)量增加，由此產(chǎn)生的數(shù)據(jù)傳輸及處理的實時性要求提高，汽車內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)量呈指數(shù)級增長趨勢， 傳統(tǒng)的 FlexRay 、 LIN 和 CAN 低速總線已無法提供高帶寬通信能力 ，也無法適應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸及處理的實時性要求。

汽車分布式架構(gòu)面臨的問題和瓶頸

我們用一 個具體的例子來說明分布式電子電氣架構(gòu)下的弊端：

假設(shè)車廠需要修改一個雨刷總成的功能，由于每一款車在開發(fā)流程中的既定節(jié)點上，都要對雨刷總成進(jìn)行定義、標(biāo)定和驗證，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，重新做各個層級的標(biāo)定和驗證。顯然這樣一種面向硬件的工程化體系和流程，在車輛越來越復(fù)雜的未來，是無法支撐產(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。雨刷總成是一個電機(jī)驅(qū)動的機(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，車輛即可通過軟件控制讓雨刷自動啟動合適的工作模式，這就實現(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，就可以通過中央控制器里的軟件來實現(xiàn)更高等級的智能，就像手機(jī)上運(yùn)行的多個 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)，其價格會非常便宜；同時，標(biāo)準(zhǔn)化硬件的標(biāo)定和驗證都可適當(dāng)簡化，從而進(jìn)一步節(jié)省開發(fā)時間和成本。

1.2 汽車電子電氣架構(gòu)向中央計算邁進(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?；谏倭扛咝阅芴幚砥鞔蛟炱嚨?/FONT>“ 大腦”，通過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)動所有電子件和傳感器。