電子電氣架構(gòu)是什么？分布式架構(gòu)為何成為歷史

幾年前你買(mǎi)車(chē)的時(shí)候，銷(xiāo)售經(jīng)理總是關(guān)注車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤(pán)、變速箱，以及動(dòng)力、操控、空的動(dòng)靜態(tài)體驗(yàn)。但現(xiàn)在買(mǎi)車(chē)這個(gè)話題中關(guān)于輔助駕駛和智能座艙的頁(yè)面越來(lái)越多，智能化成為了汽車(chē)最受關(guān)注的產(chǎn)品力。汽車(chē)的智能很大程度上取決于它的大腦和神經(jīng)系統(tǒng)——汽車(chē)的電子和電氣結(jié)構(gòu)。

在電子電氣建筑領(lǐng)域，一場(chǎng)轟轟烈烈的改革正在進(jìn)行，其中中國(guó)品牌追趕世界潮流的戲碼在本屆廣州車(chē)展上進(jìn)入高潮。今天我們來(lái)談?wù)勲娮与姎饨ㄖ陌l(fā)展史，說(shuō)明它是什么，它能給我們帶來(lái)什么，中國(guó)品牌展現(xiàn)了怎樣的“王者爆炸”。

●什么是電子電氣架構(gòu)？

從英文原詞——architecture，對(duì)應(yīng)“architecture”一詞來(lái)看，是由“architect”+“與行為有關(guān)的東西”的詞根組成的，原本是指建筑和建筑。我們可以用蓋房子的類(lèi)比來(lái)解釋電子電氣建筑從設(shè)計(jì)到在你車(chē)上應(yīng)用的全過(guò)程。

下一步是由構(gòu)件工程師根據(jù)這些具體要求設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)相應(yīng)的構(gòu)件，類(lèi)似于施工隊(duì)最終落地設(shè)計(jì)圖紙的過(guò)程。只有完美的設(shè)計(jì)和良好的施工技術(shù)，房子的質(zhì)量才能得到保證。體現(xiàn)在汽車(chē)上，一個(gè)好的電子電氣架構(gòu)，不僅僅是打造一輛反應(yīng)靈敏、駕駛輔助可靠的好車(chē)，更要在制造汽車(chē)的成本和汽車(chē)的性能之間找到平衡點(diǎn)，讓汽車(chē)具備良好的OTA升級(jí)潛力，從而進(jìn)一步滿足用戶(hù)日益增長(zhǎng)的功能需求。

●過(guò)去“機(jī)器定義汽車(chē)”的思想催生了分布式架構(gòu)。

無(wú)論是真實(shí)的產(chǎn)品，還是大多數(shù)人思維中的形象，汽車(chē)都是由四個(gè)輪子和一個(gè)沙發(fā)組成的交通工具。決定產(chǎn)品強(qiáng)度的是鐵殼和殼內(nèi)的各種機(jī)器。在“機(jī)械定義汽車(chē)”的思維下，發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤(pán)、變速箱仍然是汽車(chē)的“C位”，電子電氣設(shè)備只能“玩和輔助”幫助機(jī)器完成工作，甚至在很多人眼里，它們相當(dāng)于收音機(jī)、地圖導(dǎo)航等娛樂(lè)功能。

這種分布式架構(gòu)具有“直接”的優(yōu)勢(shì)。比如需要安裝一套藍(lán)牙功能，連接一套可以和總線上其他ECU通訊的藍(lán)牙控制模塊。整個(gè)過(guò)程非常簡(jiǎn)單粗暴，就是不斷添加。但由于每個(gè)ECU的功能相對(duì)獨(dú)立，單個(gè)ECU的故障對(duì)整車(chē)功能影響不大。

到了2010年，奧迪A8（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）上的ECU數(shù)量已經(jīng)超過(guò)100個(gè)，使得整個(gè)結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜。不同的ECU往往由不同的供應(yīng)商提供，甚至單個(gè)ECU中的多個(gè)軟件由不同的二級(jí)供應(yīng)商提供，很難實(shí)現(xiàn)ECU之間的協(xié)同。功耗浪費(fèi)、功能冗余、功耗增加、OTA管理困難是不可避免的，這顯然不符合我們之前對(duì)好架構(gòu)的定義。

到2021年，一輛車(chē)平均60個(gè)ECU左右，代碼量近1億行，電子系統(tǒng)占整車(chē)成本的46%。需要通過(guò)ECU實(shí)現(xiàn)的功能越來(lái)越多，比如智能座艙、自動(dòng)駕駛等。你不得不承認(rèn)，汽車(chē)已經(jīng)從那個(gè)精致的機(jī)械變成了電子產(chǎn)品。復(fù)雜的分布式電子電氣架構(gòu)不僅在成本上給整車(chē)帶來(lái)巨大壓力，而且在智能功能的計(jì)算能力和傳輸速度上也超過(guò)了現(xiàn)有分布式電子電氣架構(gòu)所能承受的上限。

例如，為了讓自動(dòng)駕駛覆蓋更多場(chǎng)景，需要將攝像頭、毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)采集的信息與自身專(zhuān)業(yè)知識(shí)融合，提高車(chē)輛的感知能力。然而，這對(duì)數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性和傳輸速度提出了很高的要求。計(jì)算能力較弱的分布式ECU+和1Mbps 速度的CAN總線顯然無(wú)法完成這樣的任務(wù)。

可以說(shuō)，正是以自動(dòng)駕駛和智能座艙為代表的智能功能的出現(xiàn)，決定了電子電氣架構(gòu)變革的必然性，分布式電子電氣架構(gòu)被歷史所涉及，取而代之的是以域控制和車(chē)載以太網(wǎng)為特征的集中式電子電氣架構(gòu)。圍繞電子電氣建筑技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)正在如火如荼地進(jìn)行。

●現(xiàn)在——集中式的電子電氣架構(gòu)已經(jīng)成為主流。

消失的電子控制單元

在功能和成本需求的驅(qū)動(dòng)下，汽車(chē)企業(yè)和供應(yīng)商紛紛升級(jí)電子電氣架構(gòu)。雖然每個(gè)方案的細(xì)節(jié)不同，但總的基調(diào)是一樣的:減少ECU數(shù)量，集中計(jì)算能力，簡(jiǎn)化整體架構(gòu)，提高通信網(wǎng)絡(luò)傳輸速度，從而形成集中的電子電氣架構(gòu)。其中，最直觀的變化是獨(dú)立ECU相繼消失，取而代之的是功能更加集中、計(jì)算能力更強(qiáng)的域控制器。

當(dāng)我們擁有傳輸速度更快、計(jì)算能力更快、更集中的集中式電子電氣架構(gòu)時(shí)，高級(jí)自動(dòng)駕駛的大門(mén)就會(huì)向我們敞開(kāi)。攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、GPS、輪速傳感器的數(shù)據(jù)不再相互獨(dú)立，而是通過(guò)車(chē)載以太網(wǎng)傳輸回同一個(gè)“大腦”，可以區(qū)分車(chē)輛所處的位置和環(huán)境，大大提高了車(chē)輛在極端環(huán)境下對(duì)周?chē)闆r的感知能力。

域控制的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是硬件和軟件的解耦，使得傳感器可以被域控制器靈活調(diào)用，完成不同的功能，而不需要依靠固定的ECU，甚至可以像計(jì)算機(jī)顯卡一樣實(shí)現(xiàn)硬件的“熱插拔”，實(shí)現(xiàn)即插即用的快速升級(jí)。但集成度越高，軟硬件解耦越徹底，對(duì)車(chē)企的代碼集成能力要求就越嚴(yán)格。畢竟不是每個(gè)人都能瞬間從一個(gè)熱衷于玩機(jī)械的“猛人”變成“代碼狂人”。這場(chǎng)電子電氣架構(gòu)革命的領(lǐng)導(dǎo)者是特斯拉，他最擅長(zhǎng)編寫(xiě)汽車(chē)行業(yè)的代碼。

與以往的功能域相比，這種根據(jù)車(chē)身物理位置劃分域的架構(gòu)大大簡(jiǎn)化了機(jī)械布置的難度和線束的長(zhǎng)度，不再需要從后向前的總線，傳感器和執(zhí)行器可以就近連接到附近的域控制器，這也將Model 3（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）的線束長(zhǎng)度縮短到了1.5km。

而像豐田的Central & Zone架構(gòu)、Amber泉智能汽車(chē)架構(gòu)、BMW中央計(jì)算平臺(tái)，這些電子電氣架構(gòu)要么需要5年左右才能量產(chǎn)，要么還處于基于功能域的集成階段。

中國(guó)品牌迎頭趕上！誰(shuí)會(huì)拿到智能汽車(chē)的話語(yǔ)權(quán)？

○中國(guó)品牌展示“王炸”

國(guó)內(nèi)車(chē)企逐漸意識(shí)到，沒(méi)有好的電子電氣架構(gòu)，就沒(méi)有優(yōu)秀的智能功能。比亞迪今年發(fā)布量產(chǎn)的智能域控制架構(gòu)和長(zhǎng)城汽車(chē)正在使用的GEEP 3電子電氣架構(gòu)，都是基于功能域的域集中架構(gòu)。在廣州車(chē)展上亮相的廣汽精神和小鵬X-EEA 3.0的電子電氣建筑，打破了功能域的局限，以中央超算+區(qū)域控制的理念，進(jìn)一步走近未來(lái)的中央建筑風(fēng)格?！败浖肋h(yuǎn)是新的，硬件是即插即用的”，已經(jīng)在電腦和手機(jī)上實(shí)現(xiàn)的，也將隨著電子電氣架構(gòu)的升級(jí)而應(yīng)用到汽車(chē)上。

考慮到功能、位置、重要性等因素，車(chē)內(nèi)分為前后左右四個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域都有自己的區(qū)域控制器。區(qū)域控制器主要集成網(wǎng)關(guān)、配電和機(jī)電控制功能，周邊傳感器和執(zhí)行器就近接入，再通過(guò)骨干網(wǎng)與遠(yuǎn)程中央計(jì)算平臺(tái)傳輸數(shù)據(jù)，而邏輯控制部分則集中在中央計(jì)算機(jī)完成。

在傳輸速度上，廣汽精靈架構(gòu)的骨干網(wǎng)不再采用分布式架構(gòu)中的1Mbps CAN總線，而是采用車(chē)載以太網(wǎng)，傳輸速度可達(dá)100Mbps甚至1Gbps，同時(shí)還能滿足汽車(chē)行業(yè)對(duì)高可靠性、低電磁輻射、低功耗、帶寬分配、低時(shí)延、實(shí)時(shí)同步的要求，相當(dāng)于將一條鄉(xiāng)村土路直接改造成高速鐵路。

至于靈思電子電氣架構(gòu)的量產(chǎn)計(jì)劃，量產(chǎn)時(shí)間定在2023年，廣汽Ean所有新車(chē)型都將基于靈思架構(gòu)打造。此外，廣汽傳祺旗下車(chē)型還將搭載Spirit電子電氣架構(gòu)。

除了比Spirit架構(gòu)集成度更高之外，上述以千兆以太網(wǎng)為骨干的通信架構(gòu)、接口標(biāo)準(zhǔn)化的軟硬件等設(shè)計(jì)也應(yīng)用于X-EEA 3.0電子電氣架構(gòu)。全新的電子電氣架構(gòu)不僅將幫助小鵬G9（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）成為首款搭載小鵬XPILOT 4.0智能駕駛輔助系統(tǒng)的量產(chǎn)車(chē)，還將新增一些特色鮮明的功能，如無(wú)影響OTA、自診斷功能、基于場(chǎng)景的精準(zhǔn)配電等。

X-EEA 3.0擁有更完整的自診斷功能，能夠在車(chē)輛出現(xiàn)故障時(shí)更準(zhǔn)確地定位問(wèn)題，以更直觀的方式指導(dǎo)用戶(hù)預(yù)約和準(zhǔn)備維修。同時(shí)，在動(dòng)力分配和使用方面，可以根據(jù)用戶(hù)的用車(chē)場(chǎng)景來(lái)分配車(chē)輛，大大降低了車(chē)輛在睡眠、喚醒和待機(jī)狀態(tài)下的功耗。比如在路邊等人時(shí)，G9只為空調(diào)節(jié)、座椅調(diào)節(jié)、音樂(lè)等功能供電，充分發(fā)揮每千瓦時(shí)的效率。

●未來(lái)——智能汽車(chē)時(shí)代誰(shuí)將獲得話語(yǔ)權(quán)？

從分布式架構(gòu)到領(lǐng)域集中式架構(gòu)再到集中式架構(gòu)，計(jì)算能力越來(lái)越集中、通信速度越來(lái)越快的電子電氣架構(gòu)的演進(jìn)趨勢(shì)已經(jīng)成為行業(yè)共識(shí)。華為預(yù)計(jì)，到2030年，中央計(jì)算平臺(tái)+區(qū)域控制+寬帶車(chē)載通信的電子電氣架構(gòu)將成為主流。

通信網(wǎng)絡(luò)上，將普及車(chē)載以太網(wǎng)，預(yù)計(jì)2030年傳輸速度將超過(guò)100Gbps。光通信技術(shù)在解決了車(chē)輛法規(guī)問(wèn)題后，由于其具有帶寬大、重量輕、對(duì)電磁干擾不敏感、成本低等優(yōu)點(diǎn)，也將廣泛應(yīng)用于車(chē)輛領(lǐng)域。

隨著電子電氣架構(gòu)的發(fā)展，傳統(tǒng)的汽車(chē)供應(yīng)商體系將首先受到?jīng)_擊。分布式ECU集成到域控制器后，產(chǎn)品研發(fā)的門(mén)檻會(huì)提高，軟件開(kāi)發(fā)能力弱、產(chǎn)品功能單一的供應(yīng)商可能會(huì)被那些具有系統(tǒng)集成能力的大廠商踢出局。

但對(duì)于特斯拉、國(guó)內(nèi)造車(chē)新勢(shì)力等玩家來(lái)說(shuō)，由于沒(méi)有太多的歷史包袱和系統(tǒng)負(fù)擔(dān)，只要他們?cè)敢庠谧匝械牡缆飞吓Γ惺降碾娮与姎饧軜?gòu)之路會(huì)更容易一些。那些堅(jiān)持全棧自研路線，能完全控制代碼和硬件的車(chē)企，在打通軟硬件的過(guò)程中會(huì)領(lǐng)先一半。比如在ECU開(kāi)發(fā)方面積累了大量經(jīng)驗(yàn)的比亞迪，在智能座艙和自動(dòng)駕駛控制器的研發(fā)方面取得了很大的成就。

可以預(yù)見(jiàn)，未來(lái)的智能汽車(chē)將越來(lái)越像一臺(tái)移動(dòng)電腦，發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤(pán)、變速箱或電機(jī)、電池等基礎(chǔ)硬件將像貨架上你選擇的任何內(nèi)存、顯卡、硬盤(pán)，而下一個(gè)大家關(guān)注的焦點(diǎn)將是基于中央電子電氣架構(gòu)的中央處理器和汽車(chē)操作系統(tǒng)。無(wú)論是汽車(chē)行業(yè)的老玩家，還是進(jìn)入汽車(chē)領(lǐng)域的互聯(lián)網(wǎng)巨頭，都?jí)粝氤蔀橹悄芷?chē)領(lǐng)域的英特爾+Windows或ARM+安卓。

編輯摘要:

當(dāng)我們回顧特斯拉誕生空的時(shí)候，“硅谷鋼鐵俠”馬斯克為特斯拉在汽車(chē)電子電氣架構(gòu)領(lǐng)域創(chuàng)造了一個(gè)看似不可撼動(dòng)的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，在全球開(kāi)啟了一個(gè)全新的時(shí)代。但當(dāng)時(shí)間線回到這一刻，我們可以看到，中國(guó)品牌在電子電氣架構(gòu)上的追趕越來(lái)越強(qiáng)勁，以及背后在智能汽車(chē)時(shí)代話語(yǔ)權(quán)的爭(zhēng)奪。目前架構(gòu)的改革還沒(méi)有完成，玩家之間的對(duì)抗才剛剛開(kāi)始。最終晉級(jí)名單中會(huì)有華為、小鵬、廣汽、比亞迪的名字嗎？