【芯觀點】汽車從“功能機”演變?yōu)椤爸悄軝C”，電子電氣架構“進化”成關鍵

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報道，“軟件定義汽車趨勢之下，如今的智能電動汽車需要強大的計算能力并提供更多感知等方面的功能，傳統(tǒng)的汽車架構的更新?lián)Q代已經(jīng)迫在眉睫?！痹诮盏陌膊ǜ＃ㄇ吧頌椤暗聽柛！保?021上海車展的媒體交流會上，安波福亞太區(qū)總裁楊曉明對此指出。

而十多年前，正是安波福公司的前身德爾福率先提出了汽車架構的概念EEA，即電子電氣架構。但隨著汽車內(nèi)的電子元器件越來越多，汽車電子系統(tǒng)的復雜度隨之逐步累進，造成整個電子電氣構架松散，各單元、模塊由線束鏈接，即分布式構架。

如今在汽車邁向智能化、電氣化、網(wǎng)聯(lián)化的進程中，傳統(tǒng)分布式的汽車架構也近乎接近其架構極限，面對未來的無人駕駛、車聯(lián)網(wǎng)等需求將力不從心。在從“功能機”向“智能機”升級之路上，汽車電子電氣的更新?lián)Q代成為需要突破的關鍵因素。

傳統(tǒng)汽車分布式架構淪為沉重的“負擔”

為何更換？根本原因是汽車產(chǎn)品這一屬性在不斷改變。汽車電子電氣架構是隨著汽車從機械式的硬件產(chǎn)品向機電一體、軟硬結合產(chǎn)品的轉變而演變。

其實，20 世紀50 年代的汽車幾乎沒有電子設備，以1957年的雪佛蘭Bel Air為例，其內(nèi)部結構十分簡約幾乎沒有電子元件。

汽車上最早出現(xiàn)的電子控制單元（ECU）的作用僅僅在于實現(xiàn)對發(fā)動機功能的控制，車輛各功能由不同的單一ECU控制，這就是最初的分布式架構。

20世紀90年代開始，為了豐富汽車的電子功能，整車廠曾大張旗鼓地往車上搭載各種ECU元件。據(jù)悉，從1993年到2010年，奧迪A8車型上使用的ECU數(shù)量從5個驟增至上百個。

但ECU數(shù)量不斷增加，也成為各大整車廠一大沉重的負擔：不同ECU來自不同供應商，車廠后期維護升級困難且繁瑣；同時，各ECU都是獨立的通信渠道，電源和數(shù)據(jù)分配的布線方案難度增加；此外，各個ECU的運算能力不一，都需要自己的冗余設計，這大幅提高了車廠的成本。

這些缺陷是傳統(tǒng)分布式電子電氣架構無法解決的問題，整車廠不能坐以待斃了，亟需一個全新的電子電氣架構來尋求突破。

區(qū)域控制器“化繁為簡”

在這場變革中，傳統(tǒng)的ECU供應商可能最先感受到時代氣息的驟變。德爾福（先安波福）、博世等引入了“功能域”的概念，來統(tǒng)一搭建整車電子電氣架構，這也意味著逐漸向集中式電子電器架構演變。顧名思義，功能域就是按照功能來進行劃分，即所謂的車身與便利系統(tǒng)、娛樂系統(tǒng)、底盤與安全系統(tǒng)、動力系統(tǒng)以及輔助駕駛系統(tǒng)。

博世的電子電氣架構技術戰(zhàn)略圖

圖片來源：網(wǎng)絡

在這個過程中，區(qū)域控制器（ DCU）不可或缺。

如果說分布式電子電氣架構是ECU增多，那么DCU就是給ECU“減負”，化繁為簡。

在車輛中，區(qū)域控制器作為節(jié)點，可以協(xié)調(diào)域下的各個ECU，同時擔負域內(nèi)主要的運算職責，這樣就可以大大降低每個ECU需要擔負的運算能力，也就是在一定程度上打通了分布式架構中每個ECU各自為政的“孤島”局面，可以支持更多智能的、復雜的功能。

DCU看似功能簡單，但其對簡化汽車架構，進一步提升汽車性能卻是至關重要的一步，以2017年奧迪A8 投產(chǎn)時搭載的全球首個L3自動駕駛域控制器zFAS為例。

奧迪將奧迪A8所有駕駛輔助系統(tǒng)相互分離的ECU全部放棄，轉而將相關數(shù)據(jù)全部集中到中央駕駛輔助控制單元（zFAS）。zFAS集成了四大厲害的功能，其中，平臺處理器是英偉達 Tegra K1，用于360°視覺數(shù)據(jù)的融合處理，對于監(jiān)視員的狀態(tài)進行監(jiān)控； Mobileye的EyeQ3負責圖像處理，特別是前視處理的部分；Altera Cyclone用于感知數(shù)據(jù)的融合處理，和處理超聲波傳感器，通過這個芯片實現(xiàn)內(nèi)部的通信；英飛凌Aurix Tricore用于整個模塊的運行安全操作，協(xié)調(diào)整體的工作，對外進行通信。

zFAS在當時代表了傳統(tǒng)車企前沿甚至最高的水平，并開啟了行業(yè)的變革，驅(qū)動行業(yè)進入集成式的電子電氣架構時代。

特斯拉加快迭變速度

特斯拉更是以全方位的創(chuàng)新，加快了汽車行業(yè)電子電氣架構的迭代速度。特斯拉采取了集中式的電子電氣架構，通過自主研發(fā)底層操作系統(tǒng)，并使用中央處理器對不同的域處理器和ECU進行統(tǒng)一管理。這種架構與智能手機和PC非常相似。

特斯拉Model 3的電子電氣架構只有三大域：中央計算模塊（CCM）、左車身控制模塊（BCM LH）和 右車身控制模塊（BCM RH）。其中CCM將IVI（信息娛樂系統(tǒng)）、ADAS/Autopilot（輔助駕駛系統(tǒng)）和車內(nèi)外通信3部分整合為一體，CCM 上運行著X86 Linux 系統(tǒng)。BCM LH 和 BCM RH 則負責車身與便利系統(tǒng)、底盤與安全系統(tǒng)以及動力系統(tǒng)的功能。

當然，特斯拉一直特立獨行，在集中式架構路上也屬于遙遙領先。

那么，行業(yè)玩家普遍處在什么水平呢？

大眾的MEB平臺做了三大控制器：車輛控制域（ICAS1）、智能駕駛域（ICAS2）和智能座艙域（ICAS3），但車輛的分布式模塊還比較多。而更加傳統(tǒng)的車企的電子電氣架構集成度更低一些，進化也緩慢一些，分為自動駕駛域、動力域、底盤域、座艙域和車身域五大域。

國內(nèi)車企都在朝著集中式的電子電氣架構演化。例如，2019年，通用汽車推出了新一代電子電氣架構Global B；2020年，隨著小鵬 P7量產(chǎn)，其與英偉達、德賽西威三方合作開發(fā)的自動駕駛域控制器IPU 03也已投入量產(chǎn)；奇瑞、領克也發(fā)布了各種的域集中式架構；理想汽車也表示，將在2022年推出搭載基于英偉達Orin芯片的自動駕駛域控制器。

座艙域控制器快速落地

零部件供應商也在這股潮流中積極轉型，很多聚焦于智能座艙域控制器，這也是目前量產(chǎn)較為成熟的領域。傳統(tǒng)座艙域是由多個分布式的電子控制單元（ECU）組成，也難以并支持多屏互動、多模交互等復雜座艙功能，也由此催生出座艙域控制器這一集中式的計算平臺。

業(yè)界首款可量產(chǎn)座艙域控制器，要追溯至偉世通在2016年亮相發(fā)布的SmartCoreTM平臺。2019年，廣汽Aion LX的上市意味著偉世通集成3個座艙域的SmartCoreTM域控制器正式量產(chǎn)。SmartCoreTM使用了高通全新的驍龍芯片，滿足了新一代座艙電子系統(tǒng)所需的強大的算力和AI能力，并基于強大的CPU和GPU，可支持多達6~8個顯示屏，助力智能語音交互，增強現(xiàn)實和圖像處理，為實現(xiàn)智能電子座艙提供了硬件平臺支持。

圖片來源：佛吉亞

去年，佛吉亞搭載在紅旗H9，以及哈曼搭載于北汽ARCFOX αT的座艙域控制器也完成量產(chǎn)上市。佛吉亞為紅旗H9打造了集成多個系統(tǒng)、基于虛擬化方案的座艙域控制器，通過一體化的車載信息娛樂系統(tǒng)，驅(qū)動儀表組、中控等前排系統(tǒng)，同時實現(xiàn)前排與后排系統(tǒng)間的信息交互與融合，還依托特別研發(fā)的一套算法，座艙域控制器能夠協(xié)調(diào)多個不同的系統(tǒng)，無縫整合一系列座艙服務和功能，同時大大降低了座艙控制的復雜程度。

圖片來源：哈曼

大勢所趨，自主零部件供應商也投身于研發(fā)大潮中，如德賽西威、華為、華陽等都推出了自己的智能座艙域控制器。未來的方向聚焦于開發(fā)具備更高性能、更高集成度和擴展性的座艙域控制器，甚至是算力要求更多的自動駕駛域控制器，以更好地滿足整車廠的多樣化開發(fā)需求。

重塑汽車供應鏈體系

展望未來，智能網(wǎng)聯(lián)、自動駕駛要求更高的算力和更多傳感器件，算力也會向中央集中，向云端集中，汽車電子電氣架構的演進也正朝著集成式，甚至服務器式這一方向前行。

同樣，電子電氣架構在未來面臨的顛覆性趨勢不可小覷，這些趨勢將重塑汽車供應鏈?？梢钥闯觯娮与姎饧軜嬌壍暮诵募夹g涉及芯片/計算平臺、操作系統(tǒng)、軟件架構、以太網(wǎng)、5G、云計算等。而且，這些核心技術對于汽車變得愈發(fā)重要，其地位不亞于甚至有望超越發(fā)動機、變速器、底盤傳統(tǒng)三大件，新技術公司的入局使供應鏈的邊界逐漸模糊，汽車產(chǎn)業(yè)原有的核心競爭要素也發(fā)生本質(zhì)變化。

就傳統(tǒng)的汽車供應鏈而言，整車廠在整條供應鏈主要負責汽車研發(fā)制造、結構集成，當然這是以往最為重要的環(huán)節(jié)。而現(xiàn)在智能電動汽車的核心元素發(fā)生了極大轉變，新的三大核心競爭要素為硬件、軟件和服務。未來，軟件將定義汽車的價值和體驗，軟件能力成為車企打造差異化競爭和用戶體驗的關鍵。

其實，“軟件定義汽車”已經(jīng)成為當下產(chǎn)業(yè)鏈頭部企業(yè)的戰(zhàn)略共識，大眾、豐田、上汽等整車企業(yè)都在自建或強化軟件開發(fā)體系，博世、麥格納、大陸、采埃孚等零部件巨頭也在積極加碼。那么，在這一趨勢之下，原有的整零關系將有何變化？

德勤表示，諸多戰(zhàn)略性舉措可能就此催生：車企可以組建行業(yè)聯(lián)盟來實現(xiàn)車輛架構標準化，IT巨頭可以引入車載云平臺，出行方案供應商可以開發(fā)開源車輛堆棧和軟件功能，車企也可引入更加先進的互聯(lián)車輛和自動駕駛車輛。

而供應商領域，未來擁有某一項或多項核心技術優(yōu)勢的玩家，將在此次大變革中引領智能汽車領域，并構建龐大的生態(tài)體系，正如我們看到的今天的華為，作為汽車行業(yè)的供應商，后來居上，而且并正在打破行業(yè)規(guī)則。

至于未來汽車行業(yè)的發(fā)展、技術的發(fā)展與融合實際上是整個市場、生態(tài)演變與選擇的結果，究竟會向哪個模式發(fā)展，時間會給我們答案。

(Jimmy)

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