當前，汽車(chē)電子電氣架構正從分布式走向中央計算，這個(gè)過(guò)程就如同從諸侯割據走向“天下歸一”，由于多重歷史包袱的存在剛開(kāi)始控制權收攏于多個(gè)權力中心，同時(shí)也還存在若干地方政權，但最終將走到中央集權，地方只負責執行統一的政府。伴隨電子架構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、縣級，各級變動(dòng)互不影響，可分層迭代，同時(shí)汽車(chē)的通信架構也進(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(kāi)啟電子電氣架構全面變革，其他車(chē)企也正處架構的快速迭代期，整體看，自主品牌迭代速度較快，多代架構同步開(kāi)發(fā)，此過(guò)程伴隨高研發(fā)投入、軟件人才擴張，研發(fā)組織變革、整零關(guān)系重塑等，車(chē)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，電子電氣架構邁向中央計算是必然趨勢，未來(lái)軟件所有權將收歸主機廠(chǎng)，車(chē)企利潤池也將大幅拓寬。
1 中央集中式EEA是軟件定義汽車(chē)的前提
汽車(chē)電子電氣架構（EEA）把汽車(chē)中的各類(lèi)傳感器、電控單元、線(xiàn)束拓撲和電子電氣分配系統整合在一起完成運算、動(dòng)力和能量的分配，進(jìn)而實(shí)現整車(chē)的各項功能。如果將汽車(chē)比作人體，汽車(chē)的機械結構相當于人的骨骼，動(dòng)力、轉向相當于人的四肢，電子電氣架構則相當于人的神經(jīng)系統和大腦，是汽車(chē)實(shí)現信息交互和復雜操作的關(guān)鍵。電子電氣架構涵蓋了車(chē)上計算和控制系統的軟硬件、傳感器、通信網(wǎng)絡(luò )、電氣分配系統等；它通過(guò)特定的邏輯和規范將各個(gè)子系統有序結合起來(lái)，構成實(shí)現復雜功能的有機整體。功能車(chē)時(shí)代，汽車(chē)一旦出廠(chǎng)，用戶(hù)體驗就基本固化；智能車(chē)時(shí)代，汽車(chē)常用常新，千人千面，電子電氣架構向集中化演進(jìn)是這一轉變的前提。從分布式到域控制再到集中式，隨著(zhù)芯片和通信技術(shù)的發(fā)展，電子電氣架構正在發(fā)生巨大的變化。
1.1 分布式電子電氣架構不堪重負
汽車(chē)誕生之初是個(gè)純機械產(chǎn)品，車(chē)上沒(méi)有蓄電池，車(chē)上的設備亦不需要電力，1927年博世開(kāi)發(fā)出鉛蓄電池，從此車(chē)上的電子設備才有了可靠的電力來(lái)源。大規模集成電路的發(fā)展讓汽車(chē)電子得以快速發(fā)展，發(fā)動(dòng)機定時(shí)點(diǎn)火控制系統、電控燃油噴射系統 、 自動(dòng)變速箱控制系統、牽引力控制系統、電控懸架系統、電控座椅、電控車(chē)窗、儀表、電控空調、汽車(chē)電子穩定控制系統等，逐步成為了汽車(chē)不可或缺的組成部分。汽車(chē)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。早期分布式的電子電氣架構下，每個(gè)ECU通常只負責控制一個(gè)單一的功能單元， 彼此獨立，分別控制著(zhù)發(fā)動(dòng)機、剎車(chē)、車(chē)門(mén)等部件，常見(jiàn)的有發(fā)動(dòng)機控制器（ECM）、傳動(dòng)系統控制器（TCM）、制動(dòng)控制器（BCM）、電池管理系統（BMS）等。各個(gè)ECU之間通過(guò)CAN（控制器域網(wǎng)絡(luò )）總線(xiàn)或者LIN（局部互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )）總線(xiàn)連接在一起，通過(guò)廠(chǎng)商預先定義好的通信協(xié)議交換信息。
隨著(zhù)整車(chē)電子電氣產(chǎn)品應用的增加，ECU的數量從幾十個(gè)快速增加到100多個(gè)，ECU數量越多，對應的總線(xiàn)的線(xiàn)束長(cháng)度必將越長(cháng)，線(xiàn)束重量也相應增加（2007年上市的奧迪Q7和保時(shí)捷卡宴的總線(xiàn)長(cháng)度超6km，總重量超70kg，是全車(chē)重量?jì)H次于發(fā)動(dòng)機的部件），這就導致整車(chē)成本增加、汽車(chē)組裝的自動(dòng)化水平低。
1.2 分布式EEA導致的通信帶寬瓶頸
分布式計算導致了車(chē)內信息孤島、算力浪費、軟硬件耦合深，主機廠(chǎng)嚴重依賴(lài)供應商。傳統汽車(chē)供應鏈中，不同的ECU來(lái)自不同供應商，不同的硬件有不同的嵌入式軟件和底層代碼，整車(chē)軟件實(shí)際上是很多獨立的、不兼容的軟件混合體，導致整個(gè)系統缺乏兼容性和擴展性。車(chē)廠(chǎng)要進(jìn)行任何功能變更都需要和許多不同的供應商去協(xié)商軟硬件協(xié)調開(kāi)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，耗時(shí)長(cháng)，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)現橫跨多個(gè)ECU傳感器的復雜功能，亦無(wú)法通過(guò)OTA來(lái)保持汽車(chē)軟件的持續更新。智能網(wǎng)聯(lián)車(chē)功能越來(lái)越復雜，車(chē)輛傳感器數量增加，由此產(chǎn)生的數據傳輸及處理的實(shí)時(shí)性要求提高，汽車(chē)內部網(wǎng)絡(luò )通信數據量呈指數級增長(cháng)趨勢，傳統的FlexRay、LIN和CAN低速總線(xiàn)已無(wú)法提供高帶寬通信能力，也無(wú)法適應數據傳輸及處理的實(shí)時(shí)性要求。假設車(chē)廠(chǎng)需要修改一個(gè)雨刷總成的功能，由于每一款車(chē)在開(kāi)發(fā)流程中的既定節點(diǎn)上，都要對雨刷總成進(jìn)行定義、標定和驗證，后續修改即相當于二次開(kāi)發(fā)，車(chē)企需要重新和雨刷供應商簽合同，重新做各個(gè)層級的標定和驗證。顯然這樣一種面向硬件的工程化體系和流程，在車(chē)輛越來(lái)越復雜的未來(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準化。雨刷總成是一個(gè)電機驅動(dòng)的機械部件，雨刷所需的傳感器可調用車(chē)輛上搭載的攝像頭或其他傳感器，一旦感應到擋風(fēng)玻璃透明度下降，車(chē)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)現了軟件定義雨刷功能的目的。當各種不同的總成、模塊都標準化以后，就可以通過(guò)中央控制器里的軟件來(lái)實(shí)現更高等級的智能，就像手機上運行的多個(gè)APP，既可大幅縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，也可廣泛采用標準化的零部件，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(kāi)發(fā)和生產(chǎn)一款標準化的雨刷，然后賣(mài)給各家整車(chē)企業(yè)，其價(jià)格會(huì )非常便宜；同時(shí)，標準化硬件的標定和驗證都可適當簡(jiǎn)化，從而進(jìn)一步節省開(kāi)發(fā)時(shí)間和成本。
1.3 汽車(chē)EEA向中央計算邁進(jìn)
汽車(chē)分布式電子電氣架構已不能適應汽車(chē)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?chē)的“大腦”，通過(guò)一套新型的電子電氣架構，形成快速傳遞信息的“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )”和“血管”，以控制和驅動(dòng)所有電子件和傳感器。少量的高性能計算單元替代過(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的單個(gè)傳感器，汽車(chē)功能逐步整合集中，ECU的減負意味著(zhù)把整車(chē)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、算法和應用軟件等幾部分組成的整個(gè)系統的統稱(chēng)）中，如自動(dòng)駕駛、娛樂(lè )、網(wǎng)關(guān)等，在域控制器架構的基礎上，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)一步到中央計算位置域階段。華為判斷到2030年電子電氣架構將演進(jìn)為中央計算平臺區域接入大帶寬車(chē)載通信的計算和通信架構。
2 汽車(chē)EEA的演進(jìn)發(fā)展
汽車(chē)電子電氣架構的升級主要體現在硬件架構、軟件架構、通信架構三方面：硬件架構從分布式向域控制/中央集中式方向發(fā)展、軟件架構從軟硬件高度耦合向分層解耦方向發(fā)展、通信架構由LIN/CAN總線(xiàn)向以太網(wǎng)方向發(fā)展。
2.1 汽車(chē)EEA演進(jìn)路線(xiàn)圖
博世給出的電子電氣架構路線(xiàn)圖分為六個(gè)階段，已成行業(yè)共識：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(chē)載電腦、車(chē)云計算）。模塊化階段：一個(gè) ECU 負責特定的功能，比如車(chē)上的燈光對應有一個(gè)控制器，門(mén)對應有一個(gè)控制器，無(wú)鑰匙系統對應有一個(gè)控制器。隨著(zhù)汽車(chē)功能增多這種架構日益復雜無(wú)法持續。
集成化階段：單個(gè) ECU 負責多個(gè)功能， ECU數量較上一階段減少。在這兩個(gè)階段，汽車(chē)電子電氣架構仍處于分布式階段，ECU功能集成度較低。
功能域控階段：功能域即根據功能劃分的域控制器，最常見(jiàn)的是如博世劃分的五個(gè)功能域（動(dòng)力域、底盤(pán)域、車(chē)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據，算力需求逐步增長(cháng)。動(dòng)力總成域、底盤(pán)域、車(chē)身域主要涉及控制指令計算及通訊資源，算力要求較低。
跨域融合階段：在功能域基礎上，為進(jìn)一步降低成本和增強協(xié)同，出現了跨域融合，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(pán)域、車(chē)身域合并為整車(chē)控制域，從而將五個(gè)功能域（自動(dòng)駕駛域、動(dòng)力域、底盤(pán)域、座艙域、車(chē)身域）過(guò)渡到三個(gè)功能域（自動(dòng)駕駛域、智能座艙域、車(chē)控域）。
中央計算位置域階段：隨著(zhù)功能域的深度融合，功能域逐步升級為更加通用的計算平臺，從功能域跨入位置域（如中域、左域、右域）。區域控制器平臺（Zonal Control Unit ZCU）是整車(chē)計算系統中某個(gè)局部的感知、數據處理、控制與執行單元。它負責連接車(chē)上某一個(gè)區域內的傳感器、執行器以及ECU等，并負責該位置域內的傳感器數據的初步計算和處理，還負責本區域內的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議轉換。位置域實(shí)現就近布置線(xiàn)束，降低成本，減少通信接口，更易于實(shí)現線(xiàn)束的自動(dòng)化組裝從而提高效率。傳感器、執行器等就近接入到附近的區域控制器中，能更好實(shí)現硬件擴展，區域控制器的結構管理更容易。區域接入中央計算保證了整車(chē)架構的穩定性和功能的擴展性，新增的外部部件可以基于區域網(wǎng)關(guān)接入，硬件的可插拔設計支持算力不斷提升，充足的算力支持應用軟件在中央計算平臺迭代升級。在一項針對某家整車(chē)制造商的研究中，安波福發(fā)現，使用區域控制器可以整合9個(gè)ECU，并少用數百根單獨電線(xiàn)，從而使車(chē)輛的重量減少了8.5千克。減重有助于節能，并延長(cháng)電動(dòng)汽車(chē)的續駛里程。此外，由于區域控制器將車(chē)輛的基本電氣結構劃分為更易于管理的組成部分，更容易實(shí)現自動(dòng)化線(xiàn)束組裝。
汽車(chē)云計算階段：將汽車(chē)部分功能轉移至云端，車(chē)內架構進(jìn)一步簡(jiǎn)化。車(chē)的各種傳感器和執行器可被軟件定義和控制，汽車(chē)的零部件逐步變成標準件，徹底實(shí)現軟件定義汽車(chē)功能。
2.2 汽車(chē)EEA各階段特點(diǎn)
汽車(chē)電子電氣架構的演進(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帶來(lái)計算集中化、軟硬件解耦、平臺標準化、功能定制化。（1）算力趨向于集中，眾多的ECU集中到幾個(gè)強大的算力平臺，為軟件運行提供了算力基礎；
（2）底層軟件和代碼開(kāi)始打通，操作系統為核心的軟件生態(tài)開(kāi)始建立，軟件可以實(shí)現持續迭代，OTA發(fā)展提速；
（3）域控制器+時(shí)間敏感以太網(wǎng)可以實(shí)現數據的高速處理和傳輸，為軟件應用的發(fā)展創(chuàng )造了條件。
來(lái)源：汽車(chē)電子學(xué)堂
