當前，汽車電子電氣架構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收攏于多個權力中心，同時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(zhí)行統(tǒng)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也進行升級，如同修建覆蓋全國的高速公路網(wǎng)。
特斯拉于Model 3開啟電子電氣架構全面變革，其他車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，多代架構同步開發(fā)，此過程伴隨高研發(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，電子電氣架構邁向中央計算是必然趨勢，未來軟件所有權將收歸主機廠，車企利潤池也將大幅拓寬。
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（EEA）把汽車中的各類傳感器、電控單元、線束拓撲和電子電氣分配系統(tǒng)整合在一起完成運算、動力和能量的分配，進而實現(xiàn)整車的各項功能。如果將汽車比作人體，汽車的機械結構相當于人的骨骼，動力、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(tǒng)和大腦，是汽車實現(xiàn)信息交互和復雜操作的關鍵。電子電氣架構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、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)有序結合起來，構成實現(xiàn)復雜功能的有機整體。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，電子電氣架構向集中化演進是這一轉變的前提。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
汽車誕生之初是個純機械產(chǎn)品，車上沒有蓄電池，車上的設備亦不需要電力，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、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ECU通常只負責控制一個單一的功能單元， 彼此獨立，分別控制著發(fā)動機、剎車、車門等部件，常見的有發(fā)動機控制器（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（控制器域網(wǎng)絡）總線或者LIN（局部互聯(lián)網(wǎng)絡）總線連接在一起，通過廠商預先定義好的通信協(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，對應的總線的線束長度必將越長，線束重量也相應增加（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)動機的部件），這就導致整車成本增加、汽車組裝的自動化水平低。
1.2 分布式EEA導致的通信帶寬瓶頸
分布式計算導致了車內信息孤島、算力浪費、軟硬件耦合深，主機廠嚴重依賴供應商。傳統(tǒng)汽車供應鏈中，不同的ECU來自不同供應商，不同的硬件有不同的嵌入式軟件和底層代碼，整車軟件實際上是很多獨立的、不兼容的軟件混合體，導致整個系統(tǒng)缺乏兼容性和擴展性。車廠要進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傳感器的復雜功能，亦無法通過OTA來保持汽車軟件的持續(xù)更新。智能網(wǎng)聯(lián)車功能越來越復雜，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，汽車內部網(wǎng)絡通信數(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，也無法適應數(shù)據(jù)傳輸及處理的實時性要求。假設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，都要對雨刷總成進行定義、標定和驗證，后續(xù)修改即相當于二次開發(fā)，車企需要重新和雨刷供應商簽合同，重新做各個層級的標定和驗證。顯然這樣一種面向硬件的工程化體系和流程，在車輛越來越復雜的未來，是無法支撐產(chǎn)品的快速迭代進化的。
解決之道就是把硬件標準化。雨刷總成是一個電機驅動的機械部件，雨刷所需的傳感器可調用車輛上搭載的攝像頭或其他傳感器，一旦感應到擋風玻璃透明度下降，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。當各種不同的總成、模塊都標準化以后，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，就像手機上運行的多個APP，既可大幅縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，也可廣泛采用標準化的零部件，有助于企業(yè)控制成本和質量。比如一家零部件企業(yè)開發(fā)和生產(chǎn)一款標準化的雨刷，然后賣給各家整車企業(yè)，其價格會非常便宜；同時，標準化硬件的標定和驗證都可適當簡化，從而進一步節(jié)省開發(fā)時間和成本。
1.3 汽車EEA向中央計算邁進
汽車分布式電子電氣架構已不能適應汽車智能化的進一步進化。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”和“血管”，以控制和驅動所有電子件和傳感器。少量的高性能計算單元替代過去大量分布式MCU（微控制單元），多個分散的小傳感器集成為功能更強的單個傳感器，汽車功能逐步整合集中，ECU的減負意味著把整車原先搭載的幾十上百個ECU逐一進行軟硬件剝離，再把功能主要通過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)、算法和應用軟件等幾部分組成的整個系統(tǒng)的統(tǒng)稱）中，如自動駕駛、娛樂、網(wǎng)關等，在域控制器架構的基礎上，更進一步把不同功能的域進行整合，就到了跨域融合階段，再進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為中央計算平臺區(qū)域接入大帶寬車載通信的計算和通信架構。
2 汽車EEA的演進發(fā)展
汽車電子電氣架構的升級主要體現(xiàn)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總線向以太網(wǎng)方向發(fā)展。
2.1 汽車EEA演進路線圖
博世給出的電子電氣架構路線圖分為六個階段，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（包括車載電腦、車云計算）。模塊化階段：一個 ECU 負責特定的功能，比如車上的燈光對應有一個控制器，門對應有一個控制器，無鑰匙系統(tǒng)對應有一個控制器。隨著汽車功能增多這種架構日益復雜無法持續(xù)。
集成化階段：單個 ECU 負責多個功能， ECU數(shù)量較上一階段減少。在這兩個階段，汽車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(jù)功能劃分的域控制器，最常見的是如博世劃分的五個功能域（動力域、底盤域、車身域、座艙域、自動駕駛域）。域控制器間通過以太網(wǎng)和CANFD（CAN with Flexible Data Rate）相連，其中座艙域和自動駕駛域由于要處理大量數(shù)據(jù)，算力需求逐步增長。動力總成域、底盤域、車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，為進一步降低成本和增強協(xié)同，出現(xiàn)了跨域融合，即將多個域融合到一起，由跨域控制單元進行控制。比如將動力域、底盤域、車身域合并為整車控制域，從而將五個功能域（自動駕駛域、動力域、底盤域、座艙域、車身域）過渡到三個功能域（自動駕駛域、智能座艙域、車控域）。
中央計算位置域階段：隨著功能域的深度融合，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(qū)域控制器平臺（Zonal Control Unit ZCU）是整車計算系統(tǒng)中某個局部的感知、數(shù)據(jù)處理、控制與執(zhí)行單元。它負責連接車上某一個區(qū)域內的傳感器、執(zhí)行器以及ECU等，并負責該位置域內的傳感器數(shù)據(jù)的初步計算和處理，還負責本區(qū)域內的網(wǎng)絡協(xié)議轉換。位置域實現(xiàn)就近布置線束，降低成本，減少通信接口，更易于實現(xiàn)線束的自動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，能更好實現(xiàn)硬件擴展，區(qū)域控制器的結構管理更容易。區(qū)域接入中央計算保證了整車架構的穩(wěn)定性和功能的擴展性，新增的外部部件可以基于區(qū)域網(wǎng)關接入，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ECU，并少用數(shù)百根單獨電線，從而使車輛的重量減少了8.5千克。減重有助于節(jié)能，并延長電動汽車的續(xù)駛里程。此外，由于區(qū)域控制器將車輛的基本電氣結構劃分為更易于管理的組成部分，更容易實現(xiàn)自動化線束組裝。
汽車云計算階段：將汽車部分功能轉移至云端，車內架構進一步簡化。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準件，徹底實現(xiàn)軟件定義汽車功能。
2.2 汽車EEA各階段特點
汽車電子電氣架構的演進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，軟件可以實現(xiàn)持續(xù)迭代，OTA發(fā)展提速；
（3）域控制器+時間敏感以太網(wǎng)可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速處理和傳輸，為軟件應用的發(fā)展創(chuàng)造了條件。
來源：汽車電子學堂
