電子電氣架構(gòu)包含了車上所有的硬件、軟件、傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電子電氣分配系統(tǒng)，電子電氣架構(gòu)是通過(guò)系統(tǒng)集成化的工具把這所有的內(nèi)容整合到一起。其技術(shù)演進(jìn)有四個(gè)關(guān)鍵趨勢(shì)：計(jì)算集中化、軟硬件解耦化、平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化以及功能開(kāi)發(fā)生態(tài)化。智能化與網(wǎng)聯(lián)化共同推動(dòng)了汽車電子電氣架構(gòu)的變革，一方面是車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膬?yōu)化和實(shí)時(shí)、高速網(wǎng)絡(luò)的啟用，另一方面是ECU（電子控制單元）的功能進(jìn)一步集成到域控制器甚至中央計(jì)算單元。
汽車電子電氣架構(gòu)轉(zhuǎn)變趨勢(shì)示意圖
汽車電子底層硬件不再是由實(shí)現(xiàn)單一功能的單一芯片提供簡(jiǎn)單的邏輯計(jì)算，而是需要提供更為強(qiáng)大的算力支持；軟件也不再是基于某一固定硬件開(kāi)發(fā)，而是要具備可移植、可迭代和可拓展等特性。汽車原有以ECU為單元的研發(fā)組織將發(fā)生轉(zhuǎn)變，形成通用硬件平臺(tái)、基礎(chǔ)軟件平臺(tái)以及各類應(yīng)用軟件的新型研發(fā)組織形態(tài)。
汽車電子電氣架構(gòu)開(kāi)發(fā)方式轉(zhuǎn)變趨勢(shì)示意圖
新勢(shì)力、部分自主車企已率先進(jìn)入域集中架構(gòu)階段，合資、外資車企陸續(xù)跟進(jìn)?！拔敌±怼?、上汽等頭部企業(yè)開(kāi)始嘗試探索跨域融合 架構(gòu)與中央計(jì)算架構(gòu)。隨著主機(jī)廠對(duì)于車載智能計(jì)算平臺(tái)的發(fā)力，2023年將是主機(jī)廠量產(chǎn)下一代“整車集中+區(qū)域控制方案”的關(guān)鍵 時(shí)間節(jié)點(diǎn)。行泊一體功能的火爆使域控制器的重要性得到驗(yàn)證，目前國(guó)內(nèi)已有多家企業(yè)發(fā)布了相關(guān)產(chǎn)品，并持續(xù)深耕更具有性價(jià)比的產(chǎn)品方案， 做到“腳踏實(shí)地”。2023年隨著更高級(jí)別智能駕駛功能的量產(chǎn)以及更具智能化的座艙產(chǎn)品推出，跨域高性能計(jì)算平臺(tái)（HPC）成為智 能電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)上下游接下來(lái)所關(guān)注的核心模塊，開(kāi)始“仰望星空”。 主機(jī)廠對(duì)于車載智能計(jì)算平臺(tái)的關(guān)注度逐漸提高，使本土供應(yīng)商在2023年有望憑借車載智能計(jì)算平臺(tái)獲得先發(fā)優(yōu)勢(shì)與彎道超車的最佳 機(jī)遇。整車E/E架構(gòu)的終局——中央計(jì)算尚未實(shí)現(xiàn)。
車載智能計(jì)算平臺(tái)分為軟硬件架構(gòu)
車載智能計(jì)算平臺(tái)的功能實(shí)現(xiàn)需要豐富的硬件資源和復(fù)雜的軟件支持。不同硬件資源的集成形成計(jì)算平臺(tái)的硬件架構(gòu)，將復(fù)雜的軟件分層化處 理構(gòu)成了計(jì)算平臺(tái)的軟件架構(gòu)。計(jì)算平臺(tái)硬件架構(gòu)中的主控芯片集成了多個(gè)和多類計(jì)算單元，如CPU、GPU等，通常還包含了音頻、多媒體、 顯示、安全、通信、AI計(jì)算等子單元，不同種類的計(jì)算單元有各自的優(yōu)勢(shì)，分別負(fù)責(zé)不同任務(wù)。
軟件架構(gòu)包括系統(tǒng)軟件、功能軟件以及上層的應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件負(fù)責(zé)承上啟下，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用軟件與物理硬件分離；功能軟件為智駕、座艙功能 提供共性功能模塊；應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)具體智駕、座艙功能，開(kāi)發(fā)者可根據(jù)自身產(chǎn)品功能定義，利用功能軟件層提供的基礎(chǔ)庫(kù)，設(shè)計(jì)具體應(yīng)用功能。
智能電動(dòng)汽車車載智能計(jì)算平臺(tái)架構(gòu) 圖源：億歐智庫(kù)
系統(tǒng)軟件即操作系統(tǒng)，是管理和控制智能汽車硬件與軟件資源的底層，提供運(yùn)行環(huán)境、運(yùn)行機(jī)制、通信機(jī)制和安全機(jī)制等。目前車載操作系統(tǒng)可分為四個(gè)層次：基礎(chǔ)型操作系統(tǒng)、定制型操作系統(tǒng)、ROM型操作系統(tǒng)和中間件。
基礎(chǔ)型操作系統(tǒng)包括系統(tǒng)內(nèi)核、底層驅(qū)動(dòng)等，提供操作系統(tǒng)最基本的功能，負(fù)責(zé)管理系統(tǒng)的進(jìn)程、內(nèi)存、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、文件和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，決定著系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性；目前底層操作系統(tǒng)為開(kāi)源框架，暫不受版權(quán)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)的影響，一般不屬于企業(yè)考慮開(kāi)發(fā)的技術(shù)范圍。定制版操作系統(tǒng)則是在基礎(chǔ)型操作系統(tǒng)之上進(jìn)行深度定制化開(kāi)發(fā)，如修改內(nèi)核、硬件驅(qū)動(dòng)、運(yùn)行時(shí)環(huán)境、應(yīng)用程序框架等，屬于自主研發(fā)的獨(dú)立操作系統(tǒng)。ROM則是基于發(fā)行版修改后的系統(tǒng)服務(wù)與系統(tǒng) UI。ROM型汽車操作系統(tǒng)是基于Linux或安卓等基礎(chǔ)型操作系統(tǒng)進(jìn)行有限的定制化開(kāi)發(fā)，不涉及系統(tǒng)內(nèi)核更改，一般只修改更新操作系統(tǒng)自帶的應(yīng)用程序等。大部分的主機(jī)廠一般都選擇開(kāi)發(fā)ROM型操作系統(tǒng)，國(guó)外主機(jī)廠多選用Linux作為底層操作系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)主機(jī)廠則偏好Android應(yīng)用生態(tài)。中間件是處于應(yīng)用和操作系統(tǒng)之間的軟件，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下軟件互聯(lián)和互操作等共性和問(wèn)題，提供標(biāo)準(zhǔn)接口、協(xié)議，并具有較高的移植性。目前國(guó)內(nèi)廠商在中間件上的發(fā)展較為先進(jìn)，致力于在E/E電子架構(gòu)變革中提供可過(guò)渡的解決方案。
系統(tǒng)層軟件架構(gòu)示意圖
自動(dòng)駕駛的基本過(guò)程分為三部分：感知、決策、控制。其關(guān)鍵技術(shù)為自動(dòng)駕駛的軟件算法與模型，通過(guò)融合各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)，不同的算法和支撐軟件計(jì)算得到所需的自動(dòng)駕駛方案。自動(dòng)駕駛中的環(huán)境感知指對(duì)于環(huán)境的場(chǎng)景理解能力，例如障礙物的類型、道路標(biāo)志及標(biāo)線、行車車輛的檢測(cè)、交通信息等數(shù)據(jù)的分類。定位是對(duì)感知結(jié)果的后處理，通過(guò)定位功能幫助車輛了解其相對(duì)于所處環(huán)境的位置。環(huán)境感知需要通過(guò)多傳感器獲取大量的周圍環(huán)境信息，確保對(duì)車輛周圍環(huán)境的正確理解，并基于此做出相應(yīng)的規(guī)劃和決策。
目前自動(dòng)駕駛技術(shù)路線分為兩種，一種即以激光雷達(dá)等多傳感器融合為代表的路線，另一種是以特斯拉為代表的純視覺(jué)路線。純視覺(jué)路線以攝像頭為主導(dǎo)，成本較低，但由于攝像頭精確度較低，對(duì)算法和計(jì)算能力的要求更高。其他傳感器為輔助的技術(shù)方案。決策是依據(jù)駕駛場(chǎng)景認(rèn)知態(tài)勢(shì)圖，根據(jù)駕駛需求進(jìn)行任務(wù)決策，接著能夠在避開(kāi)存在的障礙物前提之下，通過(guò)一些特定的約束條件，規(guī)劃出兩點(diǎn)之間多條可以選擇的安全路徑，并在這些路徑當(dāng)中選擇一條最優(yōu)的路徑，決策出車輛行駛軌跡。執(zhí)行系統(tǒng)則為執(zhí)行駕駛指令、控制車輛狀態(tài)，如車輛的縱向控制及車輛的驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)控制，橫向控制是方向盤角度的調(diào)整以及輪胎力的控制，實(shí)現(xiàn)了縱向和橫向自動(dòng)控制，就可以按給定目標(biāo)和約束自動(dòng)控制車運(yùn)行。
自動(dòng)駕駛關(guān)鍵技術(shù)架構(gòu)
分析智能座艙主要涵蓋座艙內(nèi)飾和座艙電子領(lǐng)域的創(chuàng)新與聯(lián)動(dòng)，從消費(fèi)者應(yīng)用場(chǎng)景角度出發(fā)而構(gòu)建的人機(jī)交互(HMI)體系。智能座艙通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的采集，上傳到云端進(jìn)行處理和計(jì)算，從而對(duì)資源進(jìn)行最有效的適配，增加座艙內(nèi)的安全性、娛樂(lè)性和實(shí)用性。當(dāng)前智能座艙主要滿足座艙功能需求，在原有的基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)有的功能或是分散信息進(jìn)行整合，提升座艙性能，改善人機(jī)交互方式，提供數(shù)字化服務(wù)。智能座艙的未來(lái)形態(tài)是“智能移動(dòng)空間”。在5G和車聯(lián)網(wǎng)高度普及的前提下，智能座艙與高級(jí)別的自動(dòng)駕駛相融合，逐漸進(jìn)化成集“家居、娛樂(lè)、工作、社交”為一體的智能空間。
智能座艙關(guān)鍵技術(shù)分析
車聯(lián)網(wǎng)是以車內(nèi)網(wǎng)、車際網(wǎng)和車載移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，按照約定的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)，在“人-車-路-云”之間進(jìn)行無(wú)線通訊和信息交換的大系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，是能夠?qū)崿F(xiàn)智能化交通管理、智能動(dòng)態(tài)信息服務(wù)和車輛智能化控制的一體化網(wǎng)絡(luò)，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在交通系統(tǒng)領(lǐng)域的典型應(yīng)用。在網(wǎng)聯(lián)化層面，按照網(wǎng)聯(lián)通信內(nèi)容的不同將其劃分為網(wǎng)聯(lián)輔助信息交互、網(wǎng)聯(lián)協(xié)同感知、網(wǎng)聯(lián)協(xié)同決策與控制三個(gè)等級(jí)。目前行業(yè)內(nèi)處于網(wǎng)聯(lián)輔助信息交互階段，即基于車-路、車-后臺(tái)通信，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航等輔助信息的獲取以及車輛行駛與駕駛?cè)瞬僮鞯葦?shù)據(jù)的上傳。因此現(xiàn)階段車聯(lián)網(wǎng)主要指基于網(wǎng)聯(lián)輔助信息交互技術(shù)衍生的信息服務(wù)等，如導(dǎo)航、娛樂(lè)、救援等，但廣義車聯(lián)網(wǎng)除信息服務(wù)外，還包含用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)聯(lián)協(xié)同感知和控制等功能的V2X相關(guān)技術(shù)和服務(wù)等。
車聯(lián)網(wǎng)總體視圖
圖中展示了車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)主要的參與端，包括汽車上的通訊終端T-Box、相關(guān)控制器以及車機(jī)，也包括后臺(tái)TSP（車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)整合商）、手機(jī)APP、網(wǎng)頁(yè)端、內(nèi)容提供商和服務(wù)提供商，還包括與路端通信的OBU、RSU和基站。其中，T-Box是汽車上唯一與外界通訊的橋梁，既實(shí)現(xiàn)了車內(nèi)聯(lián)網(wǎng)，也實(shí)現(xiàn)了車外通信；TSP是后端的整合部分，通常它既要提供基礎(chǔ)能力的管理（如賬號(hào)和鑒權(quán)），又要與各面向個(gè)端對(duì)接，實(shí)現(xiàn)服務(wù)的整合以及信息的傳遞；手機(jī)APP、網(wǎng)頁(yè)端以及車機(jī)都是直接用戶的觸點(diǎn)，承擔(dān)著與用戶交互的任務(wù)，是各個(gè)服務(wù)的體現(xiàn)點(diǎn)；內(nèi)容和服務(wù)提供商是大部分?jǐn)?shù)據(jù)的提供來(lái)源，他們是互聯(lián)網(wǎng)細(xì)分領(lǐng)域?qū)I(yè)的提供者。
車載通訊模塊T-BOX架構(gòu)中通常含有雙路高速CAN收發(fā)器，4G/5G/V2X模組以及可實(shí)時(shí)處理的高性能微處理器芯片，主要負(fù)責(zé)車內(nèi)外通信服務(wù)，其中車聯(lián)網(wǎng)C-V2X技術(shù)應(yīng)用展開(kāi)場(chǎng)景應(yīng)用類型與協(xié)同服務(wù)業(yè)務(wù)逐漸豐富，技術(shù)和應(yīng)用的演進(jìn)路線也從節(jié)點(diǎn)處理至更高級(jí)別復(fù)雜的應(yīng)用方向發(fā)展。
東軟車載通訊模塊T-Box架構(gòu)示意圖
東軟車聯(lián)網(wǎng)C-V2X技術(shù)應(yīng)用展開(kāi)場(chǎng)景
高精度地圖(high-precision map)，又稱高精地圖、自動(dòng)駕駛地圖，是指具有高精度、地圖元素更加詳細(xì)、屬性更加豐富、面向機(jī)器人(智能車)使用的地圖。與傳統(tǒng)車載電子地圖相比，高精地圖精細(xì)程度更高。動(dòng)態(tài)要素更為豐富。傳統(tǒng)的電子地圖誤差可達(dá)10 m，一般不含三維信息；而高精度地圖數(shù)據(jù)誤差通常在0.2 m以內(nèi)且包含三維信息，不僅能夠輔助智能車完成匹配定位，還為自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的規(guī)劃層提供了車道級(jí)別的信息，進(jìn)而幫助智能車實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)的路徑規(guī)劃。
目前，自動(dòng)駕駛用高精度地圖（厘米級(jí)），存儲(chǔ)密度非常高，整體容量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出目前主流控制器方案的存儲(chǔ)容量，所以需要借助云儲(chǔ)存及云分發(fā)的形式才能得以實(shí)現(xiàn)。除此之外，傳統(tǒng)導(dǎo)航電子地圖的更新頻率為靜態(tài)數(shù)據(jù)（通常更新頻率為季度更新或月更新），準(zhǔn)靜態(tài)數(shù)據(jù)（頻率為日更新）。而高精度地圖對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性要求較高，更新頻率通常為準(zhǔn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)（頻率為分鐘更新），實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)（頻率為秒或毫秒更新）。
轉(zhuǎn)自智能汽車電子與軟件
