2.2.3 新型電子電氣架構(gòu)介紹

當(dāng)前汽車行業(yè)處于電子電氣架構(gòu)由分布式轉(zhuǎn)向域集中式的關(guān)鍵期，很多車企開始思考跨域融合的多種方案，目前主要有兩種跨域融合方案：按功能融合方案、按位置融合方案。

按功能融合方案主要采用三域架構(gòu)，將全車劃分為車輛控制域、智能駕駛域、智能座艙域三大功能域，分別實(shí)現(xiàn)車輛控制、智能駕駛、信息娛樂等功能。大眾MEB平臺(tái)的E3架構(gòu)、寶馬iNEXT車型架構(gòu)、華為CC架構(gòu)等均屬于此類。

按位置融合方案主要采用區(qū)集中式架構(gòu)（Zonal EEA），按照汽車的物理空間，將全車劃分為多個(gè)區(qū)域，如左車身域、右車身域等。由于各處ECU均由區(qū)域控制器（Zone ECU，ZCU）中繼，再連接至中央計(jì)算機(jī)，因此線束數(shù)量大幅減少，能釋放更多物理空間。特斯拉、豐田等均屬于此類。

以上兩種架構(gòu)如圖2-11所示。

1.三域架構(gòu)

傳統(tǒng)的模塊集成是將模塊集中“打包”，其本質(zhì)依然是原有的功能劃分，模塊與模塊之間的壁壘仍然沒有被打破，而且有很強(qiáng)的硬件捆綁特性。例如，市面上很多BCM集成了PEPS功能，但若想將PEPS系統(tǒng)集成到ESP控制器，那么原有平臺(tái)將無(wú)法兼容，需要花費(fèi)較大工作量來(lái)開發(fā)新平臺(tái)。而域則可以做到兼容，它十分靈活，是系統(tǒng)與軟件層面的集成，脫離了硬件捆綁的限制。

在大部分域架構(gòu)設(shè)計(jì)中，域控制器可以給其他小控制器、小執(zhí)行器提供的算法、功能，決定了域的范圍有多大。例如，車身域控制器是集成所有車身電子的基礎(chǔ)驅(qū)動(dòng)、鑰匙、燈、門、車窗等功能的大控制器。由于車身域控制器可以提供車窗防夾算法、電壓補(bǔ)償、備份驅(qū)動(dòng)等功能，因此，小控制器無(wú)須關(guān)注復(fù)雜算法，只需要更多地關(guān)注硬件和驅(qū)動(dòng)。這樣不但可以大幅縮減軟件開發(fā)量，還能夠?qū)崿F(xiàn)控制器的精簡(jiǎn)優(yōu)化。這樣一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的共享軟件資源的架構(gòu)設(shè)計(jì)理念，在整車各個(gè)領(lǐng)域都得到了充分的運(yùn)用，形成常見的動(dòng)力域、底盤域、車身域、信息娛樂域和ADAS域等。

在三域架構(gòu)中，車輛控制域?qū)⒃瓌?dòng)力域、底盤域和車身域等傳統(tǒng)車輛域進(jìn)行了整合，智能駕駛域和智能座艙域則專注于實(shí)現(xiàn)汽車的智能化和網(wǎng)聯(lián)化。涉及的零部件主要有4類：車輛控制域控制器、智能駕駛域控制器、智能座艙域控制器及若干高性能網(wǎng)關(guān)。其中，車輛控制域控制器，負(fù)責(zé)整車控制，實(shí)時(shí)性和安全性要求高；智能駕駛域控制器，負(fù)責(zé)自動(dòng)駕駛相關(guān)感知、規(guī)劃、決策功能的實(shí)現(xiàn)；智能座艙域控制器，負(fù)責(zé)HMI交互和智能座艙相關(guān)功能的實(shí)現(xiàn)。

1）大眾MEB平臺(tái)的E3架構(gòu)

MEB平臺(tái)是由大眾汽車集團(tuán)及其子公司開發(fā)的電動(dòng)汽車模塊化平臺(tái)。MEB平臺(tái)的E3架構(gòu)，是由3個(gè)車輛應(yīng)用服務(wù)器（In-Car Application Server，ICAS）組成的域集中式電子電氣架構(gòu)，如圖2-12所示。

ICAS1主要負(fù)責(zé)車內(nèi)應(yīng)用服務(wù)（車身控制、電動(dòng)系統(tǒng)、高壓驅(qū)動(dòng)、燈具系統(tǒng)、舒適系統(tǒng)等）。ICAS2主要用于支持高級(jí)自動(dòng)駕駛功能。ICAS3主要負(fù)責(zé)娛樂系統(tǒng)（導(dǎo)航系統(tǒng)、儀表系統(tǒng)、HUB、智能座艙等）。

通過(guò)ICAS這種大型域控制器，將本域的其他ECU的軟件功能（如智能傳感器的一些功能，以及基礎(chǔ)軟件功能）逐步向ICAS中轉(zhuǎn)移，直到其他ECU（本域的傳感器和執(zhí)行系統(tǒng)）慢慢被合并。

2）華為CC架構(gòu)

華為的CC（Computing/Communication）架構(gòu)聚焦計(jì)算、通信兩大領(lǐng)域，通過(guò)分布式網(wǎng)關(guān)組成環(huán)網(wǎng)，進(jìn)行高速的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，并在三大平臺(tái)的計(jì)算中心進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析及處理，從而實(shí)現(xiàn)整車的感知、算力、電源共享。從計(jì)算架構(gòu)來(lái)看，華為將汽車劃分為智能駕駛、智能座艙、整車控制三大域并推出相關(guān)的開放平臺(tái)及操作系統(tǒng)（自動(dòng)駕駛操作系統(tǒng)AOS、鴻蒙智能座艙操作系統(tǒng)HOS和車控操作系統(tǒng)VOS），如圖2-13所示。

智能駕駛平臺(tái)包含昇騰芯片、AOS及標(biāo)準(zhǔn)化硬件產(chǎn)品、配套工具鏈等。該平臺(tái)可進(jìn)行軟硬件解耦，整車廠可在該平臺(tái)基礎(chǔ)上快速開發(fā)、調(diào)試、運(yùn)行自動(dòng)駕駛算法和功能，實(shí)現(xiàn)L2+～L4級(jí)別自動(dòng)駕駛的平滑演進(jìn)。

智能座艙平臺(tái)包含麒麟芯片和鴻蒙OS，并分別基于麒麟芯片構(gòu)建IVI模組，基于鴻蒙OS共享華為“1+8”生態(tài)，實(shí)現(xiàn)跨終端互聯(lián)。在此基礎(chǔ)上，使用Hicar手機(jī)映射方案提升用車體驗(yàn)并開放API接口，為跨終端的軟件供應(yīng)商開發(fā)座艙應(yīng)用提供便利。

整車控制平臺(tái)（智能電動(dòng)平臺(tái)）包含電驅(qū)、MCU、整車控制VOS，將網(wǎng)絡(luò)能源產(chǎn)業(yè)鏈和技術(shù)優(yōu)勢(shì)引進(jìn)智能電動(dòng)汽車，打造mPower多形態(tài)電驅(qū)及高效的車載充電產(chǎn)品，為整車廠提供差異化的整車控制。

2.區(qū)集中式架構(gòu)

為了構(gòu)建以功能為導(dǎo)向的電子電氣架構(gòu)，OEM不得不將后剎車燈、后位置燈、尾門鎖甚至雙撐桿的連接線束拉長(zhǎng)，跨過(guò)80%的車身，連接到置于車身前方的域控制器中。ADAS的前后雷達(dá)、空調(diào)系統(tǒng)的前后制冷、底盤系統(tǒng)的前后輪轉(zhuǎn)向控制均有類似的問(wèn)題，給線束系統(tǒng)帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。

一輛低端車的線束系統(tǒng)成本只要大約300美元，重量大約為30千克，長(zhǎng)度大約為1500米，線束大約有600根，共1200個(gè)接點(diǎn)；而一輛豪華車的線束系統(tǒng)成本大約為550～650美元，重量大約為60千克，線束大約有1500根，長(zhǎng)度大約為5000米，共3000個(gè)接點(diǎn)。如果按照功能域架構(gòu)制造汽車，線束成本將不會(huì)低于1000美元，重量將高達(dá)100千克。為了解決高昂的成本，且不丟失域的軟件集中的核心概念，特斯拉在Model 3上重新劃分了域。傳統(tǒng)的車身域、動(dòng)力域等被物理空間上劃分的Zonal EEA所取代。

在Zonal EEA中，有幾個(gè)關(guān)鍵組成部分，即車載中央計(jì)算機(jī)、區(qū)控制器、環(huán)形連接的以太網(wǎng)TSN組成的主干網(wǎng)及CAN、LIN、10Base-T1S區(qū)內(nèi)網(wǎng)、雙電源冗余供電及區(qū)域內(nèi)智能分級(jí)供電。

車載中央計(jì)算機(jī)的核心定位是實(shí)現(xiàn)智能駕駛和智能座艙相關(guān)的業(yè)務(wù)邏輯，并且具備網(wǎng)聯(lián)功能，可連接車端和云端。

區(qū)控制器主要充當(dāng)網(wǎng)關(guān)、交換機(jī)和智能接線盒的角色，提供并分配數(shù)據(jù)和電力，實(shí)現(xiàn)車輛特定區(qū)域的Feature，可能也會(huì)涉及一些變遷，如逐步融合區(qū)內(nèi)其他ECU的功能。在第一階段，實(shí)現(xiàn)相對(duì)通用化的ZCU，采用標(biāo)準(zhǔn)化軟件模塊，兼容現(xiàn)有ECU網(wǎng)絡(luò)，并作為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，將區(qū)內(nèi)的功能在服務(wù)層面進(jìn)行抽象；在第二階段，會(huì)以降低區(qū)內(nèi)ECU數(shù)量為目的，整合其他ECU功能，并控制I/O虛擬化。

Zonal EEA實(shí)際上是“供電的分布式，計(jì)算的集中式”。Zonal EEA不僅能將計(jì)算資源集中起來(lái)，便于軟硬件分離，也給整車各個(gè)控制器的電源管理帶來(lái)很多想象力，但是給軟件開發(fā)帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。例如，車身控制器工程師可能需要研習(xí)雷達(dá)的驅(qū)動(dòng)和算法；功能安全ASIL-C/D級(jí)別的軟件開發(fā)逐漸變成標(biāo)配。域的控制開發(fā)要求將不再僅限于功能，軟硬件開發(fā)將打破傳統(tǒng)的功能劃分壁壘，需要從整車角度進(jìn)行思考和設(shè)計(jì)。

1）特斯拉的Zonal EEA

特斯拉中央計(jì)算模塊為AICM（Autopilot&Infotainment Control Module，輔助駕駛及娛樂控制模塊），區(qū)域控制器為BCM RH（Body Control Module Right，右車身控制器）及BCM LH（Body Control Module Left，左車身控制器），如圖2-14所示。

AICM接管了所有輔助駕駛相關(guān)傳感器、主攝像頭和毫米波雷達(dá)。BCM RH集成了自動(dòng)駛?cè)腭偝觯ˋutomatic Parking/Autonomous Pull Out）、熱管理、扭矩控制等功能，實(shí)現(xiàn)了硬件和軟件的分離。BCM LH橫跨多個(gè)網(wǎng)段，負(fù)責(zé)內(nèi)部燈光、進(jìn)入部分。

2）沃爾沃的Zonal EEA

沃爾沃的Zonal EEA包括Core System和Mechatronic Rim，將ZCU劃入中央計(jì)算集群中；同時(shí)定義了與核心計(jì)算系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)的概念——機(jī)電一體化區(qū)域，以VIU為節(jié)點(diǎn)，也可以分出若干區(qū)域。VCU對(duì)應(yīng)車載中央計(jì)算機(jī)，VIU對(duì)應(yīng)區(qū)控制器，如圖2-15所示。

從發(fā)展趨勢(shì)看，汽車電子電氣架構(gòu)最終會(huì)向中央計(jì)算架構(gòu)演進(jìn)，將功能邏輯集中到一個(gè)中央控制器。據(jù)華為預(yù)計(jì)，到2030年，中央計(jì)算平臺(tái)+區(qū)域控制+大帶寬車載通信的電子電氣架構(gòu)將成為主流。

未來(lái)，軟件的功能和質(zhì)量將決定汽車的產(chǎn)品體驗(yàn)，汽車的差異性將逐步由軟件定義。凡是有雄心的車企都希望牢牢掌控決定產(chǎn)品個(gè)性化的核心技術(shù)，因此每個(gè)車企都會(huì)基于一個(gè)智能化、可演化的電子電氣架構(gòu)來(lái)打造汽車產(chǎn)品。