電子電氣架構是什么？分布式架構為何成為歷史

幾年前你買車的時候，銷售經理總是關注車的發(fā)動機、底盤、變速箱，以及動力、操控、空的動靜態(tài)體驗。但現(xiàn)在買車這個話題中關于輔助駕駛和智能座艙的頁面越來越多，智能化成為了汽車最受關注的產品力。汽車的智能很大程度上取決于它的大腦和神經系統(tǒng)——汽車的電子和電氣結構。

在電子電氣建筑領域，一場轟轟烈烈的改革正在進行，其中中國品牌追趕世界潮流的戲碼在本屆廣州車展上進入高潮。今天我們來談談電子電氣建筑的發(fā)展史，說明它是什么，它能給我們帶來什么，中國品牌展現(xiàn)了怎樣的“王者爆炸”。

●什么是電子電氣架構？

從英文原詞——architecture，對應“architecture”一詞來看，是由“architect”+“與行為有關的東西”的詞根組成的，原本是指建筑和建筑。我們可以用蓋房子的類比來解釋電子電氣建筑從設計到在你車上應用的全過程。

下一步是由構件工程師根據這些具體要求設計開發(fā)相應的構件，類似于施工隊最終落地設計圖紙的過程。只有完美的設計和良好的施工技術，房子的質量才能得到保證。體現(xiàn)在汽車上，一個好的電子電氣架構，不僅僅是打造一輛反應靈敏、駕駛輔助可靠的好車，更要在制造汽車的成本和汽車的性能之間找到平衡點，讓汽車具備良好的OTA升級潛力，從而進一步滿足用戶日益增長的功能需求。

●過去“機器定義汽車”的思想催生了分布式架構。

無論是真實的產品，還是大多數人思維中的形象，汽車都是由四個輪子和一個沙發(fā)組成的交通工具。決定產品強度的是鐵殼和殼內的各種機器。在“機械定義汽車”的思維下，發(fā)動機、底盤、變速箱仍然是汽車的“C位”，電子電氣設備只能“玩和輔助”幫助機器完成工作，甚至在很多人眼里，它們相當于收音機、地圖導航等娛樂功能。

這種分布式架構具有“直接”的優(yōu)勢。比如需要安裝一套藍牙功能，連接一套可以和總線上其他ECU通訊的藍牙控制模塊。整個過程非常簡單粗暴，就是不斷添加。但由于每個ECU的功能相對獨立，單個ECU的故障對整車功能影響不大。

到了2010年，奧迪A8（查成交價|參配|優(yōu)惠政策）上的ECU數量已經超過100個，使得整個結構極其復雜。不同的ECU往往由不同的供應商提供，甚至單個ECU中的多個軟件由不同的二級供應商提供，很難實現(xiàn)ECU之間的協(xié)同。功耗浪費、功能冗余、功耗增加、OTA管理困難是不可避免的，這顯然不符合我們之前對好架構的定義。

到2021年，一輛車平均60個ECU左右，代碼量近1億行，電子系統(tǒng)占整車成本的46%。需要通過ECU實現(xiàn)的功能越來越多，比如智能座艙、自動駕駛等。你不得不承認，汽車已經從那個精致的機械變成了電子產品。復雜的分布式電子電氣架構不僅在成本上給整車帶來巨大壓力，而且在智能功能的計算能力和傳輸速度上也超過了現(xiàn)有分布式電子電氣架構所能承受的上限。

例如，為了讓自動駕駛覆蓋更多場景，需要將攝像頭、毫米波雷達和激光雷達采集的信息與自身專業(yè)知識融合，提高車輛的感知能力。然而，這對數據處理的實時性和傳輸速度提出了很高的要求。計算能力較弱的分布式ECU+和1Mbps 速度的CAN總線顯然無法完成這樣的任務。

可以說，正是以自動駕駛和智能座艙為代表的智能功能的出現(xiàn)，決定了電子電氣架構變革的必然性，分布式電子電氣架構被歷史所涉及，取而代之的是以域控制和車載以太網為特征的集中式電子電氣架構。圍繞電子電氣建筑技術的競爭正在如火如荼地進行。

●現(xiàn)在——集中式的電子電氣架構已經成為主流。

消失的電子控制單元

在功能和成本需求的驅動下，汽車企業(yè)和供應商紛紛升級電子電氣架構。雖然每個方案的細節(jié)不同，但總的基調是一樣的:減少ECU數量，集中計算能力，簡化整體架構，提高通信網絡傳輸速度，從而形成集中的電子電氣架構。其中，最直觀的變化是獨立ECU相繼消失，取而代之的是功能更加集中、計算能力更強的域控制器。

當我們擁有傳輸速度更快、計算能力更快、更集中的集中式電子電氣架構時，高級自動駕駛的大門就會向我們敞開。攝像頭、毫米波雷達、激光雷達、GPS、輪速傳感器的數據不再相互獨立，而是通過車載以太網傳輸回同一個“大腦”，可以區(qū)分車輛所處的位置和環(huán)境，大大提高了車輛在極端環(huán)境下對周圍情況的感知能力。

域控制的另一個優(yōu)勢是硬件和軟件的解耦，使得傳感器可以被域控制器靈活調用，完成不同的功能，而不需要依靠固定的ECU，甚至可以像計算機顯卡一樣實現(xiàn)硬件的“熱插拔”，實現(xiàn)即插即用的快速升級。但集成度越高，軟硬件解耦越徹底，對車企的代碼集成能力要求就越嚴格。畢竟不是每個人都能瞬間從一個熱衷于玩機械的“猛人”變成“代碼狂人”。這場電子電氣架構革命的領導者是特斯拉，他最擅長編寫汽車行業(yè)的代碼。

與以往的功能域相比，這種根據車身物理位置劃分域的架構大大簡化了機械布置的難度和線束的長度，不再需要從后向前的總線，傳感器和執(zhí)行器可以就近連接到附近的域控制器，這也將Model 3（查成交價|參配|優(yōu)惠政策）的線束長度縮短到了1.5km。

而像豐田的Central & Zone架構、Amber泉智能汽車架構、BMW中央計算平臺，這些電子電氣架構要么需要5年左右才能量產，要么還處于基于功能域的集成階段。

中國品牌迎頭趕上！誰會拿到智能汽車的話語權？

○中國品牌展示“王炸”

國內車企逐漸意識到，沒有好的電子電氣架構，就沒有優(yōu)秀的智能功能。比亞迪今年發(fā)布量產的智能域控制架構和長城汽車正在使用的GEEP 3電子電氣架構，都是基于功能域的域集中架構。在廣州車展上亮相的廣汽精神和小鵬X-EEA 3.0的電子電氣建筑，打破了功能域的局限，以中央超算+區(qū)域控制的理念，進一步走近未來的中央建筑風格?！败浖肋h是新的，硬件是即插即用的”，已經在電腦和手機上實現(xiàn)的，也將隨著電子電氣架構的升級而應用到汽車上。

考慮到功能、位置、重要性等因素，車內分為前后左右四個區(qū)域，每個區(qū)域都有自己的區(qū)域控制器。區(qū)域控制器主要集成網關、配電和機電控制功能，周邊傳感器和執(zhí)行器就近接入，再通過骨干網與遠程中央計算平臺傳輸數據，而邏輯控制部分則集中在中央計算機完成。

在傳輸速度上，廣汽精靈架構的骨干網不再采用分布式架構中的1Mbps CAN總線，而是采用車載以太網，傳輸速度可達100Mbps甚至1Gbps，同時還能滿足汽車行業(yè)對高可靠性、低電磁輻射、低功耗、帶寬分配、低時延、實時同步的要求，相當于將一條鄉(xiāng)村土路直接改造成高速鐵路。

至于靈思電子電氣架構的量產計劃，量產時間定在2023年，廣汽Ean所有新車型都將基于靈思架構打造。此外，廣汽傳祺旗下車型還將搭載Spirit電子電氣架構。

除了比Spirit架構集成度更高之外，上述以千兆以太網為骨干的通信架構、接口標準化的軟硬件等設計也應用于X-EEA 3.0電子電氣架構。全新的電子電氣架構不僅將幫助小鵬G9（查成交價|參配|優(yōu)惠政策）成為首款搭載小鵬XPILOT 4.0智能駕駛輔助系統(tǒng)的量產車，還將新增一些特色鮮明的功能，如無影響OTA、自診斷功能、基于場景的精準配電等。

X-EEA 3.0擁有更完整的自診斷功能，能夠在車輛出現(xiàn)故障時更準確地定位問題，以更直觀的方式指導用戶預約和準備維修。同時，在動力分配和使用方面，可以根據用戶的用車場景來分配車輛，大大降低了車輛在睡眠、喚醒和待機狀態(tài)下的功耗。比如在路邊等人時，G9只為空調節(jié)、座椅調節(jié)、音樂等功能供電，充分發(fā)揮每千瓦時的效率。

●未來——智能汽車時代誰將獲得話語權？

從分布式架構到領域集中式架構再到集中式架構，計算能力越來越集中、通信速度越來越快的電子電氣架構的演進趨勢已經成為行業(yè)共識。華為預計，到2030年，中央計算平臺+區(qū)域控制+寬帶車載通信的電子電氣架構將成為主流。

通信網絡上，將普及車載以太網，預計2030年傳輸速度將超過100Gbps。光通信技術在解決了車輛法規(guī)問題后，由于其具有帶寬大、重量輕、對電磁干擾不敏感、成本低等優(yōu)點，也將廣泛應用于車輛領域。

隨著電子電氣架構的發(fā)展，傳統(tǒng)的汽車供應商體系將首先受到沖擊。分布式ECU集成到域控制器后，產品研發(fā)的門檻會提高，軟件開發(fā)能力弱、產品功能單一的供應商可能會被那些具有系統(tǒng)集成能力的大廠商踢出局。

但對于特斯拉、國內造車新勢力等玩家來說，由于沒有太多的歷史包袱和系統(tǒng)負擔，只要他們愿意在自研的道路上努力，集中式的電子電氣架構之路會更容易一些。那些堅持全棧自研路線，能完全控制代碼和硬件的車企，在打通軟硬件的過程中會領先一半。比如在ECU開發(fā)方面積累了大量經驗的比亞迪，在智能座艙和自動駕駛控制器的研發(fā)方面取得了很大的成就。

可以預見，未來的智能汽車將越來越像一臺移動電腦，發(fā)動機、底盤、變速箱或電機、電池等基礎硬件將像貨架上你選擇的任何內存、顯卡、硬盤，而下一個大家關注的焦點將是基于中央電子電氣架構的中央處理器和汽車操作系統(tǒng)。無論是汽車行業(yè)的老玩家，還是進入汽車領域的互聯(lián)網巨頭，都夢想成為智能汽車領域的英特爾+Windows或ARM+安卓。

編輯摘要:

當我們回顧特斯拉誕生空的時候，“硅谷鋼鐵俠”馬斯克為特斯拉在汽車電子電氣架構領域創(chuàng)造了一個看似不可撼動的領先優(yōu)勢，在全球開啟了一個全新的時代。但當時間線回到這一刻，我們可以看到，中國品牌在電子電氣架構上的追趕越來越強勁，以及背后在智能汽車時代話語權的爭奪。目前架構的改革還沒有完成，玩家之間的對抗才剛剛開始。最終晉級名單中會有華為、小鵬、廣汽、比亞迪的名字嗎？