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未来汽车电子架构的发展给行业带来什么影响?

发布日期:2018-07-20

几年前在做所在整车企业的EE架构规划建议时,曾经考虑过未来汽车EE架构的走向。会否车辆的EE架构进化将比照生物界神经系统的进化,由分布的神经细胞-〉神经结索-〉脑干-〉小脑-〉大脑进行?后来在电装技术展看到基于域控制器的EE架构概念,感觉应该是这个路数,毕竟Vehicle工程师有现成的自然界生物案列进行对标。近期读了一些有关电动汽车电子架构最新发展的文章,和朋友们讨论了几次,感觉这个行当工程师对未来的认识应该是一致的。

    梳理了一下未来汽车EE架构的发展展望,并在此基础上讨论行业的变迁与机会。抛个砖头啊,大家参考。

    1.未来车辆角色对EE架构的需求

    2.从生物神经系统进化路径看未来EE架构准则

    3.未来EE架构的特点

    a.硬件虚拟化

    b.功能分层合并化

    4.控制器硬件架构向消费电子主流技术融合

    5.开发模式变化与差异化客户价值实现

    6.未来架构推进与OEM和零部件集团的机会领域

    1.老实说,对于大众的新能源战略我是表示怀疑的。大众在BEV上的狂飙突进式转变既可能是*,更可能是误判---不要过于迷信大众的战略判断能力,大机构的问题德国人是免不了的,德国人的技术专精文化才是他们保持领先的原因。但大众将其BEV概念命名为ID倒是真正值得思量。

    互联网时代的今天与可见的未来,基础商业生态与竞争格局已经确定:个人的移动ID+绑定的移动支付帐户实现了个体与社会最扁平和广泛的联结,实现模式和商业提供者已经尘埃落地。在这里,中国走在世界的前面,这是2-3个巨头,如AT,及其体系提供的生态环境。汽车行业在中国有机会找到并率先实践在这样的生态环境中汽车的最合适的角色,实现在“行”的领域的万物互联,完成互联网在“行”场景的拼图。

    对EE架构的未来需求现在最重要和迫切的方面就是实现用户ID在车内外及场景切换的无缝融合。

    自动驾驶对EE架构的未来需求在时间表上相对不那么急迫,但作为前期基础的车联网的普及可以预期。V2X/V2V需要与国家,地区通信基础设施规划同步,国内的5G部署速度会很快,所以考虑V2X的场景还是结合中国自身情况。相应带宽、运算力的需求怎么预计都不为过。再考虑到车内网CAN总线升级为以太网代际更新的巨大代价,无论如何汽车行业也要提前谋划了。

    当然传统功能:动力、底盘、车身、驾驶辅助、infotainment对未来的EE架构仍有需求顺承。

    2.生物学对于动物神经系统的进化传统上是这样认为的(刘凌云,郑光美2009,普通动物学,高等教育出版社):

    经神经细胞的神经纤维交织而成神经网;

    许多神经细胞体聚集在一起形成神经节;

    动物体前部的几个神经节融合在一起形成“脑”

    神经系统的进化方向是从分散到集中。

    EE架构的发展趋势也是由分散式向集中式发展,在智能化和计算能力相互促进提高的过程中,愈发与动物神经系统进化方向类似了。下图在引用朱玉龙的文章图基础上做了增添。

    这样看,相应的EE架构设计准则要沿着这个方向落实。

    大的拓扑应该是什么样子?功能层级如何设计?

    哪些功能应该放在一起,哪些需要独立分布?

    哪些需要频繁升级更新?

    车型市场定位、种类、产量不一样,开发准则会有不同。汽车市场各家OEM就得寻找差异化的竞争力,架构策略会有不同。

    差异化需求落在个性化的走个人数字方向,那么软件差异性化,升级迭代,软件功能订购是必须。现在很多车上都已经宣传个人的信息帐号系统已经建立了,软件也在更新换代,OTA已经实现。这只是部分功能(Infotainment为主)的帐号关联。

    如把车作为MaaS解决方向的话,需要关联的功能就会有其他和V2X基础设施和智能交通管理相关联的方向。

    奔驰看来是两个方向分开的很清楚了,传统的C、E、S、G等系列就是面向私人拥有用户,新发布的未来EQ系列就是面向公共出行领域的方案。

    3.未来EE架构的特点比较令人注意的是:

    a)硬件虚拟化

    一方面,随着未来数据计算力要求越来越高,消费电子类巨头抢占汽车核心处理芯片的趋势越发明显,这使得车上硬件计算资源不再像过去受限。硬件基础支持传统功能在硬件层级的融合。

    另一方面,功能开发里的功能安全与网络信息安全(这两块在欧洲OEM是与功能开发相同步的流程)为了让不同Safety/Security级别的功能能够合理有效的实现,需要对系统的底层硬件与软件做技术升级。汽车电子的虚拟化能够直接从硬件层面分割硬件资源保持片上多软件系统独立。

    b)功能分层合并化

    相关技术驱动对EE架构的发展几乎是决定性的,现在和未来的控制器因为有强大的硬件计算能力与丰富的软件接口支持,使得更多核心功能模块集中于(域)控制器内,系统功能集成度大大提高,这样对于功能的感知与执行的硬件要求降低,加之数据交互的接口标准化/网络化,会让这些零部件变成标准零件,从而降低这部分零部件开发/制造成本。简而言之,外围零件只关注本身基本功能,而中央(域)控制器关注系统级功能实现。

    这种事情正在过去的几年中发生,我之前工作的德企曾是最大的独立EPB供应商,当制动系统供应商逐步在后制动器中加入执行机构后,几年间不得不放弃近5亿欧元的业务。不过下一步,ESP供应商在OEM的支持下,在ECU中集成EPB功能,于是制动系统供应商只能无奈在系统中减掉控制器,又是几十亿欧元的业务啊。

    话说回来,最终用户得到好处,这就是技术进步的价值所在啊!

    以后哪些ECU合并,算法合并还有哪些功能简化降级,牵扯产业链上下游多方利益,要由需求端和行业从业方利益平衡而定,值得从业方密切关注。

4.控制器硬件架构向消费电子主流技术融合

    目前,主控制器主要基于32位Tricore,PowerPC以及850等架构的微处理器,而对于海量计算,高速数据传输,传统架构体系已经无法满足未来应用需求,重要的是这些高性能需求在开发上付出的成本愈来愈大,这就是为什么新架构内核芯片在积极进入汽车电子行业,可以看到恩智浦和瑞萨这两家最新的车载芯片都从已有的芯片平台往ARM上转移。未来,一些电子巨头在应用中规划10G带宽传输,线束需要从UTP/STP切换成光纤,另外随着带宽提高对于主芯片的缓存/内存读写能力要求将大大提高,IntelGo平台加入了PCIe总线。更不用说NVIDIA在车用AI芯片领域的火爆。

    汽车电子与消费电子的融合发展是大势!

    5.开发模式变化与差异化客户价值实现

    基础硬件和软件的厂商将高度集中,甚至可能出现大批量使用“标准”EE架构模块的情况。这样,供应商将很难包打整个系统,而成为类似即插即用的供应商,OEM和工程开发设计公司以及第三方软件供应商会更多参与进来。

    作为最终的负责方,OEM在系统开发中会担当越来越重要的角色,而彻底放弃底层开发,未来的重心将来落在在把握用户需求,甚至实现大规模按需定制。分层开发和个性化应用开发使得效率提高、迭代更新加快、催生新需求新应用。

    6.未来EE架构推进与OEM和零部件集团的机会领域

    EE架构向未来体系的切换某种意义上说是行业的自我颠覆。切换的过程一定是艰难的,OEM要维持既往产品平台的EOP以及售后保障,要组织适应新架构下的开发体系和供应链体系;行业需要继续协调层级间的接口标准和开发准则。举个不恰当例子:过去十年大众集团都在统一大众平台和奥迪平台EE架构通讯标准,直等到因柴油门大众集团将大众和奥迪品牌分拆,这项工作也没有达到计划终点。

    另外,目前的控制器产品序列的算力仍不足以支撑所有功能计算上移,还待未来供应链体系变迁和行业标准继续推进。有朋友怀疑现有Tier1巨头们为守住自己的奶酪会尽量搅局。从汽车行业自身看是这样的,封闭系统向来排斥自我颠覆。但新造车势力的兴起、消费电子企业的杀入都是行业开放趋势的必然。更重要的是,优势技术的发展必然跨界,从某一原生领域蔓延到新领域,这样才会激发技术内驱力催生新需求。可以想象:彻底分层的EE架构和产业链体系不仅可用于汽车(Vehicle),其他具有载具(Vehicle)性质的产业领域当然可以应用,并能够进一步降低成本(可能降低开发成本部分更重要)提高性能。这样的领域有:行动机器人、无人机和私人航空器。

    零部件集团:即插即用的系统,仅含标准接口的传感器和执行器的系统,例如在制动系统,带电机驻车装置和转速传感器的后制动钳;四通路液压阀体系统;带蓄能器电制动主缸。这些即插即用系统将成为以超级批量(年产量大于1000万套,产品生命周期>15年)、规格系列化、价格超低为特点的业务。

    传统的汽车电子供应商的芯片则更多的在安全领域,终端执行,感知层面出现。

    OEM:新开发和分工模式使得出现新型运营商可行性更高。更轻资产的OEM可能出现,特别是掌握MaaS运营网络的跨界企业;主打Niche市场的小微主机厂生存可能性变大。代工厂、特别是零部件集团出身的代工厂将成为行业巨无霸制造商,真正意义的OEM(OriginalEquipmentManufacturer初始设备制造商)为面对消费端的OEM提供制造服务。

    总结:

    这是一个汽车行业超级变动的前夜时代。众多领域的技术内驱(新能源、智能网联、电子和材料技术)推动着我们产业链上下游进化、变迁。20多年前在一汽大众看到2代捷达80年代初始设计的13吋制动钳图纸是大众的工程师自己设计的,还是手绘描图的图纸,到97年升级到14吋制动钳就已经全部由Teves、Lucas两家供应商负责了。这个分工合作的趋势在全球化的过去20年,催生出大批Tier1系统零部件集团。但这个生态演变显然不仅没有结束,可能正在发生质变。互联网时代的今天,硬件实现了超级算力、软件产业无比庞杂,跨界融合比比皆是。满足个性小市场需求、颠覆性的提供高效率生产力是汽车行业产品发展两化(电动化和智能化)改善人类生活的预期,现在看来还不止于此。这真是一个令人惊奇,充满机会的创新者时代!


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