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电动车电子电气架构

发布日期：2020-05-23

GRCC汽车电子电气架构创新发展论坛

2020-05-23 15:46:14

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电动车电子电气架构

背景

汽车的电子电气架构是指汽车的所有电子和电气部件，以及其互联结构和线束连接的总称。电子架构是汽车的大脑和神经系统，几乎连接，驱动和控制汽车的所有功能。在软件定义汽车的新时代，电子电气架构是汽车智能化的基础。2017年中国科技部将智能电动车的电子电气架构研发列为新能源车的重点项目。各大车企也争相在此领域展开竞争。

起源

1993年，奥迪A8上使用了5个ECU，最开始，ECU是仅仅用于控制发动机工作；随着汽车电子化程度越来越高，现在一些电子结构复杂的汽车，ECU 数量早就超过了100个，而面对高级别辅助驾驶系统的要求，ECU的这个数量不是太多了，而是远远不够。

因此，德尔福提出了汽车电子电气架构（EEA），以划分不同功能域的方式来集中控制不同ECU，这就是我们现在常说的车身与便利系统(Body&Convenience)、车用资讯娱乐系统(Infotainment)、底盘与安全系统(chassis and safety)、动力系统(powertrain)，以及高级辅助驾驶系统(ADAS)等五个大域，当然还包括下面的各种子域。这其中，每个域或子域都有对应的域控制器DCU和各种ECU，所有这些构成了汽车电子电气架构的网络拓扑。

特斯拉

特斯拉实力的本质是“汽车电子”，它正试图通过比竞争对手＊＊6年以上的架构来改变汽车行业的格局。特斯拉Model 3和Model S内装有“HW3.0”自动驾驶硬件^[1]。内置芯片是由特斯拉自主开发，处理性能达到144 TOPS（每秒144万亿次）。特斯拉的整个电子电气架构只有三大部分：CCM(中央计算模块)、BCM LH(左车身控制模块)、BCM RH(右车身控制模块)。特斯拉的Model 3很彻底：中央计算模块(CCM)直接整合了驾驶辅助系统(ADAS)和信息娱乐系统(IVI)两大域，以及外部连接和车内通信系统域功能；左车身控制模块(BCM_LH)和右车身控制模块(BCM_RH)分别负责剩下的车身与便利系统(Body&Convenience)、底盘与安全系统(chassis and safety)和部分动力系统(powertrain)的功能。

通用

2019年9月27日通用宣布在中国和北美市场推出全新一代电子架构，中国的凯迪拉克CT5是首款搭载车型^[2]。全新一代电子架构由通用汽车全球团队300多名研发人员共同开发，拥有100多项专利，信息处理速度为每小时4.5TB。

比亚迪

过去电子和电气部件是分散式布局，存在成本高，管理低效，装配复杂，设计难度大，售后多发等问题。比亚迪将架构集成为五大功能：动力，底盘，安全，娱乐和车身电子域。每个功能的电子件是集中式布局。举例：车身电子域的12合1控制器，优点是减重和降成本达30%以上而且空间节省50%以上^[3]。传统的12个分散式控制器（引擎音模式，组合仪表，网关，BCM，信息站（蓝牙钥匙），智能钥匙控制器，空调控制器，高频信息接收模块，倒车雷达ECU，胎压监测ECU）被集成为1个车身控制器。

华为

华为提出“计算+通信”的CC架构^[4]，在本质上革新了汽车的E/E架构。智能网联汽车对OTA、对软件编程、对车内高速通信的需求，总线＋分散控制的传统EE架构是无法解决的。华为认为，这需要分布式网络＋域控制器的架构才能解决上述问题，让汽车真正走向智能网联汽车。华为的CC架构，可以做到软件可升级、硬件可更换、传感器可拓展。

丰田

丰田基于新一代Central& Zone方案的汽车设计，通过ECU集成降低成本，具有空间优势、轻量化、车型覆盖多、可扩展性特点，其目标是设计简单的软件插件和实现物理层变化的本地化^[5]。

奥迪

奥迪是＊＊将各类功能都集中到中央域架构的车机厂商。2018款奥迪A8, 作为全球唯一一款量产的有限路况下L3级自动驾驶汽车，将一切辅助系统集中于中央驾驶辅助控制单元（简称“zFAS")。zFAS有4个核心元件，分工各有侧重：Mobileye EyeQ3是外界图像感知计算单元，NVIDIA K1是全景图像融合计算单元，Altera Cyclone V是各种传感器数据融合计算单元，而英飞凌的Aurix TC297则是主控通信处理单元。整个zFAS系统，硬件集成由德尔福提，软件的开发由TTTech负责。

宝马

目前多数E/E架构设计是渐进方式，重点是局部解决方案。宝马创建了分层的E/E架构（如下图）^[6]，优点包括：ECU分类是基于需求，适用于每类ECU的统一开发方法，每类ECU都有特定的系统需求，系统级优化是重点。对于下一代网络架构，中央通信服务器（CCS）将支持封装，以便在本地处理可扩展性。

博世

2017年博世把整车电子电气架构分为六个阶段：模块化，集成化，中央域化，跨域融合，车载中央电脑，车载云计算。同时，博世划分不同功能域的方式来集中控制不同ECU：车身与便利系统(Body&Convenience)、车用资讯娱乐系统(Infotainment)、底盘与安全系统(chassis and safety)、动力系统(powertrain)，以及高级辅助驾驶系统(ADAS)等五个大域^[7]。

大众

大众把200个不同供应商的70个ECU减少到三台中央车载电脑来减少软件复杂性。具体做法是收购软件的供应商。

总结

纵观当今汽车行业，汽车电子架构(EEA)的趋势是算力向中央集中，向云端集中。
随着汽车电子架构向域集中方向发展，Tier1们是＊＊遭受冲击的，他们必须拥有更广泛的系统能力，未来的汽车零部件供应商市场可能只会有两至三家巨头容纳的空间。可以预见的是：传统车企与传统Tier1们的亲密无间的岁月也要结束了，他们会各自暗怀珠胎，为软件的主导权争执不休^[7]。
未来拥有软件，整车和Tire1三者能力的企业更有机会胜出。目前特斯拉和比亚迪是我看好的。