[分享] 誰將“殺死”傳統汽車電子電氣架構？

作者Scape (缺鈣缺很大)

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標題[分享] 誰將“殺死”傳統汽車電子電氣架構？

時間Sun Mar 29 08:58:03 2020

這是一篇中國媒體寫的文章，不喜歡請左轉離開來源： https://www.d1ev.com/kol/111523 誰將“殺死”傳統汽車電子電氣架構？「在我看來，目前只有Model 3和大眾的ID.3，能稱為全新的電子電氣架構。因為它們的主幹網絡已經實現以太網控制，並且全車ECU集成到了幾大域控制器之中。」一位博世的工程師這樣告訴汽車之心。電子電氣架構簡稱E/E 架構，有時也被稱為EEA。（Electrical/Electronic Architecture）它是指對汽車的傳感器、中央處理器、ECU、線束、信息娛樂系統以及底盤系統等整車軟硬件進行系統設計的方案，進而實現車內高效的信號傳輸、系統佈置等效果。 E/E 架構這一概念最早由汽車供應商德爾福提出，後來被行業廣泛採用。近幾年，隨著汽車行業走向智能化，傳統E/E 架構開始受到挑戰。先是特斯拉以新一代集中式佈局的E/E架構率先發力，後有供應商如博世、安波福、大陸等強調E/E架構要從分佈式向集中式轉變。華為更是將矛頭直指其算力不足、缺少功能安全等問題。在主機廠中，也出現了大眾、通用和豐田這樣的變革者，正在佈局新一代E/E架構。傳統E/E 架構已經走到十字路口。 1.從助手到桎梏在很長一段時間內，研發E/E 架構是Tier 1 的專業。 Tier 1 配合主機廠進行E/E 架構設計和優化，最終目的是通過開發一套合理的整車電子電氣系統，來實現性能提升與成本控制並重的效果。最初，這件事很容易。因為自1886年第一輛奔馳三輪汽車被發明出來之前，車上的電子設備並不像今天這麼複雜，更談不上E/E架構。直到20 世紀初，開始出現更多需要電力進行啟動的設備如起動機、車載收音機等，電子電氣系統才逐漸成型。以車燈為例，最早的車燈是在燈罩下點煤油，直到發明了電燈，汽車開始採用鎢絲白熾燈進行汽車照明。 https://i.imgur.com/qVOrEGe.jpg

越來越多的電子電氣系統出現後，一些問題隨之出現。比如，如何完成這些系統內ECU 之間的通信成為挑戰。為解決這個問題，博世歷時三年，在1986 年開發出了CAN 總線，用來對ECU 的數據進行傳輸。 https://i.imgur.com/eDa5SwH.jpg

再過幾年，也就是1991 年，世界上首款基於CAN 總線系統的量產車型奔馳500E 正式亮相。由於採用了CAN 總線設計，車內各個控制模塊之間的傳輸速率為到83.3-500 kbit/s，其中用於發動機信號的CAN 總線傳輸速度為500kbit/s。本質上，CAN 總線是一種局域網技術，電氣系統和設備的ECU 之間的通信可以通過CAN 總線來完成。由於可以減少佈線、減輕重量以及節省車內空間，類似的方案此後一直被各大車企廣泛採用。電氣系統和電子設備的出現，還驅使供應商開始設計一套整體的佈局方案。 2007年，德爾福首次提出E/E架構的概念，對發動機系統、車窗控制、車載娛樂系統等一切需要電力控制的軟硬件進行系統設計和不斷優化，這一名為「E/E架構」的方案解決了汽車電子的通信和效率問題，以助手的角色讓汽車的性能越來越好。如果沒有後來興起的電動車和自動駕駛，傳統E/E 架構也許還能延續輝煌。但是，如你我所見，電動車和自動駕駛技術席捲了整個行業，大量新出現的ECU 和信號傳輸效率需求，讓原來的分佈式E/E 架構受到挑戰，甚至正在成為技術發展的桎梏。 https://i.imgur.com/obdX3eY.jpg

事實上，直到2017 年特斯拉Model 3 發佈時，整個汽車行業都沒有一款產品嚐試對傳統E/E 架構進行革新。換句話說，正是Model 3 出現，全新一代的集中式E/E 架構才呈現在人們面前。 https://i.imgur.com/eSWirNA.jpg

同樣在2017 年，從德爾福拆分出來的安波福提出smart architecture（智能架構），將汽車內部的大量模塊，整合為三類：分別是發動機模塊、信息娛樂模塊以及自動駕駛與主動安全模塊，並提出「神經」和「大腦」的概念，神經代表傳輸網絡架構，大腦代表計算平台。這種新的定義方式意味著供應商開始注重軟件算法對E/E 架構的影響。與此同時，博世、採埃孚、大陸等也紛紛意識到軟件對於汽車的衝擊，均提出要從分佈式向集中式轉變的新一代E/E 架構，以適應時代變化。其中，博世用六個階段來描述E/E 架構的發展趨勢，從簡單到復雜依次為模塊化、集成化、集中化、域融合、車載電腦和車-雲計算。 https://i.imgur.com/yMOVz8R.jpg

每演進一個階段，E/E 架構的效率會更高。比如，在集成化階段，CAN 總線的傳輸速率最大可達100 kBit/s。按照模型預測，如果採用車載以太網，可以實現比CAN 總線高1000 倍的帶寬，也即達到100Mbps 高實時帶寬。如果搭載車規級芯片，還可以讓汽車擁有中央計算機的處理能力，可以滿足車輛向智能終端演變的算力需求。對照博世的六個階段，可以看到，除了已經進入車載電腦的階段特斯拉Model 3，大多數車企的汽車E/E 架構剛剛度過模塊化階段，正在進入集成化階段。在滿足算力和信號傳輸速度等各項要求後，圍繞新一代的E/E 架構的角逐也正式拉開帷幕。 2.新一代E/E 架構出現提出新一代E/E 架構的背後，是汽車行業裡掀起的兩股浪潮。第一股浪潮是插電式混合動力汽車和純電動汽車的出現，它們引入了三電系統，從而增加了汽車E/E架構的複雜程度；第二股浪潮是智能座艙和自動駕駛。OTA 升級需求、大量的傳感器出現，產生了OTA 更新、大量數據處理和信號傳輸的需求，對算力和車輛安全提出挑戰。在面對這兩股浪潮時，傳統的分佈式E/E 架構的問題在於，算力不足、信號傳輸慢以及無法實現OTA 統一升級。現在車載ECU 的數量相比汽車早期出現數倍增加，以及日益增加的海量數據等待處理，直接讓傳統E/E 架構不堪重負。為了解決這些問題，便出現了車規級芯片，利於傳輸信號的以太網，以及解決了統一升級問題的域控制器。這三重因素，也是新一代E/E 架構的標誌。在解讀新一代E/E 架構之前，可以具體看一下博世的六個階段。博世用三類E/E 架構共六個階段來展示技術的演進。（1）當前，車企正在應用的第一類E/E 架構，採用分佈式設計，分為模塊化和集成化兩個階段：模塊化階段，汽車的每個功能擁有獨立ECU，現在大多數汽車處於該階段；集成化階段，車輛的設計開始進行功能集成，進而帶來ECU 的被集成。（2）今後，車企將採用第二類E/E 架構，採用（跨）域集中式設計，分為集中化和域融合兩個階段：集中化階段，指開始出現了域中心控制器；域融合階段，對應地開始出現跨域中心控制器。特斯拉Model 3 正是域融合階段的代表車型。（3）未來，E/E 架構將發展為第三類架構，即車輛集中E/E 架構，分為車載電腦和車-雲計算：車載電腦階段，採用的是車載電腦和區域導向架構；車-雲計算階段，車輛功能在雲端。目前來看，搭載新一代E/E 架構的車企如特斯拉等，在架構設計上均採用了集中式佈局。集中式佈局有幾點好處：縮短信號傳輸、因減少線束而降低車重、更好的信息安全性。拿特斯拉Model 3 來說，其E/E 架構由中央計算模塊（CCM）、左車身控制模塊（BCM LH）、右車身控制模塊（BCM RH）三個部分組成，用以控制車輛的行駛、轉彎和停止等操作。在這一架構下，全車線束只有1500 米，遠低於行業的平均水平。特斯拉之外，華為也對傳統E/E 架構亮劍。「從傳統車走向智能網聯汽車，必須進行架構的改變。傳統的E/E 架構是總線加分散控制的架構，一個車上幾百個控制器。但是走向智能網聯汽車，應該充分融合ICT技術幾十年發展所取得的成果與積累，把車做成分佈式以太網絡+三個域控制器架構，實現軟件定義汽車，持續為消費者提升體驗。」華為輪值CEO 徐直軍曾如是說。改進傳統的E/E 架構，華為的做法是提出代表計算和通信的「CC」架構，以及基於CC 架構衍生出三大平台智能駕駛平台（MDC）、智能座艙平台（CDC）和整車控制平台（ VDC）、聯結和雲服務。一位汽車業內人士表示，華為的MDC、CDC、VDC 可以理解為三大域控制器。這也許意味著，未來基於CC 架構的智能汽車，將實現和特斯拉Model 3 類似的能力。鑑於同行和供應商已經行動起來，車企的變革也迫在眉睫。 3.車企迎來大變革 E/E 架構決定車企的未來，E/E 架構的發展命運也被車企掌握在手中。大眾、通用和豐田已經率先行動起來，決定研發新一代E/E 架構。 2019 年3 月，大眾汽車CEO Herbert Diess 曾透露，計劃將現有的整車約70 個ECU 減少為三個中央處理器，通過集中式的方式將ECU 進行集成。基於MEB 平台的大眾ID.3，將搭載名為「E^3」的E/E 架構，只需通過兩台中央處理器就可完成所有的操作。對照博世的「六個階段」，由於大眾ID.3 將出現跨域中心控制器，所以應該屬於「域融合階段」。這也是大眾ID.3 與特斯拉的Model 3 一同，受到上面那位博世員工認可的原因。 https://i.imgur.com/Qu1Y0FE.jpg

2019 年5 月，通用汽車發布了新一代E/E 架構Global B。這個歷時四年研發的E/E 架構，將為通用未來產品開發中的電氣化、主動安全、車載娛樂、智能互聯以及Super Cruise 等在內的整車OTA 升級提供支持。新一代E/E架構每小時可以傳輸和處理4.5TB的數據，比上一代架構提升約5倍，最新搭載該架構的是通用旗下全新凱迪拉克 CT5。由於尚未看到Global B 的更多信息，所以暫時不好判斷這個架構屬於哪一階段，但從數據傳輸效率看，CT5 應該也是採用了以太網設計。 2019 年3 月，兩位豐田的人士透露，豐田新一代E/E 架構將採用中央+區域方案（Central & Zone Concept），基於新一代Central& Zone 方案的汽車設計，可以通過ECU 集成降低成本，具有空間優勢、輕量化、車型覆蓋多、可擴展性特點，目標是設計簡單的軟件插件和實現物理層變化的本地化。不過，目前尚未看到豐田基於新一代E/E 架構的車型。國內車企也在進行新一代E/E架構的研發，如上汽、廣汽、吉利等均已有所部署。吉利與沃爾沃聯合研發的CMA模塊化架構中，對E/E架構進行了改進，可以滿足5G 通信、高性能處理器、雷達等新需求，基於這一架構的的車型領克 01，在智能座艙和自動駕駛輔助系統方面有不俗的表現。不過，按照博世的六個階段進行對比，整體上，除了特斯拉Model 3、大眾ID.3 和通用凱迪拉克CT5，進入博世「集中化階段」的智能汽車並不多見，大多數車企的新一代E/E 架構正處於集成化階段向集中化階段過渡的節點。這或許是Model 3 的智能化受到熱捧銷量大增的原因之一，它在實際使用中總是會比傳統的汽車顯得聰明和好用，整車OTA 升級也能更加靈活。照此來看，ID.3 和CT5 未來大概率也將因智能化帶來銷量的提升。站在2020 年初，基於傳統E/E 架構的車型仍佔有很大市場，但新一代E/E 架構已經出現。在汽車消費者做出選擇的同時，部分車企已經率先行動，殺死傳統E/E 架構的這件事恐怕不會太遠。 ===================================================================== https://i.imgur.com/yMOVz8R.jpg

上面這張圖最早應該是是Bosch 在2015年在一篇文章中出現的： (R)evolution of E/E Architectures 2015-01-0196 https://bit.ly/33UGPyo 後來也在多場會議與文章中被提及原圖： https://i.imgur.com/uSdAzZT.png

目前絕大多數的車輛都還在Modular(模組化)、Integration(集成化)這兩個階段以Bosch 的分類方式來說，還處於分佈式電子架構的階段 Tesla Model 3 與VW ID.3 大概是已經到了Fusion 屬於集中式電子架構 E/E 電子架構由分散式走向集中化的原因是因為車輛對運算能力的需求越來越大同時因為各項功能越來越多，造成車內的線路也越來越複雜集中化除了可以使用更強大的車載電腦提供更好的運算能力外同時用上頻寬更大的網路(線路)可以降低線束長度與複雜度下面是Bentley Bentayga 的線束圖，從這就可以看到目前汽車線束有多複雜： https://i.imgur.com/Qrh9odY.jpg