四款汽車電子主機(jī)廠電子電氣架構(gòu)對(duì)比

未來汽車產(chǎn)品最核心的技術(shù)是電子電氣架構(gòu)，汽車電子電氣架構(gòu)由分散式、嵌入式逐漸向集中式、集成式的方向發(fā)展，最終的理想狀態(tài)應(yīng)該是形成一個(gè)汽車中央大腦（one brain），統(tǒng)一管理各種功能。電子電氣架構(gòu)類似于“中央政府”，可對(duì)汽車的各種功能進(jìn)行統(tǒng)籌管理，避免“諸侯割據(jù)、政令不一”。開始的時(shí)候這個(gè)“中央政府”可能會(huì)管得少一些，“地方諸侯”還依然保有一定控制權(quán)，但之后“中央政府”一定會(huì)管得越來越多，最終地方行政機(jī)構(gòu)只接收“中央政府”指令并予以高效執(zhí)行，以確保車輛整體表現(xiàn)最優(yōu)。

由于過去汽車上控制器相互獨(dú)立，軟件為嵌入式，整車做最終硬件集成即可。未來隨著 ECU 的減負(fù)，原先高度分散的功能集成至域控制器，主機(jī)廠必須自己掌握中央控制系統(tǒng)，否則就會(huì)失去對(duì)汽車產(chǎn)品的控制權(quán)。而把原本高度分散的控制功能逐步整合統(tǒng)一起來是傳統(tǒng)車企的全新必修課，因此車企對(duì)電子電氣架構(gòu)的掌握是分步的、漸進(jìn)式的。主流車企電子電氣架構(gòu)進(jìn)化節(jié)奏不一。

01 ? 奧迪A8小試牛刀

2018 年推出的奧迪 A8率先實(shí)現(xiàn)了輔助駕駛功能的集成式控制，取代了 ECU相互分離的分布式的輔助駕駛系統(tǒng)。除自動(dòng)駕駛域集成外，其余底盤+安全、動(dòng)力、車身、娛樂四大域仍然采用分布式架構(gòu)。

其自動(dòng)駕駛域控制器由 4塊芯片組成，Mobileye EyeQ3負(fù)責(zé)視覺感知計(jì)算，如交通信號(hào)識(shí)別、行人監(jiān)測(cè)、碰撞報(bào)警，車道線識(shí)別、光線探測(cè)。英偉達(dá) K1負(fù)責(zé)圖像融合計(jì)算，如駕駛員監(jiān)測(cè)、360全景攝像頭的圖像處理。英特爾 Cyclone V 負(fù)責(zé)目標(biāo)融合、地圖融合、停車輔助、預(yù)剎車燈。英飛凌的 Aurix TC297 負(fù)責(zé)通信處理。這個(gè)自動(dòng)駕駛域控制器軟件開發(fā)由奧地利軟件公司 TTTech 完成，德爾福提供硬件集成。

2018 款?yuàn)W迪 A8域控制器

02 ? 特斯拉Model3開啟電子電氣架構(gòu)的全面變革

特斯拉是汽車電子電氣架構(gòu)的全面變革者，2012年 Model S 有較為明顯的功能域劃分，包括動(dòng)力域、底盤域、車身域，ADAS模塊橫跨了動(dòng)力和底盤域，由于傳統(tǒng)域架構(gòu)無法滿足自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展和軟件定義汽車的需求，為解耦軟硬件，搭載算力更強(qiáng)大的主控芯片，必須先進(jìn)行電子電氣架構(gòu)的變革，因此 2017 年特斯拉推出的 Model3 突破了功能域的框架，實(shí)現(xiàn)了中央計(jì)算+區(qū)域控制器框架，通過搭建異域融合架構(gòu)+自主軟件平臺(tái)，不僅實(shí)現(xiàn)軟件定義汽車，還有效降低整車成本，提高效率：

1）Model 3整車三個(gè)控制器，有效降低物料成本；

2）硬件集成為軟件，為汽車深度的控制和維護(hù)提供基礎(chǔ)；

3）自主軟件平臺(tái)通過模塊化支持?jǐn)U展復(fù)用。

特斯拉 Model3基本實(shí)現(xiàn)了中央集中式架構(gòu)的雛形，不過 Model3距離真正的中央集中式架構(gòu)還有相當(dāng)距離：通訊架構(gòu)以 CAN總線為主，中央計(jì)算模塊只是形式上將影音娛樂 MCU、自動(dòng)駕駛 FSD以及車內(nèi)外聯(lián)網(wǎng)模塊集成在一塊板子上，且各模塊獨(dú)立運(yùn)行各自的操作系統(tǒng)。但無論如何，Model3 已經(jīng)踐行了中央計(jì)算+區(qū)域控制的電子電氣架構(gòu)理念框架，領(lǐng)先傳統(tǒng)車企6年左右。

特斯拉三代車的電子電氣架構(gòu)演進(jìn)背后的實(shí)質(zhì)是不斷把車輛功能從供應(yīng)商手中拿回來自主開發(fā)的過程。Model3 的自動(dòng)駕駛模塊、娛樂控制模塊、其它區(qū)域控制器、熱管理均為自主設(shè)計(jì)開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了整車主要模塊自主，不依賴 Tier1，即使沒有實(shí)現(xiàn)自主的模塊，特斯拉也與供應(yīng)商進(jìn)行了聯(lián)合開發(fā)，比如特斯拉將自己的軟件加入到了博世為其提供的 ibooster里，通過軟件更新實(shí)現(xiàn)剎車距離變短。

通過三款車型的演進(jìn)，特斯拉的新型電子電氣架構(gòu)不僅實(shí)現(xiàn)了 ECU數(shù)量的大幅減少、線束大幅縮短（MODEL S 線束 3000米，Model 3 減少一半以上），更打破了汽車產(chǎn)業(yè)舊有的零部件供應(yīng)體系（即軟硬件深度耦合打包出售給主機(jī)廠，主機(jī)廠議價(jià)能力差，后續(xù)功能調(diào)整困難），真正實(shí)現(xiàn)了軟件定義汽車，特斯拉的 OTA 可以改變制動(dòng)距離、開通座椅加熱，提供個(gè)性化的用戶體驗(yàn)，由于突破了功能域，特斯拉的域控制器橫跨車身、座艙、底盤及動(dòng)力域，這使得車輛的功能迭代更為靈活，用戶可以體驗(yàn)到車是常用常新的，與之形成鮮明對(duì)比的是，大部分傳統(tǒng)車廠的 OTA 僅限于車載信息娛樂等功能。

特斯拉為了更好地發(fā)揮軟件的作用，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)駕駛主控芯片這一最為核心的智能硬件的自研自制（特斯拉認(rèn)為芯片的專用設(shè)計(jì)使得其上的軟件運(yùn)行更高效），這意味著后續(xù)特斯拉車輛的升級(jí)速度、功能的部署都不再依賴外部 SOC芯片供應(yīng)商，真正將車輛的靈魂掌握在自己手中。

03 ? 大眾 ID 系列電子電氣架構(gòu)

大眾汽車已經(jīng)從 MQB 平臺(tái)車型的分布式電子電氣架構(gòu)升級(jí)為 MEB 平臺(tái) ID 系列車型上采用的三個(gè)功能域的電子電氣架構(gòu)。

按規(guī)劃，基于大眾 MEB 平臺(tái)的 ID系列電子電氣架構(gòu)為 E31.1版，2023年在 PPE 平臺(tái)搭載 E31.2版，到 2025年后才進(jìn)化到 E32.0 版。

大眾的 E3架構(gòu)主要由車輛控制域（ICAS1）、智能駕駛域（ICAS2）和智能座艙域（ICAS3）組成，其中智能駕駛域 ICAS2尚未開發(fā)完成，量產(chǎn)車型上搭載的依然是分布式架構(gòu)方案，大眾 ID 系列的電子電氣架構(gòu)雖然有三個(gè)功能域，但同時(shí)依然保留了較多分布式模塊，大眾 ID4有 52 個(gè) ECU，兩倍于特斯拉 Model Y ECU數(shù)量。國(guó)產(chǎn) ID4輔助駕駛功能由 Mobileye單目攝像頭+前長(zhǎng)距雷達(dá)+兩個(gè)后角雷達(dá)實(shí)現(xiàn)，作為平價(jià)電動(dòng)車，在自動(dòng)駕駛域控制器這塊暫時(shí)沒有選擇跟特斯拉和中國(guó)新勢(shì)力去PK。

大眾電子電氣架構(gòu)時(shí)間推進(jìn)規(guī)劃

大眾 ID4 的車輛控制域、信息娛樂域控制器

大眾 MEB 平臺(tái)車型當(dāng)前智能駕駛方案為分布式

大眾 ID 系列車型 2021 年完成 7 萬臺(tái)交付量，低于前期規(guī)劃。中國(guó)作為大眾最重要的單一市場(chǎng)，智能化這塊也正在加速追趕，2022 年大眾軟件公司 CARIAD 在中國(guó)成立子公司，據(jù)其中國(guó)子公司首席執(zhí)行官介紹，該公司的核心業(yè)務(wù)是針對(duì) MEB平臺(tái)進(jìn)行軟件研發(fā)，2022 年下半年啟動(dòng) OTA 功能，第二是針對(duì)高端平臺(tái)（PPE 在華首款車 2024 年投產(chǎn)）做中國(guó)本土化、數(shù)字化產(chǎn)品，包括高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)，其智能網(wǎng)聯(lián)系統(tǒng)也要與中國(guó)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)相結(jié)合；第三是圍繞 2025 年后 SSP 平臺(tái)做軟件研發(fā)。結(jié)合大眾汽車 2030NEW auto的規(guī)劃，軟件自研比例要上升到 60%，軟件研發(fā)保持自主的好處是實(shí)現(xiàn)敏捷（包括開發(fā)和維護(hù)）和體現(xiàn)產(chǎn)品差異化，其中本地化也是外資在中國(guó)提升智能化的必要且關(guān)鍵的一環(huán)，最終目的是打造吸引中國(guó)用戶的有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品。

我們看一下幾款同一時(shí)間面世的三款電動(dòng)車的電子電氣架構(gòu)的對(duì)比，雖然大眾ID系列也號(hào)稱是用三個(gè)域控制器代替過去 70+分布式 ECU，但實(shí)際上依然保有較多 ECU 數(shù)量，ID3 之前由于出現(xiàn)大面積的軟件 BUG 而遲遲未按期交付，這也反映出傳統(tǒng)車廠即使選擇進(jìn)行電子電氣架構(gòu)大變革，但若自身人才結(jié)構(gòu)及軟件實(shí)力尚不足夠，就依然會(huì)嚴(yán)重依賴外部供應(yīng)商，造成步子邁得太大帶來額外風(fēng)險(xiǎn)。所以大部分主機(jī)廠選擇的做法是走漸進(jìn)式路線，隨著自身軟件實(shí)力提升逐步收歸軟件主導(dǎo)權(quán)。

2021 年 Munro & Associates 工程公司比較了特斯拉 Model Y、福特 Mach-E 和大眾 ID.4電氣架構(gòu)之間的差異。涉及三款電動(dòng)車內(nèi) ECU的數(shù)量、CAN總線的數(shù)量、以太網(wǎng)的使用、LIN總線、LVDS（Low-Voltage Differential Signaling，低電壓差分信號(hào)）通道的使用、音頻、保險(xiǎn)絲和繼電器的使用等方面。特斯拉 Model Y 集成度明顯更高，其 ECU數(shù)量是 ID4的一半，福特和大眾還保留了較多的現(xiàn)成的分布式 ECU，特斯拉的 LIN（本地互連網(wǎng)絡(luò)）數(shù)量也僅為大眾 ID4和福特 Mach-E 的一半。

Tesla 中 CAN（控制器局域網(wǎng)）總線的數(shù)量更高，由于攝像頭數(shù)量增加，特斯拉的低壓差分信號(hào)（LVDS）使用量是福特和大眾汽車的三倍以上，大眾汽車的以太網(wǎng)的使用更多。特斯拉從 Model 3開始車輛的低壓電氣部分不采用任何保險(xiǎn)絲盒繼電器。

04 ? 小鵬汽車 G9 電子電氣架構(gòu)具領(lǐng)先性

新勢(shì)力三強(qiáng)中小鵬汽車在電子電氣架構(gòu)方面走得比較領(lǐng)先，隨著車型從 G3、P7 和 P5，迭代到 G9 的這套 X-EEA3.0?電子電氣架構(gòu)，已經(jīng)進(jìn)入到中央集中式電子電氣架構(gòu)。憑借領(lǐng)先一代的架構(gòu)，搭載更高算力 SOC 芯片及更高算力利用率，小鵬G9 或成首款支持 XPILOT 4.0?智能輔助駕駛系統(tǒng)的量產(chǎn)車。

小鵬 P7 搭載小鵬第二代電子電氣架構(gòu)，具備混合式的特點(diǎn)：

1）分層域控。功能域控制器（智駕域控制器、車身域控制器、動(dòng)力域控制器等模塊）與中央域控制器并存；

2）跨域整合——域控制器覆蓋多重功能，保留局部的傳統(tǒng) ECU；

3）混合設(shè)計(jì)——傳統(tǒng)的信號(hào)交互和服務(wù)交互成為并存設(shè)計(jì)。

因此 CAN 總線和以太網(wǎng)總線并存，大數(shù)據(jù)/實(shí)時(shí)性交互均得以保證；以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)少，對(duì)網(wǎng)關(guān)要求低。

小鵬第二代電子電氣架構(gòu)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng) ECU數(shù)量減少約 60%，硬件資源實(shí)現(xiàn)高度集成，大部分的車身功能遷移至域控制器，中央處理器可實(shí)現(xiàn)支持儀表、信息娛樂系統(tǒng)以及智能車身相關(guān)控制的大部分功能，同時(shí)集成中央網(wǎng)關(guān)，兼容 V2X 的協(xié)議，支持車與車的局域網(wǎng)的通信，支持車與云端的互聯(lián)，車與遠(yuǎn)程數(shù)字終端的連接功能。小鵬汽車的智能駕駛域控制器，集成了高速 NGP、城市 GNP 及泊車功能。小鵬輔助駕駛采用激光雷達(dá)視覺融合方案，與特斯拉的純視覺方案不同，這就導(dǎo)致兩者硬件架構(gòu)不同，對(duì)于通訊帶寬、計(jì)算能力的要求也不一樣。

編輯：黃飛