【芯智驾】汽车从“功能机”演变为“智能机”，电子电气架构“进化”成关键

芯智驾──集萃产学研企名家观点，全面剖析AI芯片、第三代半导体等在汽车“大变形”时代的机会与挑战！

集微网报道，“软件定义汽车趋势之下，如今的智能电动汽车需要强大的计算能力并提供更多感知等方面的功能，传统的汽车架构的更新换代已经迫在眉睫。”在近日的安波福（前身为“德尔福”）2021上海车展的媒体交流会上，安波福亚太区总裁杨晓明对此指出。

而十多年前，正是安波福公司的前身德尔福率先提出了汽车架构的概念EEA，即电子电气架构。但随着汽车内的电子元器件越来越多，汽车电子系统的复杂度随之逐步累进，造成整个电子电气构架松散，各单元、模块由线束链接，即分布式构架。

如今在汽车迈向智能化、电气化、网联化的进程中，传统分布式的汽车架构也近乎接近其架构极限，面对未来的无人驾驶、车联网等需求将力不从心。在从“功能机”向“智能机”升级之路上，汽车电子电气的更新换代成为需要突破的关键因素。

传统汽车分布式架构沦为沉重的“负担”

为何更换？根本原因是汽车产品这一属性在不断改变。汽车电子电气架构是随着汽车从机械式的硬件产品向机电一体、软硬结合产品的转变而演变。

其实，20 世纪50 年代的汽车几乎没有电子设备，以1957年的雪佛兰Bel Air为例，其内部结构十分简约几乎没有电子元件。

汽车上最早出现的电子控制单元（ECU）的作用仅仅在于实现对发动机功能的控制，车辆各功能由不同的单一ECU控制，这就是最初的分布式架构。

20世纪90年代开始，为了丰富汽车的电子功能，整车厂曾大张旗鼓地往车上搭载各种ECU元件。据悉，从1993年到2010年，奥迪A8车型上使用的ECU数量从5个骤增至上百个。

但ECU数量不断增加，也成为各大整车厂一大沉重的负担：不同ECU来自不同供应商，车厂后期维护升级困难且繁琐；同时，各ECU都是独立的通信渠道，电源和数据分配的布线方案难度增加；此外，各个ECU的运算能力不一，都需要自己的冗余设计，这大幅提高了车厂的成本。

这些缺陷是传统分布式电子电气架构无法解决的问题，整车厂不能坐以待毙了，亟需一个全新的电子电气架构来寻求突破。

区域控制器“化繁为简”

在这场变革中，传统的ECU供应商可能最先感受到时代气息的骤变。德尔福（先安波福）、博世等引入了“功能域”的概念，来统一搭建整车电子电气架构，这也意味着逐渐向集中式电子电器架构演变。顾名思义，功能域就是按照功能来进行划分，即所谓的车身与便利系统、娱乐系统、底盘与安全系统、动力系统以及辅助驾驶系统。

 博世的电子电气架构技术战略图

图片来源：网络

在这个过程中，区域控制器（ DCU）不可或缺。

如果说分布式电子电气架构是ECU增多，那么DCU就是给ECU“减负”，化繁为简。

在车辆中，区域控制器作为节点，可以协调域下的各个ECU，同时担负域内主要的运算职责，这样就可以大大降低每个ECU需要担负的运算能力，也就是在一定程度上打通了分布式架构中每个ECU各自为政的“孤岛”局面，可以支持更多智能的、复杂的功能。

DCU看似功能简单，但其对简化汽车架构，进一步提升汽车性能却是至关重要的一步，以2017年奥迪A8 投产时搭载的全球首个L3自动驾驶域控制器zFAS为例。

奥迪将奥迪A8所有驾驶辅助系统相互分离的ECU全部放弃，转而将相关数据全部集中到中央驾驶辅助控制单元（zFAS）。zFAS集成了四大厉害的功能，其中，平台处理器是英伟达 Tegra K1，用于360°视觉数据的融合处理，对于监视员的状态进行监控； Mobileye的EyeQ3负责图像处理，特别是前视处理的部分；Altera Cyclone用于感知数据的融合处理，和处理超声波传感器，通过这个芯片实现内部的通信；英飞凌Aurix Tricore用于整个模块的运行安全操作，协调整体的工作，对外进行通信。

zFAS在当时代表了传统车企前沿甚至最高的水平，并开启了行业的变革，驱动行业进入集成式的电子电气架构时代。

特斯拉加快迭变速度

特斯拉更是以全方位的创新，加快了汽车行业电子电气架构的迭代速度。特斯拉采取了集中式的电子电气架构，通过自主研发底层操作系统，并使用中央处理器对不同的域处理器和ECU进行统一管理。这种架构与智能手机和PC非常相似。

特斯拉Model 3的电子电气架构只有三大域：中央计算模块（CCM）、左车身控制模块（BCM LH）和 右车身控制模块（BCM RH）。其中CCM将IVI（信息娱乐系统）、ADAS/Autopilot（辅助驾驶系统）和车内外通信3部分整合为一体，CCM 上运行着X86 Linux 系统。BCM LH 和 BCM RH 则负责车身与便利系统、底盘与安全系统以及动力系统的功能。

当然，特斯拉一直特立独行，在集中式架构路上也属于遥遥领先。

那么，行业玩家普遍处在什么水平呢？

大众的MEB平台做了三大控制器：车辆控制域（ICAS1）、智能驾驶域（ICAS2）和智能座舱域（ICAS3），但车辆的分布式模块还比较多。而更加传统的车企的电子电气架构集成度更低一些，进化也缓慢一些，分为自动驾驶域、动力域、底盘域、座舱域和车身域五大域。

国内车企都在朝着集中式的电子电气架构演化。例如，2019年，通用汽车推出了新一代电子电气架构Global B；2020年，随着小鹏 P7量产，其与英伟达、德赛西威三方合作开发的自动驾驶域控制器IPU 03也已投入量产；奇瑞、领克也发布了各种的域集中式架构；理想汽车也表示，将在2022年推出搭载基于英伟达Orin芯片的自动驾驶域控制器。

座舱域控制器快速落地

零部件供应商也在这股潮流中积极转型，很多聚焦于智能座舱域控制器，这也是目前量产较为成熟的领域。传统座舱域是由多个分布式的电子控制单元（ECU）组成，也难以并支持多屏互动、多模交互等复杂座舱功能，也由此催生出座舱域控制器这一集中式的计算平台。

业界首款可量产座舱域控制器，要追溯至伟世通在2016年亮相发布的SmartCore^TM平台。2019年，广汽Aion LX的上市意味着伟世通集成3个座舱域的SmartCore^TM域控制器正式量产。SmartCore^TM使用了高通全新的骁龙芯片，满足了新一代座舱电子系统所需的强大的算力和AI能力，并基于强大的CPU和GPU，可支持多达6~8个显示屏，助力智能语音交互，增强现实和图像处理，为实现智能电子座舱提供了硬件平台支持。

图片来源：佛吉亚

去年，佛吉亚搭载在红旗H9，以及哈曼搭载于北汽ARCFOX αT的座舱域控制器也完成量产上市。佛吉亚为红旗H9打造了集成多个系统、基于虚拟化方案的座舱域控制器，通过一体化的车载信息娱乐系统，驱动仪表组、中控等前排系统，同时实现前排与后排系统间的信息交互与融合，还依托特别研发的一套算法，座舱域控制器能够协调多个不同的系统，无缝整合一系列座舱服务和功能，同时大大降低了座舱控制的复杂程度。

图片来源：哈曼

大势所趋，自主零部件供应商也投身于研发大潮中，如德赛西威、华为、华阳等都推出了自己的智能座舱域控制器。未来的方向聚焦于开发具备更高性能、更高集成度和扩展性的座舱域控制器，甚至是算力要求更多的自动驾驶域控制器，以更好地满足整车厂的多样化开发需求。

重塑汽车供应链体系

展望未来，智能网联、自动驾驶要求更高的算力和更多传感器件，算力也会向中央集中，向云端集中，汽车电子电气架构的演进也正朝着集成式，甚至服务器式这一方向前行。

同样，电子电气架构在未来面临的颠覆性趋势不可小觑，这些趋势将重塑汽车供应链。可以看出，电子电气架构升级的核心技术涉及芯片/计算平台、操作系统、软件架构、以太网、5G、云计算等。而且，这些核心技术对于汽车变得愈发重要，其地位不亚于甚至有望超越发动机、变速器、底盘传统三大件，新技术公司的入局使供应链的边界逐渐模糊，汽车产业原有的核心竞争要素也发生本质变化。

就传统的汽车供应链而言，整车厂在整条供应链主要负责汽车研发制造、结构集成，当然这是以往最为重要的环节。而现在智能电动汽车的核心元素发生了极大转变，新的三大核心竞争要素为硬件、软件和服务。未来，软件将定义汽车的价值和体验，软件能力成为车企打造差异化竞争和用户体验的关键。

其实，“软件定义汽车”已经成为当下产业链头部企业的战略共识，大众、丰田、上汽等整车企业都在自建或强化软件开发体系，博世、麦格纳、大陆、采埃孚等零部件巨头也在积极加码。那么，在这一趋势之下，原有的整零关系将有何变化？

德勤表示，诸多战略性举措可能就此催生：车企可以组建行业联盟来实现车辆架构标准化，IT巨头可以引入车载云平台，出行方案供应商可以开发开源车辆堆栈和软件功能，车企也可引入更加先进的互联车辆和自动驾驶车辆。

而供应商领域，未来拥有某一项或多项核心技术优势的玩家，将在此次大变革中引领智能汽车领域，并构建庞大的生态体系，正如我们看到的今天的华为，作为汽车行业的供应商，后来居上，而且并正在打破行业规则。

至于未来汽车行业的发展、技术的发展与融合实际上是整个市场、生态演变与选择的结果，究竟会向哪个模式发展，时间会给我们答案。

(校对/Jimmy)