汽车的新型电子电气架构的价值

本文是汽车之家深评问道的约稿，主要介绍什么是电子电气架构，在智能汽车进化时它怎么改变，车企等企业为什么做这个，有什么用?

2010年以后，随着移动互联网普及和新锐特斯拉的发展，我们看到从电动汽车快速进入个人消费市场，使得汽车产业带来了重大的发展变革和历史机遇。，从目前的演变趋势来看，很多地方都会带来改变，这里既有传统动力总成转向电动汽车独特的东西。比如今年通用汽车不止一次在各个场合提到，新一代电子电气架构Global B将为“未来汽车产品开发中的电气化、主动安全、车载娱乐、智能互联以及Super Cruise 技术升级提供系统支持，并为通用推出真正的「智能汽车」奠定了基础。“这篇文章也重点探讨一下，目前被全球主要的企业所重视的电子电气架构的变化和演进，到底给汽车这个产品能带来什么样的东西。

1）汽车企业折腾电子电气架构是为什么？

   汽车的基本功能是驾驶，如同手机的基本功能是电话联络一样，在目前电子和IT技术发展迅速的时代，汽车里面的电子和IT网络的技术发展只能说还不够快。特斯拉的快速发展，一方面体现出车企在满足消费者对于汽车非驾驶方面的功能诉求还没有被充分挖掘出来，另一方面也体现出消费者对于新兴的自动驾驶、交互设计和那些数字化的好玩的功能的相对宽容。这使得传统整车企业的领导层都感受到了技术的发展对于自身开发的压力，特别是受到以快打慢，讲究体验和迭代的IT，互联网巨头竞争的压力。顺应消费者的诉求，整个汽车行业也不得不快速与数字世界融合中，不管从研发，制造到服务都处于数字化的演变中。车企想要从用户体验出发设计整车功能，想要试图把数字化生活拓展到车上，使得车辆成为数字化生活的一部分，并且借鉴Apple模式来开发整车（Apple有自己的用户体验/UX设计，以及封闭成熟的iOS系统，性能领先的处理芯片），车企能做的首先是改变一台车的电子电气架构。

电子电气架构是车企定义的一套整合方式，是把汽车里的各类传感器、ECU嵌入式控制器、线束拓扑、电子电气分配系统整合在一起的一个组合，实现整车的配置与功能，车辆功能运算和动力、能量的分配等功能。这个工作，从欧洲企业开始，从最早的大众汽车的MEB汽车架构，其他几家汽车企业（大众、宝马、奔驰和沃尔沃）就开始了在汽车EE架构和新的基于车载高性能计算平台上的开发工作，这种改变一方面是由于特斯拉在很多方面跳跃式的开发方式，另一方面欧洲的豪华车企敏锐的感受到消费者对于消费电子特别是手机的使用，对未来心目中炫酷和豪华的汽车，从现有基于动力总成、内饰等等比较传统的开发模式，在电子化 网络化 智能进化是有相似的期待的。

如下图所示，我们能看到的就是软件和功能的集中，从原有的分布式兼容的EE架构，往跨领域的集中式EE架构，演化成由全车功能分配出发，基于车载计算平台（边缘计算和云计算结合）的车辆一体化的EE架构。从目前已经公开的表态中，大众集团推进的最为迅速，计划从传统的一辆MQB的车辆架构有近70个ECU，数量削减到3-5个核心的高性能车载计算平台（HPC）。通过对这几个核心的HPC掌控，大众会把自己车辆的软件功能从传统的外包模式转向内部开发，把原有的依赖于200个供应商不断把软件转化成围绕自己VW.OS的操作系统，把所有的汽车平台的差异迈向由软件定义。从战略上来看实现功能的软件的形式和功能和质量有效地决定了驾驶和拥有车辆的体验，这是在智能家居、智能手机和其他面向消费者的产品共同的特征，而且一旦大众集团试验下来做法行得通，这样的做法将会迅速在欧洲和美国的汽车企业里面流行起来，所有有雄心的车企都希望牢牢控制决定产品个性化的核心技术，每个企业都会把自己的汽车产品依托于一个智能的可演化的汽车电子架构，这也是车企开始折腾这个东西的根本原因。

图1 Bosch 电子电气架构的演变

2）电子电气架构是什么？它的发展趋势是什么？

电子电器架构的需求慢慢朝个人数字生活需求转变，其主要的理念是基于“MaaS”的理念。

• 过去：在传统的电子电气架构中，会根据功能划分在不同的模块领域，如动力总成、信息娱乐、底盘、车身等，这样分配的目的一方面可以把功能进行简化，也能在各个领域里面找到最优的供应商。每个控制器的设计基于特定的功能，并通过CAN总线传递信息，实现整车的功能。这样的架构方案最大的特点是功能划分明确，可以通过预先的设计严格明确界限，所有的历史继承性工作也强，每个模块的独立性较强，需要有变革选出一部分东西予以更新就可以了。这种模式的缺点也是模式的上限不够，模块太多而且可控性不强

• 现在：在进入集中式架构中，使用领域划分的方法，把从属相关的部分尽可能进行整合，以几个大单元为单位打破模块内的功能划分。特别是通过系统和软件层面的集成，把原有的硬件配置打破，中间的域控制器成为一个领域内的主要计算和调度单位，把它的核心能力分配给整个领域使用。这个方案的特点，主要是受制于大规模生产下，不同的平台的模块在空间布置上是有物理限制的，基于一个领域的划分在车辆物理空间上未必是最优的分配，想要大规模的推广使用，其实受到了车型的实际限制。

• 未来：这就是围绕着区域，围绕着更大范围内的计算平台的搭建，通过一个或者若干个核心的计算平台，车企可以把它作为一个核心的基础，在上面构建一整套完整的软件系统。（我们可以看成是手机的主板）

目前，汽车企业的电子电气架构都是围绕一个强有力的通信架构和整车级”计算平台“的两项内容而来的。从平台上来看，整车企业在做架构更新的第一步，是重新审视哪些东西应该放在一起，哪些需要独立分布，哪些需要频繁升级更新，目前

车企比较一致的想法是分为三块：

图2HCP的演化也在域控制器上面有很大的空间

1. 自动驾驶计算平台：根据L3-L4的不同的需求来确定到底需要几个HCP AD

2. 车辆基础计算平台：这个就是我们能想象到的原有的车身控制、热管理控制、通信控制等等一系列原有分散在各个基础ECU的总控制，通过和交互的来实现对于整个车辆功能的总控制

3. 信息和通信计算平台：这个则是面向于车主和乘员交互的那部分，还承担着非常重要的信息安全的工作

在接近演变的终局，这三个基础的单元可能统一为一个。

有关于2和3之间的功能分配，每家有差异，也有把这两个直接放在一起，整合成一个完整的HCP的企业

图3Zone架构下最终演变成一个最有力的计算平台

围绕计算平台和传统模块之间的通信，主要是基于以太网为主干网络来进行的，大量数据通信需要依赖于确定性网络数据调度设计，保证控制系统时延要求。

3）在架构下面的工程开发模式演变

在这样的趋势下，如果汽车企业的转型顺利的条件下，汽车企业会越来越多和手机企业一样发布操作系统、发布软件开发者大会这样的状态来迎接数字化转变。我们能看到随着车辆平台的差异化从结构件、动力总成件，转化成软件的变化，意味着原有的整车开发模式就变得更为简化和缩短，车企自身的人力资源从项目管理、供应商管理和系统开发管理，往软件开发过渡。而且最重要的事情，车企并不会坚持原来的V模式、原来的非常确定的组织形式来开展工作。

图4 开发模式的转变

传统的供应商与OEM的合作模式已经发生变化，Tier1不是提供一个完整的系统，把软件和硬件绑在一起。汽车企业通过自身的人力资源和周边的受控的第三方软件供应商会更多参与进来， OEM在系统开发中会担当核心的角色，来更多的购买功能软件和进行整合，未来的成功将来自于全产业链的核心技术整合。而这里面最重要的就是汽车软件中心的架构，如下图所示大众汽车是面向组织不同的产品序列，不同的领域里面的内容。从某种意义上，部分原来Tier1和Tier2的软件能力都给这个车企的软件中心给吃掉了。

                                图5 汽车企业的软件中心架构

小结：谈汽车电子电气架构是车企的第一步，随着开发的深入进行，谈操作系统、软件更新和生态链的日子，可能在未来的3-5年是可以看到的。我们也能预测目前的电子电气架构是一个阶段性演进的产物，是随着车企的战略目标进行演进的。