由于过去汽车上控制器相互独立，软件为嵌入式，整车做最终硬件集成即可。未来随着 ECU 的减负，原先高度分散的功能集成至域控制器，主机厂必须自己掌握中央控制系统，否则就会失去对汽车产品的控制权。而把原本高度分散的控制功能逐步整合统一起来是传统车企的全新必修课，因此车企对电子电气架构的掌握是分步的、渐进式的。特斯拉 Model3 开启了电子电气架构大变革，出现中央计算雏形+位置域，缩短 50%整车线束，未来目标是将整车线束降至100 米，在电子架构方面，特斯拉领先传统车企 6年以上。除特斯拉以外，目前大部分的车企的电子电气架构仍处于早期的功能域控制器阶段，即部分功能集中到了功能域控制器，但还有保留较多分布式模块，即“分布式 ECU+域控制器”的过渡方案，避免因为变革程度太大导致额外的风险及成本。大部分企业规划的下一代跨域融合电子电气架构将于 2022年量产，以实现软件高度集中于域控制器，逐步减少分布式 ECU。到 2025 年部分车企落地中央计算+区域控制器的电子电气架构，从而实现软硬件的进一步集成，软件所有权逐步收归主机厂。朝着“中央计算+区域控制”的架构演进的过程可能长达 5-10 年。
主流车企电子电气架构进化节奏不一，来源：汽车电子设计2018 年推出的奥迪 A8率先实现了辅助驾驶功能的集成式控制，取代了 ECU相互分离的分布式的辅助驾驶系统。除自动驾驶域集成外，其余底盘+安全、动力、车身、娱乐四大域仍然采用分布式架构。其自动驾驶域控制器由 4块芯片组成，Mobileye EyeQ3负责视觉感知计算，如交通信号识别、行人监测、碰撞报警，车道线识别、光线探测。英伟达 K1负责图像融合计算，如驾驶员监测、360全景摄像头的图像处理。英特尔 Cyclone V 负责目标融合、地图融合、停车辅助、预刹车灯。英飞凌的 Aurix TC297 负责通信处理。这个自动驾驶域控制器软件开发由奥地利软件公司 TTTech 完成，德尔福提供硬件集成。特斯拉是汽车电子电气架构的全面变革者，2012年 Model S 有较为明显的功能域划分，包括动力域、底盘域、车身域，ADAS模块横跨了动力和底盘域，由于传统域架构无法满足自动驾驶技术的发展和软件定义汽车的需求，为解耦软硬件，搭载算力更强大的主控芯片，必须先进行电子电气架构的变革，因此 2017 年特斯拉推出的 Model3 突破了功能域的框架，实现了中央计算+区域控制器框架，通过搭建异域融合架构+自主软件平台，不仅实现软件定义汽车，还有效降低整车成本，提高效率。1）Model 3整车三个控制器，有效降低物料成本；2）硬件集成为软件，为汽车深度的控制和维护提供基础；特斯拉 Model3基本实现了中央集中式架构的雏形，不过 Model3距离真正的中央集中式架构还有相当距离：通讯架构以 CAN总线为主，中央计算模块只是形式上将影音娱乐 MCU、自动驾驶 FSD以及车内外联网模块集成在一块板子上，且各模块独立运行各自的操作系统。但无论如何，Model3 已经践行了中央计算+区域控制的电子电气架构理念框架，领先传统车企6年左右。特斯拉三代车的电子电气架构演进背后的实质是不断把车辆功能从供应商手中拿回来自主开发的过程。Model3 的自动驾驶模块、娱乐控制模块、其它区域控制器、热管理均为自主设计开发，实现了整车主要模块自主，不依赖 Tier1，即使没有实现自主的模块，特斯拉也与供应商进行了联合开发，比如特斯拉将自己的软件加入到了博世为其提供的 ibooster里，通过软件更新实现刹车距离变短。通过三款车型的演进，特斯拉的新型电子电气架构不仅实现了 ECU数量的大幅减少、线束大幅缩短（MODEL S 线束 3000米，Model 3 减少一半以上），更打破了汽车产业旧有的零部件供应体系（即软硬件深度耦合打包出售给主机厂，主机厂议价能力差，后续功能调整困难），真正实现了软件定义汽车，特斯拉的 OTA 可以改变制动距离、开通座椅加热，提供个性化的用户体验，由于突破了功能域，特斯拉的域控制器横跨车身、座舱、底盘及动力域，这使得车辆的功能迭代更为灵活，用户可以体验到车是常用常新的，与之形成鲜明对比的是，大部分传统车厂的 OTA 仅限于车载信息娱乐等功能。特斯拉为了更好地发挥软件的作用，实现了自动驾驶主控芯片这一最为核心的智能硬件的自研自制（特斯拉认为芯片的专用设计使得其上的软件运行更高效），这意味着后续特斯拉车辆的升级速度、功能的部署都不再依赖外部 SOC芯片供应商，真正将车辆的灵魂掌握在自己手中。 特斯拉电子电气架构演进历史，来源：黄少堂《软件定义汽车，架构定义软件》Model 3整车四个控制器包括中央计算模块（CCM）、左车身控制模块(BCM LH)、右车身控制模块(BCM RH)和前车身控制模块（BCM FH）四大域控制器。左车身控制模块负责左车身便利性控制以及转向、制动、助力等。右车身控制模块负责右车身便利性控制、底盘安全系统、动力系统、热管理等。中央计算模块包括自动驾驶模块、信息娱乐模块、车内外通信连接，共用一套液冷系统。自动驾驶及娱乐控制模块接管与辅助驾驶有关的传感器——摄像头、毫米波雷达，将对算力需求较高的智能驾驶、信息娱乐放在一起，便于智能硬件持续升级，2019年特斯拉推出自研 FSD芯片替换了基于英伟达 Drive PX2 芯片组，AI计算性能提升达 21倍，随着特斯拉将自动驾驶最核心的计算硬件实现自研，特斯拉大幅提升了相对于竞争对手的领先优势。操作系统基于开源 Linux进行定制化裁剪，并自研中间件，软硬件均实现了自主可控，车型功能迭代更新速度加快，整车开发成本降低。 特斯拉 Model 3电子电气架构，资料来源：特斯拉 特斯拉自动驾驶主控芯片发展历程，来源：特斯拉，地平线大众汽车已经从 MQB 平台车型的分布式电子电气架构升级为 MEB 平台 ID 系列车型上采用的三个功能域的电子电气架构。按规划，基于大众 MEB 平台的 ID系列电子电气架构为 E³1.1版，2023年在 PPE 平台搭载 E³1.2版，到 2025年后才进化到 E³2.0 版。大众的 E3架构主要由车辆控制域（ICAS1）、智能驾驶域（ICAS2）和智能座舱域（ICAS3）组成，其中智能驾驶域 ICAS2尚未开发完成，量产车型上搭载的依然是分布式架构方案，大众 ID 系列的电子电气架构虽然有三个功能域，但同时依然保留了较多分布式模块，大众 ID4有 52 个 ECU，两倍于特斯拉 Model Y ECU数量。国产 ID4辅助驾驶功能由 Mobileye单目摄像头+前长距雷达+两个后角雷达实现，作为平价电动车，在自动驾驶域控制器这块暂时没有选择跟特斯拉和中国新势力去PK。 大众 ID4 的车辆控制域、信息娱乐域控制器，来源：大众汽车，佐思车研 大众 MEB 平台车型当前智能驾驶方案为分布式，来源：大众汽车，Vehicle大众 ID 系列车型 2021 年完成 7 万台交付量，低于前期规划。中国作为大众最重要的单一市场，智能化这块也正在加速追赶，2022 年大众软件公司 CARIAD 在中国成立子公司，据其中国子公司首席执行官介绍，该公司的核心业务是针对 MEB平台进行软件研发，2022 年下半年启动 OTA 功能，第二是针对高端平台（PPE 在华首款车 2024 年投产）做中国本土化、数字化产品，包括高级驾驶辅助系统，其智能网联系统也要与中国的基础设施建设相结合；第三是围绕 2025 年后 SSP 平台做软件研发。结合大众汽车 2030NEW auto的规划，软件自研比例要上升到 60%，软件研发保持自主的好处是实现敏捷（包括开发和维护）和体现产品差异化，其中本地化也是外资在中国提升智能化的必要且关键的一环，最终目的是打造吸引中国用户的有竞争力的产品。我们看一下几款同一时间面世的三款电动车的电子电气架构的对比，虽然大众ID系列也号称是用三个域控制器代替过去 70+分布式 ECU，但实际上依然保有较多 ECU 数量，ID3 之前由于出现大面积的软件 BUG 而迟迟未按期交付，这也反映出传统车厂即使选择进行电子电气架构大变革，但若自身人才结构及软件实力尚不足够，就依然会严重依赖外部供应商，造成步子迈得太大带来额外风险。所以大部分主机厂选择的做法是走渐进式路线，随着自身软件实力提升逐步收归软件主导权。2021 年 Munro & Associates 工程公司比较了特斯拉 Model Y、福特 Mach-E 和大众 ID.4电气架构之间的差异。涉及三款电动车内 ECU的数量、CAN总线的数量、以太网的使用、LIN总线、LVDS（Low-Voltage Differential Signaling，低电压差分信号）通道的使用、音频、保险丝和继电器的使用等方面。特斯拉 Model Y 集成度明显更高，其 ECU数量是 ID4的一半，福特和大众还保留了较多的现成的分布式 ECU，特斯拉的 LIN（本地互连网络）数量也仅为大众 ID4和福特 Mach-E 的一半。Tesla 中 CAN（控制器局域网）总线的数量更高，由于摄像头数量增加，特斯拉的低压差分信号（LVDS）使用量是福特和大众汽车的三倍以上，大众汽车的以太网的使用更多。特斯拉从 Model 3开始车辆的低压电气部分不采用任何保险丝盒继电器。大众 ID4、Model Y、福特 Mach E电子电气架构对比 来源：Munro & Associates，3IS新势力三强中小鹏汽车在电子电气架构方面走得比较领先，随着车型从 G3、P7 和 P5，迭代到 G9 的这套 X-EEA3.0 电子电气架构，已经进入到中央集中式电子电气架构。凭借领先一代的架构，搭载更高算力 SOC 芯片及更高算力利用率，小鹏G9 或成首款支持 XPILOT 4.0 智能辅助驾驶系统的量产车。小鹏 P7 搭载小鹏第二代电子电气架构，具备混合式的特点：1）分层域控。功能域控制器（智驾域控制器、车身域控制器、动力域控制器等模块）与中央域控制器并存；2）跨域整合——域控制器覆盖多重功能，保留局部的传统 ECU；3）混合设计——传统的信号交互和服务交互成为并存设计。因此 CAN 总线和以太网总线并存，大数据/实时性交互均得以保证；以太网节点少，对网关要求低。小鹏第二代电子电气架构实现传统 ECU数量减少约 60%，硬件资源实现高度集成，大部分的车身功能迁移至域控制器，中央处理器可实现支持仪表、信息娱乐系统以及智能车身相关控制的大部分功能，同时集成中央网关，兼容 V2X 的协议，支持车与车的局域网的通信，支持车与云端的互联，车与远程数字终端的连接功能。小鹏汽车的智能驾驶域控制器，集成了高速 NGP、城市 GNP 及泊车功能。小鹏辅助驾驶采用激光雷达视觉融合方案，与特斯拉的纯视觉方案不同，这就导致两者硬件架构不同，对于通讯带宽、计算能力的要求也不一样。小鹏汽车将其 X-EEA3.0 电子电气架构称为“让智能汽车在未来永不落伍的秘密”。根据公司披露的首搭于 G9 的电子电气架构的信息，未来 G9可以升级和优化的潜力较大。X-EEA 3.0硬件架构方面，采用中央超算（C-DCU）+区域控制（Z-DCU）的硬件架构，中央超算包含车控、智驾、座舱 3个域控制器，区域控制器为左右域控制器，将更多控制件分区，根据就近配置的原则，分区接管相应功能，大幅缩减线束。得益于小鹏汽车的全栈自研能力，新架构做到了硬件和软件的深度集成，不仅实现软硬件解耦，也实现软件分层解耦，可使得系统软件平台、基础软件平台、智能应用平台分层迭代，把车辆的底层软件和基础软件与智能、科技、性能相关的应用软件脱离开，在开发新功能时，只需要对最上层的应用软件进行研究和迭代就可以，缩短了研发周期和技术壁垒，用户也能够享受到车的快速迭代。✔系统软件平台：基于外购代码做部分定制开发，随整车基础软件平台冻结而冻结，可复用于不同车型；✔基础软件平台：多个整车基础功能软件均形成标准服务接口且在车辆量产前冻结，可复用于不同车型；✔智能应用平台：如自动驾驶、智能语音控制、智能场景等功能，可实现快速开发和迭代。X-EEA 3.0 数据架构方面，域控制器设置内存分区，升级运行互不干涉，便用车边升级，30分钟可升级完成。通信架构方面，X-EEA3.0 在国内首次实现了以千兆以太网为主干的通信架构，同时支持多通讯协议，让车辆在数据传输方面更快速。从 G9 搭载的新一代电子电气架构可以看出，小鹏在骨干网络的建设和面向 SOA 的方向起步较早。X-EEA 3.0 电力架构方面，可实现场景式精准配电，可根据驾驶、第三空间等不同用车场景按需配电，比如在路边等人时，可以只对空调、座椅调节、音乐等功能供电，其他部分断电，这样就能实现节能耗节省，提高续航里程。车辆定期自诊断，主动发现问题，引导维修，以科技手段赋能售后。 小鹏汽车第三代电子电气架构实现千兆以太网+中央计算+区域控制，来源：小鹏汽车长城汽车 2020年开发的第三代电子电气架构包含 4个功能域控制器——车身控制、动力底盘、智能座舱、智能驾驶，应用软件自主研发，已实现量产并应用于长城汽车全系车型，车型物料成本得以优化，如新哈弗 H6优化了 300米线束，总长度1.6 公里，接近特斯拉 Model 3，减重超 2 公斤。从 GEEP3.0开始长城汽车实现全部应用层软件自主开发能力，四个域控制器的上层应用软件，甚至部分底层及底层的集成软件亦由长城汽车自主开发。2022 年内将推出的第四代电子电气架构将进一步集中整车控制软件，实现高效集成管理、高度安全可靠和更快需求响应。
第四代架构拥有中央计算、智能座舱及高阶自动驾驶 3个计算平台，外加 3个区域控制器（左、右、前）。第四代架构将率先搭载到长城汽车的全新的电动、混动平台，并陆续扩展到全系车型。第四代电子电气架构的中央计算单元跨域整合了车身、网关、空调、动力/底盘控制及 ADAS 功能，它的主控芯片算力高达30KDMIPS，能够高效保障系统的控制和响应。GEEP 4.0架构拥有成熟的视觉处理芯片解决方案，18路 CAN FD、4路 LIN、11 路车载以太网，以及 64GB 存储和 1GB 内存等配置，以备未来功能融合带来的算力和通信等需求。3个区域控制器为标准化的控制单元，负责整合周边 MCU，目前三个区域控制器的大部分软件算法已经上移到中央计算单元中，由长城软件团队开发。该架构引入 SOA 设计方式及理念，打造软件分层的基础架构平台，提供模块化标准服务接口，优势是可以提供积木式拆装组合、解耦软硬件平台，提高软件复用性，让汽车实现全生命周期的功能迭代升级，用户可以根据需求喜好，动态订阅升级车辆服务功能，无需等待软件升级批次。同时 SOA 化还能灵活部署智能化场景，标准化接口可实现开放服务，构建长城汽车众创生态，联合开发者为用户提供全场景智慧出行服务。GEEP 4.0支持固件空中升级，软件空中升级、远程诊断；同时支持整车所有 ECU OTA 功能，包含动力底盘系统、影音娱乐系统、车身系统、智能驾驶系统等。基于全新架构的云诊断方式为售后服务带来便利，基于车端、云端功能的部署，实现远程对车辆故障信息诊断，可以远程对车辆进行维修。在保证诊断和维修时效性同时，通过诊断知识库可以智能化地识别、分析，并匹配最优的维修方案，有效解决 4S 店人员不足、技术受限的短板，真正做到快速为用户排忧解难。长城汽车第五代电子电气架构研发与第四代同步启动，第五代架构将整车软件高度集中在一个中央大脑（one brain），计划2024 年面世。将实现 100%SOA 化，完成整车标准化软件平台的搭建。特斯拉目前所用的中央计算模块座舱芯片和智驾芯片是分离的，还不是 one brain方案，从目前全球头部智能芯片厂家的趋势看，智驾芯片和座舱芯片融合为一片是大势所趋，但 one brain 方案对主机厂的软件能力要求很高。 长城汽车下一代车云一体智能生态架构，来源：长城汽车长城汽车的电子电气架构迭代速度快，将为自研智能化核心技术落地提供“地基”。电子电气架构快速迭代也与公司致力于在智能化方面保持领先地位这一目标强相关。自动驾驶解决方案全栈自研方面：长城汽车旗下的毫末智行将于 2022年内实现城市领航辅助驾驶功能，或与小鹏汽车比拼城市领航功能落地节奏。硬件方面，HPilot3.0拥有 360TOPS 的强劲算力，全车配备 12个摄像头和 2个激光雷达，5个毫米波雷达，12 个超声波雷达。毫末智行城市领航功能率先落地的原因之一是采用重感知的方案，而不是重地图的方案，不受城市高精地图限制。毫末智行城市领航计划 2022 年 6 月份 SOP，并可做到全国 100 多个城市有效的部署，在地理范围上具有很大优势。毫末智行整体部署范围大、车型多、数量多，可基于更多的数据保持高速的持续迭代。2022 年承担长城汽车 34款待上市车型高级别辅助驾驶开发任务，占长城汽车全年待上市车型接近 80%，这些车型中 30%是标配，其余均是高配搭载。自动驾驶执行端方面：汽车智能化升级和电子电气架构的集中化，同时还需要对传统汽车底盘进行线控升级来适配发展，底盘控制系统与自动驾驶的执行环节强相关。线控底盘主要为线控转向、线控制动、线控换挡、线控油门、线控悬挂，其中线控转向和线控制动是面向自动驾驶执行端最核心的产品，当前全球主要的线控制动厂家是博世、大陆、采埃孚等传统 Tier 1，进入门槛很高。2021 年中长城汽车首次发布智慧线控底盘，从电子机械线控制动、转向器、电机、模拟器、控制器等核心硬件到包括整个软件系统全都由长城汽车自主设计完成。这是全国首个支持 L4+自动驾驶的线控转向技术，将于 2023年正式投入商业应用。上汽总工程师祖似杰认为，汽车产品最核心的技术是电子电气架构，且一定要由整车企业掌握。电子电气架构作为汽车的中枢，将定义很多与此前完全不同的相关标准，因为过去汽车是一个封闭的系统，而未来汽车将是一个开放的系统。自动驾驶汽车普及之后车企要承担行车安全事故责任，安全技术只能自己把握，从这一点出发，车企也要把电子电气架构和中央控制系统牢牢掌握在自己手里，包括电子电气架构之上的车载操作系统、基础应用和服务软件架构等，都要充分理解并融会贯通。从对整车产品控制权的角度，祖似杰认为，原来汽车产品上的控制器是相互独立的，而且是嵌入式的，整车企业将其中一些交由供应商负责也不会有太大问题，未来汽车产品上的控制系统走向统一，整车企业必须自己掌握中央控制系统，否则就会失去对汽车产品的控制权。而把原本高度分散的控制功能逐步整合统一起来，是车企必须要走的一条正确而艰难的路。上汽在旗下高端纯电智能车品牌智己、飞凡搭载全栈 1.0版电子电气架构，全栈 1.0电子电气架构有 3个域控制器，即中央计算（车控及数据融合）、智能驾驶、智能座舱，同时还保留了较多分布式模块。2021 年 7 月启动“零束银河全栈 3.0 技术解决方案”的自主研发，进一步中央集中化，支持 L4级以上自动驾驶，计划 2024 年在上汽旗下智己、飞凡搭载。零束银河全栈 3.0电子电气架构使用主从两个高性能计算单元，即 HPC1和 HPC2来实现智能驾驶、智能座舱、智能计算、智能驾驶备份功能，再加 4个区域控制器，实现各自不同区域的相关功能，以全面支撑 L4 以上智能驾驶技术。底层狭义操作系统（OS）由异构升级为同构；骨干通信带宽扩容至千兆甚至万兆；智能车数据工厂全面实现数字孪生镜像，持续夯实云、管、端智能车网络安全防护体系，加速智能车自学习、自成长和自进化，使车真正成为直连用户的载体和入口、移动的 AIoT平台和数字化体验空间。 零束科技全栈 3.0解决方案 2024上车，实现中央计算+区域控制器，可支持 L4+智能驾驶，来源:零束科技广汽星灵电子电气架构计划于 2023 年搭载到广汽埃安全新车型上，其由汽车数字镜像云，中央计算机、智能驾驶计算机、信息娱乐计算机三个核心计算机群组，以及四个区域控制器组成，集成了千兆以太网、5G 和信息安全、功能安全等技术。相比广汽上一代电子电气架构，新架构的算力提升 50 倍，数据传输速率提升 10 倍，线束回路减少约 40%，控制器减少约20 个。硬件架构上三个功能域控制器+前后左右四个区域控制器，与长城汽车第四代电子电气架构类似。其中中央运算单元（车身控制+新能源控制）搭载 NXP S32G399高性能网关计算芯片；座舱域搭载高通 8155/8295芯片；智驾域搭载华为昇腾 610高性能芯片，算力为 400TOPS。分布于车身前后左右的 4个区域控制器主要负责供电以及执行中央控制单元的指令，中央计算单元与四个区域控制器之间采用以太网连接。软件结构方面，“星灵”架构采用了 SOA 软件架构以取代传统软件架构，以实现组件服务化、原子化和标准化，新增应用模块即可实现新场景。好的电子电气架构:一是可以节省成本，包括制造成本和用车成本，生产端可以节省物料，简化装配，提升开发与制造效率，在表层功能差不多的情况下，消费者使用电子架构集成度更高的车能耗可能更低。二是快速提供丰富多样的功能，主机厂可以针对不同场景开发各式功能，比如特斯拉的座椅加热、节日模式等，而且功能更新也应该是主机厂可以把控，不需要像过去功能车那样为改变一个功能而进行一次复杂的供应链组织。如果没有底层架构的升级，无论表面有多少智能化的功能，都还不能算是真正的智能车。比如分布式电子电气架构也可以实现自动泊车和 L2 智能驾驶功能的，但由于架构的限制，无法把传感器接入到一个智能驾驶域控制器中，只能搭载两个独立的控制单元——泊车控制器、行车控制器，无法共用算力及传感硬件，这就导致资源浪费，且在后续功能升级中存在掣肘。产品定义是架构开发的前提，车企将根据自己的品牌形象、产品定位、目标客户、内部资源去做出取舍。比如车企可能优先选择在智能座舱方面的集成，而辅助驾驶部分采用低成本的分布式方案。也可能优先选择在底盘、车身控制方面做高度集成。不同车企的品牌矩阵、车型结构有差异，架构也需要考虑平台公用性和沿用性。
出品 | 线束时间、智享汽车电子与软件
