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为什么有头有脸的车企都在研发电子电气架构??

2024/2/27 21:28:00


撰文 / 天玑

“燃油车的智能化水平无法和新能源汽车相比”,这是很多人对燃油车的印象。燃油车在智能化上确实有过一些“黑历史”,大众在给ID系列在进行OTA升级时,曾经需要车主把车开到4S店刷升级包。

其实OTA,乃至行业热度比较高的智能座舱、智能驾驶,都只是汽车的功能之一,它们都需要一个共同的基础,那就是电子电气架构。如果一辆车的智能化水平不高,那它使用的电子电气架构一定有很大的优化空间,这让它成为了车企的竞争焦点,头部车企都发布了面向新时代的电子电气架构。

在未来的汽车市场中,如果有车企没有发力电子电气架构,那一定会被其他车企甩在身后。

电子电气架构为什么重要?

“汽车就是四个轮子加一个沙发”,当李书福带着这个想法杀进汽车行业时,得到了很多人的调侃。这个说法虽然不严谨,但也有道理,它能让行业外的人更容易理解汽车,我们就用类比法回答一下汽车的电子电气架构为什么重要。

如果将汽车比作人体,汽车的机械结构相当于人的骨骼,动力、转向相当于人的四肢,而电子电气架构就相当于神经系统。如果一个人没有了神经系统,那就是一具“行尸走肉”,放到汽车上,那就是一辆纯机械车。

因此,一辆汽车如果想摆脱原始状态,就必须在电子电气架构上下功夫,其中有两方面考虑。

首先,随着电气和信息时代的到来,汽车身上的相关零部件越来越多,原来的电子电气结构,已经没办法控制日渐复杂的电子电气系统了,而市场的趋势又摆在那里,所以车企不得不开发新的电子电气架构。

比如,原本的汽车只是交通工具。在1910年左右,扬声器和收音机上车,这让汽车多具备了电子产品属性。1980年左右,随着半导体行业的火热发展,ECU、MCU上车,汽车的电子产品属性变得越来越重。进入21世纪,移动通信技术开始上车,汽车上的电子产品属性不仅变重了,结构也更复杂了。

目前的大部分汽车,特别是燃油车,使用的电子电气架构都是分布式架构,每一个ECU(电子控制单元)单独控制一个功能,如果功能增多,ECU的数量也会跟着增多。而在传统的汽车供应链中,不同的ECU来自不同供应商,这些供应商在嵌入式软件和底层代码上也不同,这导致新增的ECU没法实现兼容。如果车企想增加新功能,只能重新找供应商下单,重新开发,效率偏低。

随着汽车网联化对车载通信提出了更高的要求,传统的FlexRay、LIN和 CAN低速总线无法提供高带宽通信能力,无法实时完成数据的传输和处理。以语音控制为例,随着用户下达指令,如果不能实时处理,体验可想而知。

如果汽车没有智能化的趋势,继续使用分布式架构还可以满足市场需求,但时代变了。“没有对比就没有伤害”,过去的常规操作如今已经成了劣势。

其次,随着汽车上的电子产品属性越来越重,让消费者对这方面需求度不断提高。

这两点互为因果,都对汽车的电子能力提出了更高的要求。如果车企业不在这个方向上“卷”,就会逐渐脱离市场。

电子电气架构往哪里“卷”?

分布式架构和集中式架构的主要区别在于控制逻辑发生了变化,整体可看做“中央不断集权”的过程。

以车载MCU为例,它是一种嵌入式系统中常见的芯片,主要用于控制和执行嵌入式设备的操作,是汽车中不可缺少的芯片。在分布式架构中,一辆车需要需要70-300颗MCU(微控制单元)和4-8颗SoC,而域架构只需要40-60颗MCU,中央计算平台则需要10-20颗高性能MCU和2-4颗SoC。

从MCU领域来看,集中式架构需要的零部件数量少,SOC逐步取代了MCU。在2022年,MCU市场巨头之一的英飞凌,因为产能问题大幅提高了产品售价,让好多车企吃了苦头。如果车企能把集中式架构应用到旗下产品中,对MCU的依赖就能少一些。

集中式架构的好处不仅是能通过减少零部件数量来降低成本,还能让汽车对各个功能板块的控制效率大幅提升。

以新势力的宣传重点OTA(空中下载技术)为例。汽车OTA分为SOTA(软件OTA)和FOTA(固件OTA)两种方式,大部分车企只能做SOTA,原因就是分布式电子电气架构无法支撑FOTA。

在汽车做OTA之前,我们接触到的OTA是智能手机,苹果的iOS和安卓厂商定制的OS每年都会有多次OTA,而这些OTA只涉及软件部分,无法改变硬件的性能。而汽车的OTA却可以改变硬件的性能,特斯拉曾经通过OTA提升过续航里程、增加过电池容量。

基于集中式架构,特斯拉的OTA可以做到软硬件解耦(在软件开发过程中,对软件和硬件的分离),特斯拉因此能通过OTA让软硬件换新,这一点是汽车行业,乃至科技行业发展历史上的一个关键转折点。同时,这也是电子电气架构“卷”的方向。

在这方面,业内的判断比较一致,无论是车企、咨询机构还是ICT大厂,都认为过渡阶段可以使用域架构,最终形态会是“中央计算平台+域架构”的组合。

电子电气架构的变化,不仅影响了车企研发产品的效率,还会重新划分汽车供应链的格局。

随着汽车电子架构迈向“中央计算平台+域架构”组合的时代,汽车的软硬解耦一方面减少了对ECU等零部件的需求,另一方面为车企提供了掌握更多供应链话语权的机会。这其中有一个变量是软件在电子电气架构中的价值越来越高,而汽车行业的传统供应商不擅长软件,车企会选择在部分领域(高价值、差异化)上自研,这就会削弱传统供应商的存在感。

大众汽车为了解决软件问题,专门组建了CARIAD,CARIAD的业务规划就体现了车企可以在软件方面能拿到的话语权。CARIAD的业务规划主要涵盖四块内容:电子电气架构 E3架构、VW.OS (大众汽车操作系统)、VW.AC(大众汽车云)和关键应用。再加上高阶辅助驾驶的算法和三电系统的,新能源汽车的核心部分,都有可能被车企自研。

车企走到哪一步了?

目前,新势力和其他车企都在开发新一代电子电气架构,研发方向与前面提到的一致,但进度不同。

新势力的进展比较快。比如零跑研发了“四叶草”中央集成式电子电气架构,它是中央计算平台+域架构的组合,可以做到用一颗SOC芯片打造中央超算(如高通8295),融合座舱域、智驾域、动力域、车身域。

在这套架构下,整车线束可以做到<1200米(高配版<1500米),降低故障率。同时,配备千兆以太网+5G+WIFI6,做到高效通信,拥有500+接口预留,具备千人千面的应用定制能力。

长城汽车的进展也比较快,其在2020年开发了GEEP3.0(长城的第三代电子电气架构),这是一个域架构,包含车身控制、动力底盘、智能座舱和智能驾驶,已应用于长城汽车全系车型。

2021年,长城发布了GEEP 4.0,4.0支持固件OTA和整车所有ECU OTA功能。长城还在开发GEEP 5.0,5.0将是“中央计算平台+域架构”组合,将实现100%SOA(面向服务的架构)化,完成整车标准化软件平台的搭建,预计2024年会有车型落地。

华为则提出了智能网联车的架构要从传统电子电气架构,走向计算与通信架构的观点,并推出了CCA架构。这个架构也属于中央计算平台+域架构的组合,包括自动驾驶域、座舱域和整车和底盘域。

在消费者的感知中,电子电气架构给汽车带来的改变是“这车更智能了”,智能座舱和高阶辅助驾驶是两个经常被提到的功能。在这两方面,进展较快的还是新势力,其中华为的布局最为深入。

在高阶辅助驾驶上,新势力大部分选择自研算法,而华为拥有系统性能力。比如,新势力的智能驾驶计算平台多数都选择了英伟达的产品,而华为打造了MDC平台。从体验上来看,华为的智能驾驶计算平台,性能不输英伟达的同类产品。这也是电子电气架构进入新时代后,中国企业能捕捉到的新机会。




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