整車電子電氣架構發展思路剖析

王卿海，錢 嚴

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心 汽車智能網聯技術安徽省重點實驗室，安徽 合肥 230009）

引言

隨著技術的不斷發展，汽車“四化”，智能化、網聯化、電動化及共享化[1]，正引領汽車行業發生重要變革，汽車功能越來越多樣、復雜，電子電氣架構也在不斷變革之中，逐漸從分布式架構到集成式架構演進。

電子電氣架構（EEA，Electrical/Electronic Architecture）是由車企所定義的一套整合方式。該架構能把汽車中的各類傳感器、ECU（電子控制單元）、線束拓撲和電子電氣分配系統完美地整合在一起，完成運算、動力和能量的分配，實現整車的各項智能化功能。

特斯拉橫空出世，以全方位的創新，加快了汽車行業電子電氣架構的迭代速度。特斯拉采取了集中式的電子電氣架構，即通過自主研發底層操作系統，并使用中央處理器對不同的域處理器和ECU進行統一管理。這種架構與智能手機和PC非常相似。

汽車電子電氣架構是車企轉型的第一步，隨著開發的不斷縱深，包括操作系統、軟件更新和生態建設等在未來3～5年會更加繁榮。同時也可以看出，電子電氣架構是一個階段性演進的產物，是隨著車企向前發展而不斷進化的。

1 電子電氣架構現狀及發展趨勢

傳統的電子電氣架構是一種分布式方案，根據汽車功能劃分成不同的模塊，如動力總成、車身、底盤和高級駕駛輔助ADAS（Advanced Driving Assistance System）等。如圖1所示：

圖1 分布式電子電氣架構

這種分布式架構最大的特點是功能劃分明確、簡化，方便在各個模塊中找到最優的供應商，架構成熟可靠。

如今，技術的迭代速度加快，傳統的分布式電子電氣架構難以承載汽車的復雜功能，在整車層面造成了相當大的冗余，而且整車企業并沒有權限去維護和更新ECU；以傳統的汽車供應鏈為例，整車企業高度依賴博世、德爾福（現為安波福）等一級零部件供應商提供的ECU，但不同的ECU來自不同的供應商，有著不同的嵌入式軟件和底層代碼。這樣的架構無法支持汽車所需要增加的功能，極大地影響了用戶的使用體驗。

現如今，汽車電子電氣架構已經向集中式發展，并使用“域”劃分的方法，把從屬相關的部分盡可能地進行整合，以幾個大單元為單位打破模塊內的功能劃分。如圖2所示[2]。

圖2 博世的電子電氣架構技術戰略圖

直至特斯拉橫空出世，以全方位的創新，加快了汽車行業電子電氣架構的迭代速度。特斯拉采取了集中式的電子電氣架構，即通過自主研發底層操作系統，并使用中央處理器對不同的域處理器和ECU進行統一管理。這種架構與智能手機和PC非常相似。

與傳統車企最大的不同，特斯拉可以像智能手機一樣進行系統升級（OTA），傳統車企的OTA只局限于車載信息娛樂系統中地圖等功能，卻無法像特斯拉一樣對車內溫度、制動、充電等涉及車輛零部件的功能進行遠程控制或升級。其背后更深層次的原因，在于兩者底層的電子電氣架構（Electrical/Electronic Architecture，EEA）完全不同。

特斯拉Model 3的電子電氣架構只有三大域：中央計算模塊（CCM）、左車身控制模塊（BCM LH）和 右車身控制模塊（BCM RH）。如圖3所示：其中CCM將IVI（信息娛樂系統）、 ADAS/Autopilot（輔助駕駛系統）和車內外通信3部分整合為一體，CCM 上運行著X86 Linux系統。BCM LH 和 BCM RH 則負責車身與便利系統、底盤與安全系統以及動力系統的功能。

圖3 特斯拉Model3網絡拓撲

可以看出，汽車電子電氣架構的演化主要是圍繞一個強有力的通信架構和整車級計算平臺這兩項內容而展開的。從計算平臺角度來看，整車企業做架構更新的第一步是重新審視哪些東西應該放在一起，哪些需要獨立分布，哪些需要頻繁升級更新。這需要各家整車廠結合自身實際情況規劃平臺化的電子電氣架構。

2 電子電氣架構發展面臨的選擇路線

在分布式階段，車輛各功能由不同的單一電子控制單元（ECU）控制，一輛車往往分布著上百個ECU；到了集成式階段，ADAS、車身控制、多媒體等功能可以通過域實現局部的集中化處理；特斯拉的出世，帶給消費者的是極致的性能，極佳的使用體驗，對行業電子電氣工程師來說，帶來的震撼不僅僅是汽車電子電氣架構的創新，更是這種創新是未來發展的必然趨勢。

現實情況是許多整車企業還在用分布式的電子電氣架構。伴隨汽車越來越智能化，ECU的增長終將迎來爆發，這種分布式的ECU架構如果無限制擴張，勢必面臨著巨大挑戰。例如，ECU的算力不能協同，并相互冗余，產生極大浪費；分布式的架構需要大量的內部通信，客觀上導致線束成本大幅增加，同時裝配難度也加大。

為響應新趨勢，部分整車企業和零部件供應商也開始思考面向汽車自動化、電氣化、互聯化的智能電子電氣架構設計。

安波福提出了“大腦”與“神經”結合的智能電子電氣架構。其中，安全網關處理器、自動駕駛處理器以及中央處理器，這三個處理器構成了“大腦”，負責處理所有的運算，包括自動駕駛、娛樂系統、信息系統需要的運算。“超級大腦”需要大量的數據傳輸、能量傳輸，安波福在架構中引入“神經系統”的概念：一類是數據傳輸系統，負責數據傳輸的神經系統；另一類是傳遞能量的系統，甚至在能量傳遞系統中設置了備份系統，保證車輛在運行過程中能量不會丟失[2]。

通用汽車最近也推出了通用新一代電子電氣架構 Global B，旨在處理隨著汽車變得更智能而帶來的大量必不可少的數據負載。新一代電子電氣架構將為通用下一代汽車產品開發中的電氣化、主動安全、車載娛樂、智能互聯以及 Super Cruise 技術升級提供系統支持。其每小時能夠處理多達4.5 TB數據，比目前通用汽車電子架構的運算能力增長5倍，大約相當于500部電影，與此同時支持OTA升級。該架構將率先搭載于2020款凱迪拉克。

未來，自動駕駛要求更高的算力和更多傳感器件，汽車內部的快速電子化讓傳統汽車電子架構不堪重負，對于未來汽車電子架構來說，更應該做減法了。尤其是5G技術的引入，將加快電子電氣架構演進。如果網絡帶寬足夠寬，延遲足夠低，這一趨勢將會更加明顯：算力向中央集中，向云端集中，汽車電子架構的演進也正朝著集成式，甚至服務器式這一方向前行。

目前多數車企比較認可的計算平臺方案主要分為三大部分：（1）自動駕駛計算平臺，根據L3-L4級自動駕駛的不同需求來確定HPC的數量；（2）車輛基礎計算平臺，原先車身控制、熱管理控制、通信控制等都是由各個分散的ECU來完成的，未來要通過基礎計算平臺來實現整車功能的總控制；（3）信息和通信計算平臺，主要是滿足人車交互方面的需求，該平臺承擔著非常重要的信息安全工作。當電子電氣架構演變接近終局時，這三個基礎單元可能會被整合成為一個。

在汽車電子電氣架構的演變趨勢下，如果車企轉型順利，未來的汽車行業會出現和手機行業一樣的現象，比如會有更多的車企發布操作系統、召開軟件開發者大會等。而“軟件定義汽車”，意味著整車開發模式將會變得更為簡化。車企會投入大量的人才從事軟件開發工作，全產業鏈的核心技術整合能力將成為衡量一個車企是否真正成功的關鍵，而其中最重要的就是車企的汽車軟件中心的架構。

汽車電子電氣架構是車企轉型的第一步，隨著開發的不斷縱深，包括操作系統、軟件更新和生態建設等在未來3～5年會更加“繁榮”。同時也可以看出，電子電氣架構是一個階段性演進的產物，是隨著車企向前發展而不斷進化的。

3 總結

本文介紹汽車電子電氣架構現狀，并通過特斯拉Model 3的電子電氣架構案例來說明電子電氣架構發展的趨勢；未來，自動駕駛要求更高的算力和更多傳感器件，算力向中央集中，向云端集中，汽車電子架構的演進也正朝著集成式，甚至服務器式這一方向前行，這一演變趨勢下，如果車企轉型順利，未來的汽車行業會出現和手機行業一樣的現象，比如會有更多的車企發布操作系統、召開軟件開發者大會等；而實現這一目標，整車廠需要結合自身情況，規劃汽車電子電氣架構平臺是首先考慮的第一步。