淺析軟件定義下汽車行業結構的變化與影響

王馨　郁淑聰　李亞楠

摘 要：隨著汽車智能化、網聯化的發展，汽車的用途不止是作為一種交通工具，因此涉及到的領域已經超過了硬件方面，軟件定義汽車的時代正式來臨。為了更好地理解軟件定義汽車的深刻內涵，本文將從汽車電子電氣架構的發展歷程以及對涉及到的各個供應廠商所產生的影響進行探討，經過討論發現：在軟件定義汽車的時代背景下，汽車行業想要更快的發展就需要在互聯網和計算機上投入更大的精力，設計出更加完善的電子電氣架構，軟件發展在汽車行業種所占的比重也將會越來越高。

關鍵詞：軟件定義汽車 電子電氣架構 Tire1 Tire2 OEM

1 軟件定義汽車時代的到來

隨著汽車技術的成熟，汽車行業已經經歷了最初“機械定義汽車”、“電氣定義汽車”和“電子定義汽車”三大階段，汽車的價值不斷由“實”到“虛”，這意味著，由淺表硬件到深層軟件的主導演變，我們的可以定義的內容逐步深化和自由，發揮的空間愈廣。近些年，智能化和網聯化的發展、高級別自動駕駛的落地確立了軟件的重要地位，傳統的E/E架構漸漸無法滿足車內數據傳輸、感知計算、軟件升級等功能和性能要求，整車架構被重新定義，進入到了“軟件定義汽車”階段。軟件定義汽車（software defined vehicles，SDV）具體指的是，依靠模塊化和通用化硬件平臺，借助以人工智能為核心的軟件技術，從而對未來智能汽車整車功能進行決策。軟件定義汽車整車信息結構可分為三層，分別是整車電子電氣架構和車載網絡、軟件架構以及車聯網[1]，其中整車電子電氣架構（Electrical/Electronic Architecture，EEA）處于關鍵地位。關注整車電子電氣架構的進化，實質是關注前裝量產高級別自動駕駛功能的落地節奏，以及汽車數字化、軟件化的推進節奏[2]。在軟件定義汽車的大背景下，企業面臨的是向軟件驅動開發全面轉型，汽車產業鏈上下游企業面臨圍繞硬件而生的理念、組織、流程和工具等全面的挑戰，如何在新的定義時代找準定位，延續產業或者轉型而上成為企業要思考的重要問題。因此，本文將從電子電氣架構的發展情況出發本文，通過對整車電子架構的演進研究、結合典型企業的轉型案例，對軟件定義汽車下的汽車行業的變化與影響進行論述。

2 整車電子架構的發展

2.1 整車電子架構發展概述

整車電子電氣架構（EEA）經歷了分布式ECU架構、域集中式電子電器架構以及中央集中式電子電器架構三個步驟，一共包括模塊化，集成化，中央域化，跨域融合，車載中央電腦以及車載云計算六個階段。

在分布式階段，汽車電子單元、電器單元與執行機構分別獨立，由專門的ECU承擔較為獨立的的決策功能，單車能達到上百個ECU，必然伴隨著線束設計和邏輯控制。隨著汽車向“智能終端”轉換以及“軟件定義汽車”OTA升級的需要，對ECU的承載能力以及協同能力提出更高的要求，由不同的供應商開發ECU獨立負責各個功能的模式已明顯落后，多個ECU難以統一，較低的整合能力和集成性無法滿足軟件定義新功能，分布式EEA向集中式演進。

在域集中式階段，芯片算力快速提升，整車控制功能迅速集中，基于不同的域劃分進一步優化EE架構，獨立的ECU被控制范圍更廣、算力更強的域控制器取代，ECU和線束的增長趨勢放緩甚至呈減少趨勢，每個域由一個高性能ECU控制，全車由上百ECU減少到5個DCU，EEA網絡拓撲的復雜程度降低，進一步地，智能座艙域與智能駕駛域不再是兩個獨立個體，二者逐漸出現交集，僅僅依靠一顆AI芯片即可實現車內外、融合等邊緣側計算[2]。

步入中央集中式階段：車載中央計算機形成，實現多域覆蓋，包括車身、動力、地盤、座艙、智能駕駛等領域，計算芯片呈現出一體化發展的趨勢。通過將計算資源加以集中，引入超高算例的中央計算單元負責整車高算力任務，獨立出中央計算機，并引入區域控制器負責通用控制層。軟硬件徹底解耦，硬件外設化，為整車持續升級提供了充足條件。

2.2 集中式EEA

如今，隨著智能化的發展，汽車的產品體驗越來越由軟件的性能來決定，用戶對于車的需求也越來越和對智能手機的需求有相似之處。為了順應用戶需求的變化，整車電子電器架構需要進行一定的變革，即以“域”為單位，盡可能將從屬或相關的車載模塊整合起來，這就是集中式EEA。集中式EEA主要包括域集中式EEA和中央集中式EEA兩種。

2.2.1 域集中式EEA概述

典型的域一般包括安全、車輛運動、娛樂信息、輔助駕駛和車身電子5個方面，具體分別對應動力域、底盤域、座艙域/智能信息域、自動駕駛域和車身域。域與域之間以高速總線或者車載以太網互聯，可以確保硬件之間信息的互通無阻和資源共享，硬件和傳感器具有可更換性，并且可以對功能進行擴展或整合域控制器。域控制實現了整車電氣系統的模塊化，有利于加強各個子系統的功能和網絡安全、簡化自動化算法的開發和部署，為后續擴展各個子系統的功能提供便利。在域集中式階段，汽車在智能化方面的發展的關鍵途徑是要把更多的精力投放在芯片算力的提高以及軟件算法的提升上。近些年，從2018年豐田的“Central & Zone 架構”、2019年華為的“CC架構”，到2020年安波福的“SVA架構”，再到大眾、寶馬等全新的EEA[3]，已經陸續有多家企業提出全新的E/E架構，見圖2。

2.2.2 中央集中式EEA

中央集中式EEA，即Zonal EEA，主要組成有車載中央計算機（VCC）負責實現智能駕駛和智能座艙相關的業務邏輯和車端（邊緣側）、云端網聯;區控制器（ZCU）充當網關、交換機和智能接線盒。中央集中式最突出的一個特征就是部分域之間開始進行融合，逐步發展為中央計算機，中央計算機主要有云端、車端計算功能，其中車端計算實現的是實時處理車內部的作用，而云計算主要用來彌補車端計算方面的空缺，即實現智能汽車非實時性一些數據處理，例如可以存在微秒級誤差延遲的數據交互和運算處理[4]。中央計算單元標準化設計之后，便于軟硬件分離，中央計算機獨立負責計算任務，算力充足，為后續軟件升級賦能;中央計算單元硬件設計與具體功能解耦，通過一系列良好的平臺化設計，硬件單元也具備通過持續升級優化算力的能力。例如，豐田TNGA架構采用中央集中+區域控制器相結合（按物理空間將整車對稱分為多個區域），屬于典型的Zona-EEA，硬件上通過ECU集成降低成本，軟件上使用基于Adaptive AUTOSAR和 Classic AUTOSAR的SOA架構，實現便捷的軟件迭代和功能的可擴展性[5]。

3 自動駕駛域控制器競爭格局

隨著汽車E/E架構從分布式向集中式演化、汽車軟硬件解耦，與整車電子電氣架構演變趨勢類似，域控制器（DCU，Domain Control Unit）的價值逐步凸顯。隨著自動駕駛的概念越來越普及化，實現自動駕駛操作需要將感知、控制等系統相互連結，汽車的各個子系統之間的信息交換以及控制的頻率也越來越高，其難度更高更復雜，因此，用于實現自動駕駛域的域控制器逐漸興起并且快速發展。與此同時，汽車整車廠和汽車電子供應商的供應關系也相應地發生了巨大的變化，Tier2、Tier1以及OEM的鏈條和順序層級被打破，各自角色出現轉型與重疊，合作模式、銷售模式發生變化，其共性在于，整車廠以及供應商轉向可實現整車內部功能相同的模塊集成、簡化汽車內部軟件架構甚至實現未來軟硬件復用的域控制器領域，開發自動駕駛域控軟件、自研域控制器、搭建域控軟件平臺等。

3.1 Tier1（系統集成商）

在“軟件定義汽車”階段，汽車將從硬件主導變成軟件主導，軟硬件徹底解耦，軟件供應商的價值將進一步凸顯。Tire1作為域控制器的提出者，剛提出域控制器時主要用于解決信息安全問題以及在ECU上遇到的瓶頸問題。

但目前為了應對供應關系發生變化這一趨勢，Tier1 必須作出一些創新。一方面，Tire1搭建獨立的軟件平臺產品以應對競爭;另一方面自研域控制器，構建自動駕駛全棧解決方案，為客戶提供軟硬一體的解決方案，通過充足的資源支撐來完成客戶的需求，使其具有性能性、兼容性、集成性等方面的優勢。

自動駕駛域控軟件（中間件）介于汽車操作系統和軟件應用程序之間，其核心思想在于“統一標準、分散實現、集中配置”。因為汽車功能的復雜程度增加，軟件數量呈爆發式增長，中間件的出現為各個廠商不同模塊提供了通用、集中、開放的平臺。所有中間件方案中，最著名的是AUTOSAR經典平臺， 由全球的主要汽車生產廠商、零部件供應商、軟硬件和電子工業等企業共同制定的汽車開放式系統架構標準。

華為MDC智能駕駛計算平臺，硬件和軟件分別為自主研發的AI芯片、相關算法和鴻蒙OS，在自動駕駛域控制器方面輸出了全棧解決方案。此外，德賽西威、宏景智駕、小馬智行、智行者、經緯恒潤、英博超算等紛紛與主機廠開展合作，布局自動駕駛域控制器。

3.2 自動駕駛域控軟件平臺廠商

隨著通信架構由“面向信號”向“面向服務”轉變，域控中間件價值將愈發凸顯，尤其從單域到跨域（車身域、座艙域、自動駕駛域），復雜度更是指數級上升，跨域（多域融合）高性能計算軟件平臺的重要性也將愈發凸顯[6]。Tier 1.5即域控軟件平臺供應商彌補了這一市場空白，這一類供應商上游承接整車廠和Tier 1的軟件，下游連接Tier 2的硬件，將計算機硬件從軟件應用程序中抽象出來，同時也作為應用程序間通信的橋梁。

Tire1.5引伸而出的這個新的開發模式，推動域控軟件平臺供應商本身成為汽車行業中的重要角色，如映馳科技、東軟睿馳等。

3.3 OEM廠商

盡管多年來整車廠與零部件廠商的供-給系統運作已非常成熟，在新的軟件定義汽車的模式下，軟件供應商逐步成為主導，并掌握了話語權來掌舵整個汽車行業的發展。但如果主機廠的供應商系統過于龐大，反而會“綁架”轉移其硬件自主權，影響主機廠對行業判斷的敏銳度。因此，為了應對這一狀況，OEM廠商在新形勢下會通過自建或與供應商合作組建軟件研發團隊，提升軟件開發能力。例如：國外以特斯拉為代表，國內以蔚來、理想、小鵬等造車新勢力、上汽集團零束軟件分公司、廣汽研究院-中科創達智能汽車軟件技術聯合創新中心、長安汽車軟件科技公司等自主企業分公司或合資公司為代表，自主開發域控制器硬件以及相應的配套軟件，以其擁有底層的硬件自主權，去實現更加強大的OTA升級能力。

4 結論

軟件帶動著汽車技術的革新，引領汽車產品差異化發展潮流，正逐漸成為汽車信息化、智能化發展的基礎和核心[7]。本文著眼于電子電氣架構的發展情況，分析軟件定義汽車的背景下，汽車行業的變化及影響。

隨著技術的不斷變革，電子電氣架構從最初的分布式發展到如今的集中式架構，本文認為，在未來幾年中電子電氣架構升級仍是主要發展方向。一方面，域控制器是未來各廠商的關注重點，其作為整車層級軟件功能集成平臺，主要用于整車層級軟件的集中化和支持智能網聯軟件創新兩個方面[8];一方面，在電子電氣架構中融入大數據技術，如機器學習算法等，能夠有效地提高車輛性能檢測的準確度[9]，使得架構更加豐富完善;另一方面，當前，汽車電子電氣架構主流形式是采用多域型控制器，未來會逐漸向拓展域和復合域過渡。而EEA發展中存在的功能安全、通訊架構升級以及算例黑洞等問題，也會隨著互聯網和計算機技術的發展得到解決[10]。

除此之外，EEA的演變使得傳統汽車供應鏈的各個角色出現轉型與合作，盡管主機廠組件研發團隊，但其仍會依賴供應商提供硬件設計制造，以及更標準化的“中間件”[11]。硬件成本降低，軟件成本提高，硬件供應商角色弱化，軟件及技術或自動駕駛全棧解決方案的供應商對主機廠發展起到越來越重要的支撐。

國家863項目（2011AA11A207）資助或中心重點課題（13130230）資助。

參考文獻：

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[11]杜莎.“軟件定義汽車”成為未來趨勢，引領行業變革[J].汽車與配件，2020（15）：46-49.