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作者 / 阿寶，出品 / 阿寶1990
一、 汽車EE架構(gòu)從分布式向域集中變化，推動(dòng)通信架構(gòu)升級(jí)
電子電氣架構(gòu)在2007年由德爾福(DELPHI)首先提出E/E架構(gòu)的概念，具體就是在功能需求、法規(guī)和設(shè)計(jì)要求等特定約束下，把汽車?yán)锏?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E4%BC%A0%E6%84%9F%E5%99%A8/">傳感器、中央處理器、電子電氣分配系統(tǒng)、軟件硬件通過技術(shù)手段整合在一起；通過這種結(jié)構(gòu)，將動(dòng)力總成、傳動(dòng)系統(tǒng)、信息娛樂系統(tǒng)等信息轉(zhuǎn)化為實(shí)際的電源分配的物理布局、信號(hào)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、診斷、電源管理等電子電氣解決方案。
由分布式 ECU 向域控制/中央集中架構(gòu)方向發(fā)展。從博世對(duì) E/E 架構(gòu)定義來看， 汽車 E/E 架構(gòu)的升級(jí)路徑表現(xiàn)為分布式（模塊化→集成化）、 域集中（域控制集中→跨域融合）、 中央集中式（車載電腦→車-云計(jì)算）。
即為分布式 ECU（每個(gè)功能對(duì)應(yīng)一個(gè) ECU）逐漸模塊化、集成向域控制器（一般按照動(dòng)力域、底盤域、車身域、信息娛樂域和 ADAS 域等），然后部分域開始跨域融合發(fā)展（如底盤和動(dòng)力域功能安全、信息安全相似），并發(fā)展整合為中央計(jì)算平臺(tái)（即一個(gè)電腦），最后向云計(jì)算和車端計(jì)算（中央計(jì)算平臺(tái)）發(fā)展。其中車端計(jì)算主要用于車內(nèi)部的實(shí)時(shí)處理，而云計(jì)算作為車端計(jì)算的補(bǔ)充，為智能汽車提供非實(shí)時(shí)性（如座艙部分場景可允許微秒級(jí)別的延遲）的數(shù)據(jù)交互和運(yùn)算處理。
目前我們正處于從過去的分布式EE架構(gòu)邁向域集中式EE架構(gòu)的轉(zhuǎn)變過程中，預(yù)計(jì)到2025年左右就會(huì)完成這一轉(zhuǎn)變。從2025年以后，將開啟跨域的融合時(shí)代，也就是轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸醒?區(qū)域”（Central & Zonal）計(jì)算的EE架構(gòu)時(shí)代。
博世對(duì)未來汽車電子電氣架構(gòu)發(fā)展趨勢的觀點(diǎn)
1. 當(dāng)前，車企正在應(yīng)用的第一類 E/E 架構(gòu)，采用分布式設(shè)計(jì)，分為模塊化和集成化兩個(gè)階段：
模塊化階段：汽車的每個(gè)功能擁有獨(dú)立 ECU, 現(xiàn)在大多數(shù)汽車處于該階段；
集成化階段：車輛的設(shè)計(jì)開始進(jìn)行功能集成，進(jìn)而帶來 ECU 的被集成。
2. 今后，車企將采用第二類 E/E 架構(gòu)，采用（跨）域集中式設(shè)計(jì)，分為集中化和域融合兩個(gè)階段，如大眾由搭載來自200個(gè)不同供應(yīng)商的70個(gè)ECU“減少到三臺(tái)中央車載電腦”來減少整車軟件的復(fù)雜性：
集中化階段：指開始出現(xiàn)了域中心控制器；
域融合階段：對(duì)應(yīng)地開始出現(xiàn)跨域中心控制器。特斯拉 Model 3 正是域融合階段的代表車型。
3. 未來，E/E 架構(gòu)將發(fā)展為第三類架構(gòu)，即車輛集中 E/E 架構(gòu)，分為車載電腦和車-云計(jì)算：
車載電腦階段：采用的是車載電腦和區(qū)域?qū)蚣軜?gòu)；
車-云計(jì)算階段：車輛功能在云端。
計(jì)算集中化后的優(yōu)勢：
硬件架構(gòu)升級(jí)：a.減少內(nèi)部算力的冗余，避免ECU數(shù)量膨脹，減少設(shè)計(jì)算力總需求；b.傳統(tǒng)分布式架構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)交互，集中式架構(gòu)可以統(tǒng)一交互，并實(shí)現(xiàn)整車功能協(xié)同；c.集中式架構(gòu)后，線束縮短，整車質(zhì)量減輕。
軟件架構(gòu)升級(jí)：a.分布式架構(gòu)軟硬一體，整車企業(yè)并沒有權(quán)限去維護(hù)和更新ECU，因此無法通過后續(xù)OTA更新解決問題。變成集中式架構(gòu)后，軟硬解耦，可以通過系統(tǒng)升級(jí)(OTA)持續(xù)地改進(jìn)車輛功能，軟件一定程度上實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)4S店的功能，可以持續(xù)地為提供車輛交付后的運(yùn)營和服務(wù)；b.整體形成感知層后，采集的數(shù)據(jù)信息可共用。軟硬解耦后，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)應(yīng)用共用一套硬件裝置，有效減少硬件數(shù)量。
通信架構(gòu)升級(jí)：采用高速以太網(wǎng)取代CAN總線，為未來汽車添加更多車聯(lián)網(wǎng)、ADAS功能提供支撐。
目前車載總線通信正逐步由“CAN總線為主、其他總線為輔”的分布式架構(gòu)，向“以太網(wǎng)為主、 CAN及其他總線為輔” 的域集中式架構(gòu)轉(zhuǎn)變。
CAN總線為主的分布式總線架構(gòu)中，功能分別集成，相較原先的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，功能集成度更高，更便于損壞后的修理與替換，且應(yīng)用層協(xié)議與數(shù)據(jù)定義統(tǒng)一，修改靈活性強(qiáng)。但分布式架構(gòu)仍然存在ECU數(shù)量多、電氣節(jié)點(diǎn)多、線束長且重以及隨之而來的線束成本高等諸多問題。
以太網(wǎng)為主的域集中式總線架構(gòu)中，以太網(wǎng)作為汽車骨干網(wǎng)，其余通信分別結(jié)合不同通信技術(shù)的功能特點(diǎn)使用CAN-FD、 FlexRay等總線技術(shù)。當(dāng)下的車內(nèi)總線通信基本形態(tài)為“多技術(shù)共存，網(wǎng)關(guān)集中控制”，可以更有效地降低車內(nèi)線束重量以及相應(yīng)的連接成本和人力成本，整體設(shè)計(jì)更有利于標(biāo)準(zhǔn)化上車，同時(shí)全套配備的成本相比分布式架構(gòu)更低。
二、 汽車智能功能及所需車載通信技術(shù)
隨著汽車智能化程度提升，智能座艙、智能網(wǎng)聯(lián)、智能駕駛等方面功能體驗(yàn)日益豐富，用戶體驗(yàn)與技術(shù)迭代相互牽引，推動(dòng)智能電動(dòng)汽車在物理層面和鏈路層面發(fā)生進(jìn)一步的技術(shù)演進(jìn)。物理層面，汽車電子電氣架構(gòu)不斷向更輕量化方向發(fā)展，以適應(yīng)汽車軟硬件解耦及功能按域集中的發(fā)展趨勢；鏈路層面，高速通信網(wǎng)絡(luò)向著更高效、更安全、更穩(wěn)定、互聯(lián)設(shè)備更多的方向演進(jìn)，為車端應(yīng)用發(fā)展提供更可靠的技術(shù)支撐。
隨著物理層面與鏈路層面的技術(shù)整體提升，智能電動(dòng)汽車所需的車載通信技術(shù)也進(jìn)一步迭代，車內(nèi)總線通信與車載無線通信均有提升，智能電動(dòng)汽車成為萬物互聯(lián)新的接入點(diǎn)，也成為移動(dòng)的數(shù)據(jù)庫。
車載通信技術(shù)以有線和無線可以劃分為車內(nèi)總線通信和車載無線通信兩部分，其中：
車內(nèi)總線通信：以汽車線束為載體，以不同形式、不同速率連接車內(nèi)各域控制器、網(wǎng)關(guān)、MCU，構(gòu)成車載網(wǎng)絡(luò)，即車內(nèi)網(wǎng)。
車載無線通信：可按照通信距離劃分為短距離無線通信與長距離無線通信。其中，短距離無線通信傳輸距離一般不超過一公里，具有低成本、低功耗、對(duì)等通信等特征，以不同形式實(shí)現(xiàn)遙控、互聯(lián)、識(shí)別等功能，最終實(shí)現(xiàn)車機(jī)與路端、交通弱勢參與方之間的互聯(lián)，形成車載自組織網(wǎng)絡(luò)，即車際網(wǎng)。長距離無線通信技術(shù)由移動(dòng)通信技術(shù)、微波通信技術(shù)和衛(wèi)星通信技術(shù)組成，目前移動(dòng)通信技術(shù)以4G為主，逐步向5G發(fā)展，車機(jī)與信號(hào)基站、云服務(wù)、移動(dòng)設(shè)備終端以及衛(wèi)星定位系統(tǒng)共同構(gòu)成車載移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，即車云網(wǎng)。
汽車車載網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)常規(guī)為總線、星形、環(huán)形三種。
2.1 車載總線通信技術(shù)
車載總線通信的演進(jìn)基于汽車電動(dòng)化程度的提高，連接范圍由基本控制系統(tǒng)到主要控制系統(tǒng)，再到如今各電子控制系統(tǒng)間的連接。目前智能電動(dòng)汽車上搭載了多個(gè)ECU，分別控制不同功能模塊，各模塊與總線直接或組合后間接連接。
總線通信技術(shù)包括CAN、 CAN-FD、 LIN、 MOST、 FlexRay、車載以太網(wǎng)等。不同通信技術(shù)在速率、成本、擴(kuò)展性、抗干擾性等方面各有所長，從而綜合應(yīng)用于不同車身應(yīng)用中。CAN總線目前用于空調(diào)、顯示、故障診斷等領(lǐng)域，將向更多骨干網(wǎng)絡(luò)延伸。LIN總線多用于燈光、座椅等傳輸相對(duì)穩(wěn)定且速率要求不高的位置中。車載以太網(wǎng)以輕質(zhì)量、高速率、強(qiáng)兼容性等優(yōu)勢，目前應(yīng)用于攝像頭、激光雷達(dá)等關(guān)鍵部件的連接，受限于價(jià)格，中高端車型將首先實(shí)現(xiàn)車載以太網(wǎng)的大規(guī)模上車應(yīng)用。
車載總線通信基本架構(gòu)、技術(shù)對(duì)比及演進(jìn)歷程
2.2 車載無線通信技術(shù)
車載無線通信技術(shù)中， 短距離無線通信傳輸速率更快，多用于車內(nèi)設(shè)備與車身附近場域的數(shù)據(jù)傳輸和連接，如車身定位、解閉鎖等；實(shí)際應(yīng)用范圍多有交叉， Tier1和主機(jī)廠也更多傾向于適度冗余配置，以保證更穩(wěn)定的體驗(yàn)。長距離無線通信一般指移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，以4/5G為代表，主要提供通信、導(dǎo)航等功能，服務(wù)智駕智艙功能。
不同的通信技術(shù)所覆蓋的范圍與能力稍有交叉，在實(shí)際車端應(yīng)用中也并非“井水不犯河水”，比如車端T-BOX配備有多種通信能力，用戶感知到的車身功能體驗(yàn)實(shí)際上是多種通信能力共同配合完成的結(jié)果。億歐智庫認(rèn)為，當(dāng)前仍處于“技術(shù)引領(lǐng)需求”的階段，新技術(shù)的出現(xiàn)并不會(huì)一蹴而就地取代傳統(tǒng)技術(shù)，而是在多種技術(shù)共存的同時(shí)，由新技術(shù)激發(fā)出更具創(chuàng)造性的功能體驗(yàn)。
車載無線通信技術(shù)特征及應(yīng)用
三、車載通信發(fā)展趨勢
車載通信技術(shù)基于技術(shù)特征、參與方的不同，具有不同的發(fā)展路徑。未來三年，主流車載通信技術(shù)將分別趨向于個(gè)性化、標(biāo)準(zhǔn)化不同方向發(fā)展，整體由技術(shù)硬件向服務(wù)平臺(tái)發(fā)展，以一套硬件支撐更多服務(wù)體驗(yàn)。
車載以太網(wǎng)將在以太網(wǎng)芯片、線束等發(fā)展下趨向于形成更加標(biāo)準(zhǔn)化的車載通信架構(gòu)；星閃技術(shù)以華為牽頭的星閃聯(lián)盟為始，集聚行業(yè)力量，未來有望量產(chǎn)上車后助力更多信息交互功能實(shí)現(xiàn)；C-V2X同樣需要各方協(xié)同、行業(yè)聯(lián)盟共同推進(jìn)，隨著高階輔助駕駛等功能的演進(jìn)， C-V2X有望形成智能駕駛標(biāo)配功能，聯(lián)合道路、城市形成更高層級(jí)的智慧交通；UWB目前仍處于發(fā)展爬坡期，基于高復(fù)用性，未來車端功能豐富、技術(shù)成本下降后有望更大范圍搭載，支撐車內(nèi)及車外近場通信更多服務(wù)。
2025年主流車載通信技術(shù)發(fā)展趨勢
車載通信產(chǎn)業(yè)既是智能電動(dòng)汽車整體發(fā)展的支柱性產(chǎn)業(yè)，又是連接車身內(nèi)外各環(huán)節(jié)的紐帶性產(chǎn)業(yè)，億歐智庫認(rèn)為，未來車載通信產(chǎn)業(yè)將向功能集成化、 產(chǎn)品智能化、 供應(yīng)國產(chǎn)化的趨勢發(fā)展。
以車載通信產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)部件——通信模組為例， C-V2X通信模組經(jīng)歷技術(shù)演進(jìn)、功能集成、性能升級(jí)，迭代出更加多元的產(chǎn)品形態(tài)。傳統(tǒng)數(shù)傳模組將進(jìn)一步向智能模組演進(jìn)，在車端功能進(jìn)化、量產(chǎn)成本降低的推動(dòng)下，智能網(wǎng)聯(lián)將在標(biāo)準(zhǔn)化推廣與個(gè)性化定制間雙線波動(dòng)發(fā)展，進(jìn)而衍生出更多產(chǎn)業(yè)合作形態(tài)。依托中國市場的成本優(yōu)勢、工程師紅利以及巨大的市場潛力， 中國蜂窩物聯(lián)網(wǎng)芯片組及模組供應(yīng)商正強(qiáng)勢崛起，逐步占據(jù)更大的全球市場份額。
下載ECAD模型
