1975
佐思汽研發(fā)布《2024年智能汽車E/E架構(gòu)及對供應(yīng)鏈影響研究報告》。
中央/準(zhǔn)中央+區(qū)域架構(gòu)已成為OEM主機(jī)廠降本利器
在本報告中，佐思汽研將OEM車企E/E架構(gòu)分為五個類型：
中央計算+區(qū)域架構(gòu)：整車級OS，采用區(qū)域控制器（智能配電、區(qū)域服務(wù)化），可以支持一個計算中心，單盒多芯或單盒單芯，實(shí)現(xiàn)座艙、智駕、車控等多域合一。
據(jù)佐思汽研統(tǒng)計，2024年上半年，域融合架構(gòu)乘用車銷量77.9萬輛，占比7.9%；準(zhǔn)中央+區(qū)域架構(gòu)乘用車銷量33.6萬輛，占比3.4%；中央+區(qū)域架構(gòu)乘用車銷量6.7萬輛，占比0.7%。
由于區(qū)域架構(gòu)帶來的巨大成本優(yōu)勢，以及整車空間設(shè)計優(yōu)勢，預(yù)計到2027年，“準(zhǔn)中央+區(qū)域”架構(gòu)滲透率將達(dá)到16.3%，中央+區(qū)域架構(gòu)滲透率將達(dá)到14.3%。
2023-2027年E/E架構(gòu)演進(jìn)趨勢預(yù)測
來源：佐思汽研《2024年智能汽車E/E架構(gòu)及對供應(yīng)鏈影響研究報告》
以吉利汽車為例來看，其2024H1電氣化率達(dá)到34.2%，域集中架構(gòu)滲透率達(dá)到25.4%。
吉利汽車E/E架構(gòu)部署進(jìn)展（列舉部分車型）
來源：佐思汽研《2024年智能汽車E/E架構(gòu)及對供應(yīng)鏈影響研究報告》
2024年8月，吉利銀河E5 首發(fā)量產(chǎn)搭載了 GEEA 3.0電子電氣架構(gòu)：
電驅(qū)動系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“十一合一”： VCU （整車控制器） 、MCU （電機(jī)控制單元） 、HBMS（高壓電池管理系統(tǒng)）、LBMS （低壓電池管理系統(tǒng)） 、OBC （車載充電機(jī)）、DCDC （電源轉(zhuǎn)換器）、PDU （高壓配電系統(tǒng)） 、Motor（驅(qū)動電機(jī)）、Reducer（減速器）、GWRC（驅(qū)動防滑控制技術(shù)）和TMS（熱管理系統(tǒng)）
得益于準(zhǔn)中央+區(qū)控架構(gòu)帶來的整車線束布置、減重、降本等優(yōu)勢，銀河E5將 “67.2%超大得房率” 作為同級別純電A級SUV的主推賣點(diǎn)之一，同時將補(bǔ)貼后的限時優(yōu)惠價打到10.98萬-14.58萬價格區(qū)間，預(yù)計將對A級純電SUV市場帶來巨大影響。
吉利下一步將推動更多車型搭載GEEA 3.0電子電氣架構(gòu)，同時進(jìn)一步推動整車級OS上車，形成真正的中央計算+區(qū)域架構(gòu)平臺。
此外，搭載了中央+區(qū)域架構(gòu)的的零跑汽車也迎來銷量大漲，零跑目前在售的主力車型C16、C10、C11、C01已全部搭載了最新的LEAP3.0“四葉草” 中央+區(qū)域架構(gòu)，2024年8月零跑汽車銷量達(dá)到30305臺，同比增長超113%。
基于LEAP3.0“四葉草” 中央+區(qū)域架構(gòu)， 實(shí)現(xiàn)四域合一，ECU 大量減少，相比LEAP2.0域集中式架構(gòu)，汽車控制器從 42 個減少至 28 個，整車線束也被縮短到了低于1.5 km 的長度內(nèi)，重量減輕到 23 kg，在降本、增加空間布置的同時，實(shí)現(xiàn)了功能配置提升，價格相較于舊款還有所降低。
零跑汽車“四葉草” 中央+區(qū)域架構(gòu)
可以看到，無論是零跑C系列、吉利銀河E5、智己L6，還是即將交付的嵐圖知音等，中央/準(zhǔn)中央+區(qū)域架構(gòu)已成為各大主機(jī)廠的降本利器。
E/E架構(gòu)革新方向：除SoC計算芯片外，眾多零散ECU集成設(shè)計，引入中央跨域SoC (MCU)，加快供應(yīng)鏈整合，實(shí)現(xiàn)降本
傳統(tǒng)的分布式架構(gòu)中每輛汽車上的ECU可高達(dá)100多個，功能域架構(gòu)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了部分ECU整合，在最終中央計算+Zonal架構(gòu)下，區(qū)域控制器ZCU和中央計算平臺HPC將整合整車大部分ECU。
ECU在汽車上的分布
來源：瑞薩電子
ZCU（區(qū)域控制器）的硬件設(shè)計理念，就是主控制器MCU把小控制器ECU統(tǒng)統(tǒng)吃掉，融合成一個超大控制器，實(shí)現(xiàn)由一塊PCBA對不同區(qū)域功能的控制。因此，在Zonal架構(gòu)下，ECU的數(shù)量大幅減少，減少的ECU部分并入?yún)^(qū)域控制器ZCU中，有些則會把控制功能上傳至中央處理單元HPC來實(shí)現(xiàn)，而自身則轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€智能傳感器或者智能執(zhí)行器。
ZCU可以減少ECU的使用，大大降低線束成本，并減輕重量和通信接口，節(jié)省空間并實(shí)現(xiàn)更高的計算能力利用率。目前，大多數(shù)OEM已計劃在其下一代多域計算架構(gòu)中使用2至4個ZCU來集成整車大部分的ECU功能，減少ECU的數(shù)量。
部分OEM主機(jī)廠ECU集成設(shè)計思路
來源：佐思汽研《2024年智能汽車E/E架構(gòu)及對供應(yīng)鏈影響研究報告》
隨著大部分的ECU功能集成于中央處理單元HPC、區(qū)域控制器ZCU中，微控制器處理單元也迎來升級，高性能MCU（SoC）迎來大規(guī)模應(yīng)用。
除了被廣泛應(yīng)用的NXP S32G2/G3系列、瑞薩R-Car S3/S4系列、TI DRA系列、芯馳G9H等芯片外，NXP性能強(qiáng)大的5nm MCU（SoC），芯馳ZCU旗艦芯片E3650等也備受關(guān)注。
NXP全球首款5納米汽車MCU（SoC）
2024年3月底，NXP正式推出了全球首款5納米汽車MCU，不過NXP并未稱其為MCU，而是叫S32N55 Vehicle Super-Integration Processor，實(shí)際上是一顆SoC，其特點(diǎn)包括：
-
- 具備高效率的強(qiáng)調(diào)實(shí)時性的運(yùn)算核心；具備高安全內(nèi)核，最高可達(dá)ASIL-D級標(biāo)準(zhǔn)；具備多種網(wǎng)絡(luò)接口，包括CAN、LIN、FlexRay、車載以太網(wǎng)、CAN-FD、CAN-XL以及PCIe，CAN網(wǎng)絡(luò)接口至少有15個；
實(shí)現(xiàn)多個ECU功能集成，集成了車輛動態(tài)控制、車身、舒適、中央網(wǎng)關(guān)。以電機(jī)控制為例，S32N55有Automotive Math and Motor Control Library (AMMCLib)算子庫，支持AUTOSAR和小型實(shí)時操作系統(tǒng)如Zephyr，支持AUTOSAR MCAL實(shí)時驅(qū)動RTD，支持Type1型虛擬機(jī)，支持平臺內(nèi)通訊協(xié)議棧IPCF，支持Safety Software Framework (SAF) 和Structural Core Self-Test (SCST)。
芯馳科技ZCU旗艦芯片產(chǎn)品E3650
該產(chǎn)品采用了最新ARM Cortex R52+高性能鎖步多核集群，支持虛擬化，非易失存儲器（NVM）高達(dá)16MB，具備大容量SRAM，有豐富的可用外設(shè)資源，可以支撐更高集成度、更寬配置的整車電子電氣架構(gòu)實(shí)現(xiàn)。
E/E架構(gòu)革新方向：從分散操作系統(tǒng)，走向整車級OS，整車OS是實(shí)現(xiàn)中央計算的關(guān)鍵
整車操作系統(tǒng)即整車OS，面向中央計算平臺，基于SOA架構(gòu)，能夠?qū)④噧?nèi)各個不同域（座艙、智駕、車控等）的功能全部集成在一個平臺系統(tǒng)上，從而提供同一套編程接口的整車級平臺，是所有車輛域軟件和服務(wù)的開發(fā)運(yùn)行平臺。
零跑汽車整車OS：軟硬解耦，SOA軟件架構(gòu)，多系統(tǒng)軟件融合。
Leapmotor OS車機(jī)系統(tǒng)：基于QNX Hypervisor實(shí)現(xiàn)QNX（儀表）+Android（IVI系統(tǒng)）；
網(wǎng)關(guān)等：Linux系統(tǒng) ；
ADAS、車控、CAN總線系統(tǒng)：基于RTOS系統(tǒng)；
通信中間件：DDS分布式通信中間件+Mailbox通信總線；
SOA架構(gòu)：四葉草SOA軟件設(shè)計架構(gòu)，200+接口自定義場景應(yīng)用開放，500+接口預(yù)留，場景碼可分享，釋放想象力超級無感式OTA：座艙8秒內(nèi)升級完成（7秒檢測環(huán)境，1秒切換系統(tǒng)）。
蔚來全棧自研整車OS——SkyOS
SkyOS-L：首個實(shí)現(xiàn)AutoSAR的國產(chǎn)替代并規(guī)?；逃玫膶?shí)時操作系統(tǒng)。SkyOS-L系統(tǒng)相比AUTOSAR，在實(shí)時周期性信號送達(dá)率快30-40%；
SkyOS-M：是微內(nèi)核架構(gòu)，運(yùn)行在中央大腦中，主要控制車身、底盤、懸架等，內(nèi)核比傳統(tǒng)Linux更穩(wěn)定，服務(wù)隔離做的更好，同時在安全隔離的基礎(chǔ)上，還有四層監(jiān)控和三層恢復(fù)的安全機(jī)制；
SkyOS-C：基于 Android 深度定制的操作系統(tǒng)，承載了智能座艙的功能，自研TOX協(xié)議棧，數(shù)據(jù)傳輸更穩(wěn)定，還有包括NOMI在內(nèi)的AI智能體驗(yàn)；
SkyOS-R：提升系統(tǒng)的負(fù)載能力；
SOA框架，蔚來定義了高性能跨域通信協(xié)議，命名為TOX，意思是Talks Over X。其含義在于它可以適用于所有的網(wǎng)絡(luò)類型，以及所有的通訊終端；
跨域通信協(xié)議TOX，可以提供高帶寬、高容量、低延時、高可靠性的通信，比傳統(tǒng)的CAN總線可以提升30-50倍，與傳統(tǒng)的車載通信協(xié)議SOME/IP比較，端到端延時降低了40%，零丟包的閾值提升了109%。TOX傳輸?shù)目煽啃愿哂赟OME /IP；
小鵬汽車整車跨域統(tǒng)一中間件（UCM）：
整車通訊中間件，包括系統(tǒng)安全方面的中間件、數(shù)據(jù)安全方面的中間件、功能安全、整車OTA、整車SOA等。座艙應(yīng)用和自動駕駛應(yīng)用可以無需關(guān)注硬件平臺的差異或變化，從而極大地提升了研發(fā)效率和速度。
硬件資源最優(yōu)分配，小鵬采用類似積木組合的方式，根據(jù)產(chǎn)品的實(shí)際需求進(jìn)行資源的排列組合，從而構(gòu)建出利用性最優(yōu)、性能最佳、體驗(yàn)上乘的產(chǎn)品。
E/E架構(gòu)革新方向：艙駕合一、艙駕+車控融合漸成主流，將構(gòu)建PCIe通信框架
準(zhǔn)中央/中央架構(gòu)下，智駕、座艙、泊車、動力、底盤、車身、座椅等所有需要一定規(guī)模計算資源的系統(tǒng)可能都集中在一個中央計算單元內(nèi)，因此，汽車網(wǎng)絡(luò)面臨的一個重要挑戰(zhàn)是，中央計算平臺本身的高性能計算互聯(lián)。
根據(jù)“中央計算平臺”的集中程度進(jìn)一步可細(xì)分為“多盒（Multi-Box）”、“單盒多板（One-Box）”、“單板多芯（One-Board）”和“單芯（One-SoC）”四個小階段，這一集中過程除了依賴芯片硬件層面集成設(shè)計技術(shù)的突破之外，板間互連、片間互連、片上互連等通信技術(shù)的進(jìn)步也是關(guān)鍵。
如下圖所示，4個以太網(wǎng)連接到了PCIe橋，這4個ECU的帶寬大概要50Gbps，所以需要使用橋接芯片或者交換機(jī)把以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換到PCIe。
架構(gòu)中心化推動了數(shù)據(jù)儲存技術(shù)的發(fā)展從傳統(tǒng)的eMMC和UFS轉(zhuǎn)向更強(qiáng)大的PCIe 3.0和PCIe 4.0 SSD。搭配有PCIe總線的大容量SSD將會是未來Zonal架構(gòu)下車用存儲的主要形態(tài)。
下載ECAD模型
