整车电子电气架构发展思路剖析

王卿海，钱 严

（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心 汽车智能网联技术安徽省重点实验室，安徽 合肥 230009）

引言

随着技术的不断发展，汽车“四化”，智能化、网联化、电动化及共享化[1]，正引领汽车行业发生重要变革，汽车功能越来越多样、复杂，电子电气架构也在不断变革之中，逐渐从分布式架构到集成式架构演进。

电子电气架构（EEA，Electrical/Electronic Architecture）是由车企所定义的一套整合方式。该架构能把汽车中的各类传感器、ECU（电子控制单元）、线束拓扑和电子电气分配系统完美地整合在一起，完成运算、动力和能量的分配，实现整车的各项智能化功能。

特斯拉横空出世，以全方位的创新，加快了汽车行业电子电气架构的迭代速度。特斯拉采取了集中式的电子电气架构，即通过自主研发底层操作系统，并使用中央处理器对不同的域处理器和ECU进行统一管理。这种架构与智能手机和PC非常相似。

汽车电子电气架构是车企转型的第一步，随着开发的不断纵深，包括操作系统、软件更新和生态建设等在未来3～5年会更加繁荣。同时也可以看出，电子电气架构是一个阶段性演进的产物，是随着车企向前发展而不断进化的。

1 电子电气架构现状及发展趋势

传统的电子电气架构是一种分布式方案，根据汽车功能划分成不同的模块，如动力总成、车身、底盘和高级驾驶辅助ADAS（Advanced Driving Assistance System）等。如图1所示：

图1 分布式电子电气架构

这种分布式架构最大的特点是功能划分明确、简化，方便在各个模块中找到最优的供应商，架构成熟可靠。

如今，技术的迭代速度加快，传统的分布式电子电气架构难以承载汽车的复杂功能，在整车层面造成了相当大的冗余，而且整车企业并没有权限去维护和更新ECU；以传统的汽车供应链为例，整车企业高度依赖博世、德尔福（现为安波福）等一级零部件供应商提供的ECU，但不同的ECU来自不同的供应商，有着不同的嵌入式软件和底层代码。这样的架构无法支持汽车所需要增加的功能，极大地影响了用户的使用体验。

现如今，汽车电子电气架构已经向集中式发展，并使用“域”划分的方法，把从属相关的部分尽可能地进行整合，以几个大单元为单位打破模块内的功能划分。如图2所示[2]。

图2 博世的电子电气架构技术战略图

直至特斯拉横空出世，以全方位的创新，加快了汽车行业电子电气架构的迭代速度。特斯拉采取了集中式的电子电气架构，即通过自主研发底层操作系统，并使用中央处理器对不同的域处理器和ECU进行统一管理。这种架构与智能手机和PC非常相似。

与传统车企最大的不同，特斯拉可以像智能手机一样进行系统升级（OTA），传统车企的OTA只局限于车载信息娱乐系统中地图等功能，却无法像特斯拉一样对车内温度、制动、充电等涉及车辆零部件的功能进行远程控制或升级。其背后更深层次的原因，在于两者底层的电子电气架构（Electrical/Electronic Architecture，EEA）完全不同。

特斯拉Model 3的电子电气架构只有三大域：中央计算模块（CCM）、左车身控制模块（BCM LH）和 右车身控制模块（BCM RH）。如图3所示：其中CCM将IVI（信息娱乐系统）、 ADAS/Autopilot（辅助驾驶系统）和车内外通信3部分整合为一体，CCM 上运行着X86 Linux系统。BCM LH 和 BCM RH 则负责车身与便利系统、底盘与安全系统以及动力系统的功能。

图3 特斯拉Model3网络拓扑

可以看出，汽车电子电气架构的演化主要是围绕一个强有力的通信架构和整车级计算平台这两项内容而展开的。从计算平台角度来看，整车企业做架构更新的第一步是重新审视哪些东西应该放在一起，哪些需要独立分布，哪些需要频繁升级更新。这需要各家整车厂结合自身实际情况规划平台化的电子电气架构。

2 电子电气架构发展面临的选择路线

在分布式阶段，车辆各功能由不同的单一电子控制单元（ECU）控制，一辆车往往分布着上百个ECU；到了集成式阶段，ADAS、车身控制、多媒体等功能可以通过域实现局部的集中化处理；特斯拉的出世，带给消费者的是极致的性能，极佳的使用体验，对行业电子电气工程师来说，带来的震撼不仅仅是汽车电子电气架构的创新，更是这种创新是未来发展的必然趋势。

现实情况是许多整车企业还在用分布式的电子电气架构。伴随汽车越来越智能化，ECU的增长终将迎来爆发，这种分布式的ECU架构如果无限制扩张，势必面临着巨大挑战。例如，ECU的算力不能协同，并相互冗余，产生极大浪费；分布式的架构需要大量的内部通信，客观上导致线束成本大幅增加，同时装配难度也加大。

为响应新趋势，部分整车企业和零部件供应商也开始思考面向汽车自动化、电气化、互联化的智能电子电气架构设计。

安波福提出了“大脑”与“神经”结合的智能电子电气架构。其中，安全网关处理器、自动驾驶处理器以及中央处理器，这三个处理器构成了“大脑”，负责处理所有的运算，包括自动驾驶、娱乐系统、信息系统需要的运算。“超级大脑”需要大量的数据传输、能量传输，安波福在架构中引入“神经系统”的概念：一类是数据传输系统，负责数据传输的神经系统；另一类是传递能量的系统，甚至在能量传递系统中设置了备份系统，保证车辆在运行过程中能量不会丢失[2]。

通用汽车最近也推出了通用新一代电子电气架构 Global B，旨在处理随着汽车变得更智能而带来的大量必不可少的数据负载。新一代电子电气架构将为通用下一代汽车产品开发中的电气化、主动安全、车载娱乐、智能互联以及 Super Cruise 技术升级提供系统支持。其每小时能够处理多达4.5 TB数据，比目前通用汽车电子架构的运算能力增长5倍，大约相当于500部电影，与此同时支持OTA升级。该架构将率先搭载于2020款凯迪拉克。

未来，自动驾驶要求更高的算力和更多传感器件，汽车内部的快速电子化让传统汽车电子架构不堪重负，对于未来汽车电子架构来说，更应该做减法了。尤其是5G技术的引入，将加快电子电气架构演进。如果网络带宽足够宽，延迟足够低，这一趋势将会更加明显：算力向中央集中，向云端集中，汽车电子架构的演进也正朝着集成式，甚至服务器式这一方向前行。

目前多数车企比较认可的计算平台方案主要分为三大部分：（1）自动驾驶计算平台，根据L3-L4级自动驾驶的不同需求来确定HPC的数量；（2）车辆基础计算平台，原先车身控制、热管理控制、通信控制等都是由各个分散的ECU来完成的，未来要通过基础计算平台来实现整车功能的总控制；（3）信息和通信计算平台，主要是满足人车交互方面的需求，该平台承担着非常重要的信息安全工作。当电子电气架构演变接近终局时，这三个基础单元可能会被整合成为一个。

在汽车电子电气架构的演变趋势下，如果车企转型顺利，未来的汽车行业会出现和手机行业一样的现象，比如会有更多的车企发布操作系统、召开软件开发者大会等。而“软件定义汽车”，意味着整车开发模式将会变得更为简化。车企会投入大量的人才从事软件开发工作，全产业链的核心技术整合能力将成为衡量一个车企是否真正成功的关键，而其中最重要的就是车企的汽车软件中心的架构。

汽车电子电气架构是车企转型的第一步，随着开发的不断纵深，包括操作系统、软件更新和生态建设等在未来3～5年会更加“繁荣”。同时也可以看出，电子电气架构是一个阶段性演进的产物，是随着车企向前发展而不断进化的。

3 总结

本文介绍汽车电子电气架构现状，并通过特斯拉Model 3的电子电气架构案例来说明电子电气架构发展的趋势；未来，自动驾驶要求更高的算力和更多传感器件，算力向中央集中，向云端集中，汽车电子架构的演进也正朝着集成式，甚至服务器式这一方向前行，这一演变趋势下，如果车企转型顺利，未来的汽车行业会出现和手机行业一样的现象，比如会有更多的车企发布操作系统、召开软件开发者大会等；而实现这一目标，整车厂需要结合自身情况，规划汽车电子电气架构平台是首先考虑的第一步。