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或只存在一種方案 從一個使用者的角度聊聊電子電氣架構的未來方向

虎年伊始,筆者想認認真真坐下來寫一篇對於未來汽車進化層面的思考。囿於筆者並不是一位工程師,只能從媒體的視角,或者說從一個具體使用者的角度來聊聊透過這幾年自己的觀察,引發的一些思考。其中最大的一個反思,就是多年前,一個網際網路高管發出的靈魂拷問:為什麼在汽車上看不到微信這樣的爆款應用?

或只存在一種方案 從一個使用者的角度聊聊電子電氣架構的未來方向

這個問題筆者在當時似乎毫不猶豫地就能想到答案:因為使用場景不同。但隨著年紀的增長,以及對汽車將轉型為移動智慧終端這個方向的認知越來越多,越發對自己當時給出的答案不那麼自信,甚至開始不停地拷問靈魂:為什麼在汽車上看不到微信這樣的爆款應用?最終...經過多年的思考…筆者終於發現:自己仍然無法用一句話回答這個問題。羅馬不是一天建成的,很多問題的答案也不是非黑即白,所以這篇文章筆者想從眾多個原因中,挑選一個角度來解讀,或許它不是解決問題的全部答案,但至少提供了一個視角。這個角度就是電子電氣架構(後文中電子電氣架構都將簡寫為英文字母EEA)。

或只存在一種方案 從一個使用者的角度聊聊電子電氣架構的未來方向

從德爾福提出EEA這一概念,再到博世發展出的六段式EEA架構進化路線圖,以及特斯拉MODEL 3率先將Zonal架構進行量產,都足以看出,無論是傳統車界大佬,還是造車新勢力,都在“苦於傳統架構久已”後發起了自己的行動。汽車越發智慧,如果繼續在傳統架構下造智慧汽車,ECU的數量會越來越多,這將帶來很多業界“不可承受之重”。首先是線束長度與重量的增加。舉兩個例子,2000年賓士S級轎車的電子系統已經擁有80個ECU,1900條總長度達4km的通訊匯流排。2007年上市的奧迪Q7和保時捷卡宴的匯流排長度則已經突破6km,總重量超過70kg,基本是位列發動機之後的全車第二重的部件。企業辛辛苦苦在車身材料上剪掉的重量,線上束上又加了回來,當然增加的不只是重量,還有成本。上邊的兩個例子還是十幾年前的事情,如今很多車輛的ECU已經突破了200個,而隨著自動駕駛、智慧座艙等功能的加入,如果按照傳統的分散式EEA,其數量還會呈指數級增長。

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功能的增加,不僅帶來了線束長度與材料成本的迅猛提升,更多的是帶來了企業難以承受的協調與測試成本。讓不同的系統相互相容且保持一定的共同節奏本來就很難,一輛單車開發的市場曾經高達5-7年,其中大部分的時間是放在了協調不同供應商的產品更新與測試上,而如今還要具備更多計算量更大,甚至還要時不時升級一下的軟體功能,再用傳統的EEA,無疑會讓OEM的統合工程師抓狂,

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此外,通訊頻寬也是傳統EEA中的瓶頸。隨著ADAS、自動駕駛等功能的不斷進化,車內通訊的資料量呈幾何級數激增。以單個感測器的資料傳輸量測算,ADAS系統的雷達和攝像頭各自產生的資料量都超過了100Mbyte/s。以一臺配備有五個雷達感測器和兩個攝像頭感測器的汽車為例,在採集和儲存期間,需要管理大約1GByte/s的海量資料,而蔚來公佈的ET7在搭配鐳射雷達後,資料吞吐量達到了每秒18G,而其自身的頻寬依然做到了32G/秒的能力!但傳統的FlexRay、LIN和CAN低速匯流排的頻寬,最高不過幾兆的容量,這樣的差距無異於一塊五寸盤(八九十年代的儲存介質)和固態硬碟的代差,分散式EEA已經無法提供所需的高頻寬通訊能力。

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當然,筆者認為最重要的一點,傳統的分散式架構,讓軟體與硬體的捆綁太過緊密。每一個零件用的ECU都有自己的專屬系統,一輛車裡的功能需要幾十個不同系統相互匹配,才能使用,這樣的弊端除了上文提到的更新換代是需要花費大力氣去協調,更大的傷害是無法打通各個硬體間的壁壘,實現功能上的創新。例如iphone的成功,並不是因為採用了觸屏,也並不是因為安裝了攝像頭,而是透過優秀的系統,打通了各個零部件供應商之間的硬體壁壘,給予開發者一個非常寬鬆、高效的開發環境,用眾人的智慧,把電腦的計算能力+此前掌上電腦的便利性,以及攝像頭、鐳射雷達等硬體,做到了1+1大於2的超強使用者體驗,再由這樣的體驗促生了更多開發者參與進來的正向迴圈,最終誕生了一個健康的生態,在如此健康的生態之下,誕生一個爆款軟體成為了必然。但筆者認為,目前的EEA架構尚不具備孕育這一關鍵力量的條件,所以無法誕生如手機端微信這樣的爆款也就不奇怪了。

一線的OEM企業自然發現了這個問題!這些年,已有越來越多的企業開始改進EEA。例如長城、長安、吉利等國內一線品牌,都已在現款產品中開始量產“域集中式EEA”(Domain Centralized EEA)。這種EEA相比此前的分散式架構,將模組化程度和ECU功能整合度進一步提高,就出現了“功能域(Function Domain)”的概念。從軟、硬體架構上來看,域集中式EEA最直觀的表現就是有了“域控制器(Domain Control Unit,DCU)”來作為整個功能域的核心。所謂域控制器是指域主控硬體、作業系統、演算法和應用軟體等幾部分組成的整個系統的統稱。域主控處理器(Domain Host Processor)又是域控制器的大腦核心,通常由一個整合度更高、效能更強的處理器來擔任。

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簡而言之,“域集中式EEA”車內的管理系統不再是一個領導一對多地統領所有員工,而是產生了部門經理,部門經理將幫助最大的高管管理基層,而這幾個部門經理通常按照車輛的功能來確定頭銜,例如博世曾經將車身控制域分為了動力域(Power Train)、底盤域(Chassis)、車身域(Body/Comfort)、座艙域(Cockpit/Infotainment)、自動駕駛域(ADAS)。基於MEB純電平臺的大眾ID.系列採用了全新一代整車電子電氣架構,在該架構中主要有三個計算單元,即ICAS1車身控制域,ICAS2高階自動駕駛域,以及ICAS3智慧座艙域,(目前的量產產品中僅搭載了ICAS1和ICAS3)其中ICAS1由德國大陸集團生產提供。而華為的MDC方案也與大眾的思路類似。

在這樣的思路有三點好處,一是集中式管理讓管理成本更低;二是高度的整合減少了ECU的數量,平臺的可擴充套件性也更好;三是在算力更強大的域主控處理器上可以執行更復雜的感測器融合演算法,使得跨感測器實現複雜功能的構想成為可能。在這樣的情境下,誕生了很多實用的功能,例如支援車輛軟體的下載安裝,及安全功能線上更新升級,賦以車輛“終身學習”的能力。

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但這樣的方案,過度性質明顯。沒有歷史負擔的“鯰魚”特斯拉,在它的走量產品MODEL 3上使用了更為激進的EEA形式。這套系統並沒有按照功能去劃分域,而是直接將車輛的主要管理工作兵分三路,變成了左車身控制模組,中央計算單元,右車身控制模組。業界將這樣的形式成為了跨域/中央集中式的EEA 。中央集中式 EEA不僅能將計算資源集中,便於軟硬體分離;也給整車各個控制器的電源管理帶來很多想象力。以特斯拉MODEL 3採用的跨域/中央集中式EEA為例,極大地減少了線束的使用量,大幅降低了車輛的成本,同時對於特斯拉拋開傳統零部件供應商的束縛,大力發展自身的全棧軟硬體能力提供了基礎。當然,特斯拉的做法也存在著問題,就是沒能將IVI系統與ADAS控制系統進行物理分離,導致某種程度上存在被駭客從外界破解的可能性。所以包括寶馬、豐田在內的企業,在開發跨域/中央集中式 EEA之時,就考慮到了將涉及到自動駕駛、車輛行駛等核心安全內容與IVI系統進行物理層面隔離的思路。不過,雖然有包括上述主機廠大玩家以及包括大陸集團、安波福等一線供應商的跟進,面對如此巨大的變革,車圈的傳統企業跟進的速度仍然相對緩慢,根據部分企業調研團隊的預測,跨域/中央集中式EEA真正普及可能要到2025年,2022年仍然是“域集中式EEA”開始普及的年份。不過即便如此,在市場上已然可以看到整車品牌享受到了電子電氣架構的“紅利”,例如部分品牌強調的“全棧式研發能力”,大部分是基於打破了傳統電子電氣架構中的軟硬體阻隔,這也就意味著開發需要協同多個不同品牌感測器才能實現的功能成為了可能。

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但即便是跨域/中央集中式 EEA,筆者仍然認為,它仍不會是一個孕育爆款車載應用的理想溫床,即使是一部分車企認定的中央計算架構也並不能夠勝任。這裡仍然存在一個極大的問題沒有解決,就是通用性。我們可以參考PC的流行,以及蘋果、安卓兩套系統的普及,核心還是在系統架構方面做到了統一。PC是Intel的X86架構勝出,而蘋果與安卓是在ARM架構下達成了一致。但反觀汽車界,即使是在跨域/中央集中式 EEA架構下,無論是寶馬、豐田還是大眾,他們都推出了自己的相應解決方案,但是仍然存在通用性的障礙,這對於開發者而言,會是一個災難性的考驗。

目前,大部分車企的想法,仍然是靠自身的能力,儘可能做到規模上的勝出,例如大眾就是最好的例子,他們計劃未來將集團內十多個品牌全部統一為SSP平臺架構,這就意味著在電子電氣架構方面,大眾每年約1000萬的產銷規模,都將被統一的軟硬體環境所取代,而且這一架構將在2024年開始推出產品,幾年的時間,這一平臺架構的使用者規模將達到幾千萬,這對於開發者而言當然是一個好訊息。但筆者認為,這還不夠,這就相當於大眾其實是想複製蘋果曾經的玩法,用強產品力來擴大規模,用規模來搶佔開發者。但業界或許也需要另外的“安卓”模式,一個讓更多車企,至少規模上不能與大眾匹敵的車企,也仍然能夠選擇的模式。也許在那個時候,也會有企業選擇開源他們的架構,同時給這套架構足夠的空間,讓使用它的車企能夠打造屬於自己的獨一無二的靈魂。

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當然,這些都是筆者的設想,但一個統一的EEA架構,將是業界必然的選擇。因為那時的車載應用,將不僅僅是車上螢幕中執行的程式,它必然將涉及到車輛行駛、駕控等核心內容。也許一套適應紐北賽道的調教程式,將可在不同品牌間裝載,而自動駕駛的邏輯演算法,也可以在每次推送後安裝到不同大小,不同感測器,當然也是不同品牌的車型中,而這些都是建立在,大家使用了相同的EEA架構的基礎之上。

分類: 歷史
時間: 2022-02-15

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