近幾年汽車行業關于EEA的討論一直熱度不減,各大整車企業也紛紛宣布推出域集中、區域集中乃至中央集中式的EEA。EEA是電子電氣架構(Electrical/Electronic Architecture)的英文名稱縮寫,這個概念最早出現在汽車從完全機械化產品向電氣化、電子化發展之時。然而到了電動化、網聯化、智能化的今天,“架構”一詞的外延更加豐富,“電子電氣”又關聯廣泛,EEA常常與芯片、軟件、網絡、線束、電子電氣硬件等概念一起出現,實際上出現不少問題,真的有必要對EEA進行系統清晰的梳理?;蛟S正是因為相關話題中混雜了太多的細節,一些企業高層對于EEA的理解與認知也缺乏戰略高度,導致企業對于集中式EEA的落地規劃陷入了誤區。為了助力行業形成共識、加快智能汽車EEA的發展演進,蓋斯特咨詢研究團隊圍繞大家最關注的以下8個EEA問題,分享我們對于EEA最新發展趨勢的系統研究和深度思考。
? 從傳統汽車到智能汽車,EEA的內涵發生了什么變化?
? EEA包含哪些關鍵要素?EEA在智能汽車技術全景圖中的定位是什么?
? EEA對于智能汽車具有什么作用和意義?
? EEA的總體發展趨勢是什么?
? EEA的評價維度有哪些?
? EEA的演進將分成幾個階段?
? 集中式EEA演進著面臨哪些挑戰?
? 整車企業如何推動集中式EEA的落地?
一、從傳統汽車到智能汽車,EEA的內涵發生了什么變化?
1.EEA的概念定義
首先從基本概念上,EEA就是電子電氣器件的架構,體現了整車電子電氣器件之間的連接關系。廣義上EEA包含器件及其連接關系。我們可以進一步把EEA分為“電子架構”和“電氣架構”,它們分別承載整車信息和能量的流動。
其中,“電子器件”一般指供電電壓小于/等于48伏、基于電子電路實現相關功能的低壓/弱電設備,包括車載傳感器、芯片、顯示屏等,主要負責完成信息/數據的采集、處理與利用?!半娮蛹軜嫛必撠熣囯娮悠骷g的信息交互,決定了電子器件的連接關系。這種連接關系通常用“網絡拓撲”來表示,即以連接各種電子器件的通信線束所構成的通信網絡的物理空間布局,因此“電子架構”也可以稱為“通信架構”和“網絡架構”。
“電氣器件”一般指供電電壓高于48伏的高壓/強電設備,包括電池、電驅等,主要負責完成能量的轉換?!半姎饧軜嫛必撠熣囉秒娫O備(包括高壓和低壓)的供電配電,并決定了電氣器件的連接關系。這種連接關系通常用“電氣拓撲”來表示,即連接各種電氣器件所用的電氣線纜的物理空間布局。
此外還需要注意以下幾點:第一,雖然電子器件的供電配電也是由電氣架構負責,但是電子器件之間不涉及能量的流轉,因此電氣架構對其連接關系不起決定性作用;第二,電子架構和電氣架構是兩套完全不同的拓撲結構,即使在物理空間上存在某些重合,但實際用到的線束/線纜是不同的;第三,電氣架構中的高壓和低壓的供配電并非完全獨立,一方面,低壓供配電的能量是通過高壓電源變壓而來;另一方面,部分電子器件與電氣器件在物理空間上會集成在一起,比如電驅總成內集成一個ECU(電子控制單元),因此高壓和低壓會同時存在于某些零部件。
2.EEA的內涵變化
具體到EEA的內涵,從傳統汽車發展到智能汽車的變化非常大。筆者將EEA的內涵劃分為物理連接關系、計算通信架構和能量配給平臺三個層面,其中計算通信架構包括計算節點和通信網絡,能量配給平臺又可以區分為低壓平臺和高壓平臺。EEA的內涵在各個層面的變化如圖1所示。
圖1傳統汽車EEA與智能汽車EEA的差異
在物理連接關系層面,傳統汽車EEA采用分布式架構,電子控制設備(通常是ECU)分布在各功能子系統/模塊中。隨著智能化帶來的功能數量激增,如果繼續沿用分布式架構將導致ECU數量越來越多、布線愈發復雜,使得架構難以持續拓展。因此,智能汽車EEA將向集中式架構發展,即將各功能子系統/模塊交由集中式電子器件(比如計算平臺或域控制器)統一控制,從而簡化硬件的物理空間布局、連接與布線。
在計算通信架構層面,傳統汽車EEA采用以MCU(微控制單元)為核心、以ECU作為計算節點、以CAN總線(控制器局域網總線)作為通信網絡的主干網,實現是面向各ECU信號的通信。隨著智能化帶來的軟件集中與復雜度提高,汽車需要更大的算力來支撐軟件運行,因此以異構SoC(系統級芯片)為核心的計算平臺將成為主要的計算節點。此外,智能汽車要求軟件能夠靈活調用硬件,這需要更大的通信帶寬和更靈活的通信機制,因此車載以太網將成為新的主干網,支撐上層實現面向服務的通信。計算節點和通信網絡的升級也將反過來進一步促進EEA的集中化。
在能量配給平臺層面,傳統汽車由于高壓器件較少,主要采用基于蓄電池的低壓供電以及基于電磁繼電器的靜態配電。而電動化作為智能化的有力支撐,動力電池、電驅等三電及其附帶的高壓器件均會搭載在智能汽車上,智能汽車EEA也將新增高壓供電配電網絡。此外,智能化也要求低壓平臺采取更加安全、節能和靈活的電源管理策略,這需要基于芯片實現智能動態配電。
二、EEA包含哪些關鍵要素?EEA在智能汽車技術全景圖中的定位是什么?
對于智能汽車而言,EEA在“能量配給平臺”層面的內涵并非重點,因此在大部分語境中,狹義上的EEA通常指的是電子器件的連接關系,即通信網絡。而廣義上的EEA則包含“計算通信架構”中的所有電子電氣器件及其連接關系,為汽車軟件提供基礎能力支撐與可供調用的硬件資源來源??紤]到狹義EEA可談論的內容有限,本文后續內容主要討論廣義EEA。
圖2展示了EEA在智能汽車技術架構中所處的位置、構成要素,以及其與其他要素之間的關系??梢钥闯?,EEA既是軟件運行與交互的支撐,又是硬件接入與集成的平臺。
EEA構成要素之一是傳感器、執行器等功能硬件,它們通過硬件接口和線束接入整車通信網絡。這些硬件所提供的功能性能是實現整車體驗的基礎能力。在軟硬解耦趨勢下,未來功能硬件的相關控制模型將實現知識化、抽象化,從而允許通過軟件將硬件功能封裝成為基礎服務單元,支撐構建上層SOA(面向服務的架構)。
EEA構成要素之二是計算平臺/控制器,它們是所有車載軟件最終部署的地方,通過提供計算與存儲資源來支撐軟件的運行。計算平臺/控制器的數量可以是一個或多個,這既與車載軟件的集中程度有關,又與芯片技術的發展有關,具體將在后文詳細介紹。
EEA構成要素之三是通信網絡,主要負責硬件的連接與信號的傳輸。首先,通信網絡需要建立不同計算平臺之間的連接,從而支持跨域/跨平臺的軟件交互;其次,通信網絡需要建立功能硬件與計算平臺之間的連接,從而支持部署在計算平臺上的軟件能夠靈活調用底層功能硬件;最后,通信網絡需要提供以太網等硬件層通信協議,從而支撐上層復雜的軟件層協議,比如實現SOA所必需的面向服務的通信。
圖2智能汽車技術架構
三、EEA在智能汽車具有什么作用和意義?
筆者此前的微信文章《“新汽車”SOA發展趨勢與實施策略研究》中曾經提到,智能汽車中軟硬解耦趨勢本質上就是邏輯與物理分離的過程,而軟件架構決定邏輯連接關系,EEA決定物理連接,兩者是靈魂和軀體的協同共生關系。
如果把整車架構設計類比為城市規劃,那么以SOA為代表的軟件架構對應一種特殊的城市運行機制,EEA則對應城市總體布局。下面根據“軟件先行”的SOA架構設計流程,說明SOA與EEA之間的緊密聯系,以及EEA對于智能汽車的重要意義:
第一,EEA決定了整車軟件在硬件上的部署。設計SOA的第一步是進行服務的劃分與定義,即確定服務集合、服務顆粒度、服務功能性能,類似于城市規劃中明確城市的正常運轉需要具備哪些功能;而設計EEA時就需要考慮為每種服務提供必要的底層硬件支撐,包括傳感器、執行器、計算、存儲、通信帶寬等資源,類比城市規劃就是明確承擔城市各功能的建筑物以及配套設施。
第二,EEA不僅影響整車功能的橫向打通,還影響企業內部研發組織的橫向劃分。設計SOA的第二步是明確服務之間的打通交互關系,類比城市規劃就是使城市功能實現充分協同;理想情況下SOA的服務之間能夠彼此相互打通、靈活訪問,但這受限于EEA的集中程度,比如部署在同一域控制器上的軟件往往比跨硬件的軟件更容易打通,類比城市規劃就是只有城市形成集群才能實現更充分的協同,而不同的城市集群又需要不同的管理組織。
第三,EEA為軟件的靈活交互提供了通信的硬件支撐。設計SOA的第三步是定義服務之間的通信規則,不同服務之間的通信規則是不同的,就好比城市中的物流運輸網絡和醫療急救轉運網絡需要不同的運營調度機制;但軟件層面不論設計規則如何,服務交互最終都要轉化為EEA中通信線束上的物理信號,就好比無論是物流車還是救護車都必須跑在交通道路上。
第四,EEA的設計決定軟件復雜度的上限,也影響外部功能生態的接入。設計SOA的第四步需要從可拓展性的角度對架構進行優化,類似在城市規劃中經常強調城市功能的多元化與轉型升級;但就像城市的土地空間資源都是有限的,EEA提供的算力、通信帶寬、硬件接口等硬件資源也是有限的,只有做好相應的預留才能支持軟件的靈活拓展和升級,因此EEA的設計對于外部功能生態的接入以及車載軟件復雜度的上限都有決定性影響。
第五,EEA支持硬件的平臺化設計、硬件的靈活替換與升級。設計SOA的第五步是對架構進行跨車型、跨平臺、跨硬件適配,即強調架構的復用性,就好比北京和上海雖然是不同的城市,但在整體的城市運行機制上有很大一部分的機制相似;但這種相似是建立在城市建設中存在很多國家標準規范的基礎上,對于EEA來說就是要實現硬件接口的標準化,因此可以說EEA支持著硬件的平臺化設計以及可插拔式替換與升級。
綜上所述,EEA為整車的設計開發提供了物理層面的“總體布局”,同時影響著硬件、軟件以及企業組織,所以EEA和SOA都是智能汽車設計開發中首要考慮的關鍵要素。
四、EEA的總體發展趨勢是什么?
汽車智能化發展驅動汽車軟硬解耦,解耦后的軟件和硬件分別在邏輯維度和物理維度上集中,因此需要更高性能、更低成本、更加靈活的EEA。所以在討論EEA的發展方向之前,首先要了解智能汽車的發展趨勢與需求,筆者將其歸納為三點:一是,智能化時代技術發展快,用戶需求變化也快,導致汽車產品開發迭代的周期也必須加快;二是,智能化功能需求呈現多樣化,導致汽車上硬件的種類與數量增多;三是,用戶更加追求整體體驗,要求汽車上功能之間的協同要增加,導致功能邏輯的設計越來越復雜。以上每一個趨勢都對整車EEA提出全新的需求。
第一,產品開發迭代加速,意味著傳統的軟硬件綁定的開發模式必然走向沒落,取而代之的是軟硬解耦,讓軟件能夠脫離硬件實現更快的迭代,這對應到EEA層面即前文所述的邏輯與物理分離。
第二,分布在物理空間中的硬件越多,意味著車上的線束連接越多、拓撲結構越復雜,而要避免車內空間的限制,就需要將原本由多個ECU承擔的功能集中至一個或幾個具備大算力的域控制器或計算平臺上,并使得傳感器和執行器盡可能就近接入,即所謂的物理集中。
第三,功能邏輯設計越復雜,意味著負責實現這些邏輯策略對硬件進行控制和調用的軟件需要更復雜的結構、更多的組件,而要降低軟件的開發難度,就要將原本針對特定硬件、采用不同軟件系統的多個邏輯策略集中至一個軟件系統內重新設計開發(比如SOA),即所謂的邏輯集中。
因此,汽車EEA的演進趨勢可以歸納為“集中化”,并且是分別從邏輯和物理兩個維度實現集中。
五、智能汽車EEA的評價維度有哪些?
優秀的智能汽車EEA應具備三個屬性:高性能(支撐更復雜的軟件更好更快地運行)、靈活可拓展(支持產品在更長的周期中持續進化)、合適的成本(有利于整體研發和制造的成本控制)。EEA的集中化恰好能夠在這三個維度都實現優化。
從性能維度看,邏輯集中通過讓軟件在一個系統內充分共享數據,甚至部分軟件可以進行合并融合,使得軟件的運行與交互效率都更高;物理集中通過提高算力,能夠處理更多的數據、支撐更復雜的功能。
從靈活性維度看,邏輯集中后通過對軟件系統進行SOA設計,使得軟件高內聚、低耦合、靈活訪問,允許對軟件組件(服務)進行靈活升級以及往架構中靈活增加新組件;物理集中則留出了更多的布置空間,支持更多傳感器和執行器的靈活接入。
從成本維度看,邏輯集中后通過對軟件系統進行SOA設計,使得軟件組件的復用性增強,避免了重復性開發,降低了研發成本;物理集中通過減少硬件數量與算力冗余降低了控制器的物料成本,另外通過簡化網絡拓撲結構,使得線束的成本與重量都得到了降低。
六、EEA的演進將分成幾個階段?
前面談到集中化是EEA的總體演進趨勢,具體來看,實現智能汽車EEA的整體進化,不僅需要邏輯集中和物理集中雙管齊下,還需要實現邏輯集中與物理集中的協同。實際上涉及到的內容很多,所以不可能一蹴而就,需要分步實現。
1.邏輯集中
邏輯集中意味著軟件系統規模更大、更復雜,因此需要更先進的軟件資源管理和交互技術。在傳統的嵌入式軟件系統中,“I/O控制軟件”與“邏輯處理軟件”被混雜封裝在一起,沒有明確的邊界,這個階段也稱為“軟軟耦合”。
在談論邏輯集中之前,我們首先要區分“邏輯處理類軟件”和“I/O控制類軟件”?!斑壿嬏幚眍愜浖敝饕溉诤蠜Q策、人機交互、功能組合等包含復雜邏輯策略的應用和算法,“I/O控制類軟件”主要指信號路由、數據預處理、執行驅動等與硬件高度相關的驅動類軟件。強調二類軟件區別,是因為“邏輯集中”中的“邏輯”其實指的就是“邏輯處理類軟件”,此類軟件直接面向用戶需求進行開發,具有更多的數據橫向打通和組件復用的需求,天然就傾向于實現集中,而“I/O控制類軟件”與硬件高度相關,其集中與否由硬件決定而非用戶需求。
邏輯集中的第一步就是要實現“軟軟解耦”,需要把“邏輯處理軟件”與“I/O控制軟件”通過分類分層的封裝方式來解除綁定,進而允許不同“邏輯處理類軟件”之間能夠實現打通和融合。
第二步是“功能集聚整合”,即把原本負責不同功能的多套軟件系統集聚整合為一個系統。軟軟解耦后,理論上“邏輯處理類軟件”與“I/O控制類軟件”已經可以部署在不同的硬件上,但在實際工程開發中,考慮到對既有軟件的繼承,一般不會直接徹底打散重構整個軟件體系。此階段一般先繼續保持“邏輯處理類軟件”與“I/O控制類軟件”在一個系統內,只對“邏輯處理”部分進行繼承、融合與再開發,比如將AEB(緊急制動系統)、ACC(自適應巡航系統)、LKA(車道保持系統)等多個駕駛輔助功能整合升級為NOA(自動導航輔助駕駛)功能。
第三步是邏輯集中的理想階段——“邏輯-控制分離”,即“邏輯處理類軟件”與“I/O控制類軟件”分別集中成兩個軟件系統并分別部署?!斑壿嬏幚怼边@類需要大算力的軟件可以部署至中央計算平臺,而“I/O控制類軟件”則可以部署至更靠近相關硬件的位置,這樣可以最大程度實現同類型算力需求的集中,減少硬件異構集成帶來的額外成本。
例如,如果需要在一顆智能駕駛SoC上同時運行“環境感知”和“底盤控制”兩類軟件,前者更需要AI算力,而后者只需要CPU算力,那么SoC的設計必須兼顧兩者;如果將“底盤控制”軟件部署在一顆單獨的MCU上,那么SoC的研發和資源冗余就能得以簡化。
2.物理集中
相較“邏輯集中”的三個階段,“物理集中”整體可以分為“分布式”、“域融合”、“跨域融合”、“中央計算+區域控制”以及“車云一體”五個階段?!拔锢砑小钡难葸M過程對計算和通信等硬件性能的要求不斷提升,具體參見圖3。
從“分布式”到“域融合”再到“跨域融合”,目標是先用5-7個DCU(功能域控制器)取代掉各自域內的ECU,再進行跨域的計算整合將控制器數量縮減至3-4個。對于跨域的計算整合有不同的方式,有的車企按照功能域與功能域進行整合開發MDCU(多域控制器),有的車企則按照功能硬件的物理空間距離進行整合開發ZCU(區域控制器)。
“中央計算+區域控制”階段是一個分水嶺。在此之前控制器使用SoC芯片或MCU芯片,主要考慮物理集中的繼承關系,假如原控制器就使用了MCU芯片,那么集中后的新控制器往往繼續使用MCU芯片。但到了“中央計算+區域控制”階段,車載計算架構已經重構,讓SoC芯片居中用于中央計算集群/平臺,負責大算力任務;MCU芯片則用于VIU(區域信息單元),負責與硬件控制相關的任務,這樣的計算明確分工能有效簡化硬件設計并提高計算效率。同時,VIU由于運算任務相對簡單可以實現標準化,這樣允許車企針對不同車型來靈活配置所需的數量,大大提高了架構的靈活性和通用性。
“中央計算+區域控制”階段還可以根據“中央計算”的集中程度進一步細分為“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計技術的突破之外,板間互連、片間互連、片上互連等通信技術的進步也是關鍵。
最終,根據半導體行業“摩爾定律”的發展情況,可以預見在“單芯”階段將出現的瓶頸,因為車端算力不可能無限增長來滿足所有應用場景需求,智能汽車終將迎來“車云一體”式架構。到了“車云一體”式架構階段,部分車端算力將轉移至路端或云端,車路云多端算力通過V2X(車聯網)打通并實現協同計算,由此將EEA的物理空間范疇從車內拓展至車外。
3.邏輯集中與物理集中協同
綜合上述邏輯集中與物理集中的演進路徑不難發現,物理集中實際是邏輯集中的支撐,邏輯集中是發揮物理集中價值的關鍵,兩者相互協同才能實現最優的EEA。雖然其中涉及到很多的軟件和硬件,但是軟件最終要部署在硬件上,部署的過程就是成本和效率的優化過程。
筆者認為,邏輯集中與物理集中存在一個最優匹配關系,如圖4所示。筆者還標注了各大車企在EEA方面的相關進展信息??梢钥吹?,傳統燃油汽車采用的EEA是分布式物理布局,邏輯層面也是很典型的軟軟耦合的嵌入式軟件。當到了物理集中的“域融合”和“跨域融合”階段,實際上車企都是使用相應的集中式控制器來支撐相應“功能集聚整合”后的軟件運行。特斯拉早在2021年實現了區域集中EEA量產,即使今天其比較先進的EEA仍被視為行業標桿。隨著物理維度的進一步集中,“中央計算+區域控制”正好與邏輯維度的“邏輯-控制分離”相匹配,由“中央計算”承擔復雜的“邏輯處理類軟件”,“區域控制”承擔與硬件高度相關的“I/O控制類軟件”。
然而,理想與現實之間總有差距,實現邏輯集中和物理集中的最優匹配并不容易,常常處于不匹配的狀態。這種不匹配現象在“域/跨域集中式架構”階段,常見于某域/跨域控制器硬件已經完成了開發,而軟件層面無法將部分功能整合進來,導致車內ECU數量并未減少甚至還有所增多。但是,后果更為嚴重的不匹配則體現在“中央集中式架構”階段,這往往反映出企業的研發目標與現有實力的不匹配。
圖4中列舉了兩個例子。第一個是某科技巨頭的概念架構,該企業早在2020年就提出了“邏輯-控制分離”的目標,當時控制器的硬件水平不足以支撐實現這一目標。也就是說,物理集中落后于邏輯集中,這導致部分傳感器、執行器仍然需要直接接入中央計算集群,使“中央計算”的硬件設計成本明顯增加,最終該企業的相關量產產品并未按照其概念架構來設計;第二個例子是某企業于2023年宣布實現了“中央計算+區域控制”的EEA 3.0量產,從其公開的技術資料了解到,其尚未實現I/O控制與邏輯處理的完全分離,仍然有很多“邏輯處理類軟件”部署在VIU上,這就是邏輯集中落后于物理集中的典型案例。
圖5展示了不同EEA集中化階段的軟件在不同硬件上的部署方式。筆者將“分布式EEA”定義為1.0階段,“域集中式EEA”定義為2.0階段,“中央集中式EEA”定義為3.0階段。從圖5中可以看出,從“域集中”到“多域/區域集中”,軟件的部署方式沒有本質性變化,企業要做的是開發更強大的控制器以及整合更多的功能,因此即使物理和邏輯暫時不匹配也是走在正確的方向上。
需要注意的是,“部分區域化”(所謂2.9階段)的兩個軟件部署例子,可以說是既不承上、也不啟下?!拔锢砺浜笥谶壿嫛睂е隆爸醒胗嬎恪钡能浖軜嬙O計必須額外為硬件控制考慮很多安全性要求,不利于軟件的靈活迭代;“邏輯落后于物理”導致“區域控制”的硬件設計無法標準化復用,面向不同車型需要費時耗力重新適配,成本投入產生極大浪費。這種“總有一方拖累另一方”不僅體現在技術層面,還體現在技術背后的組織團隊,而團隊之間的沖突與拉扯有可能讓企業在很長一段時間都處于“3.0階段就在眼前,但一直在2.9階段打轉”的狀態。
七、集中式EEA演進面臨著哪些挑戰?
如前所述,推動EEA向集中化演進必須做三件事:邏輯集中、物理集中、軟硬協同。這三件事分別對應了企業的三項能力:軟件整合與打通能力、集中化硬件開發能力和軟硬件垂直集成能力。但是其中每一項能力都面臨著技術和整供企業分工合作模式的雙重挑戰。
1.軟件整合與打通能力
邏輯集中必然使軟件系統更加復雜,這需要管理調度能力更強的OS內核,負責管理軟件資源,以及更靈活高效的中間件來幫助軟件打通。目前OS內核在技術上主要有兩方面挑戰,一方面是汽車上硬件種類多樣,現有的OS尚無法兼容全部的驅動;另一方面是不同軟件對OS內核的性能需求不同,現有的OS產品難以同時兼顧。目前阿里、華為等科技公司以及極少數整車企業正在嘗試研發或改造車載OS內核,但這種研發投入巨大,資源分散反而容易拖累整體技術進展。
對于中間件,雖然目前尚未打造出足夠安全、高效、靈活的量產產品,但不存在明顯的技術瓶頸。正是因此,軟件供應商和車企都在相關研發上大量投入,且各有優劣。軟件供應商雖然專業性更強,在中間件方面的技術積累更多更快,但短時間內很難將產品平臺化、通用化,難以同時服務好多家車企;相反,車企自研的中間件能夠更好地滿足自身需求。因此,圍繞中間件的整供博弈仍將持續。
2.集中化硬件開發能力
物理集中的核心能力是開發高集中度的域控制器或計算平臺,而這又可進一步分為核心SoC芯片層面的開發和計算平臺層面的開發。對于SoC,芯片企業無疑具有明顯的技術優勢,但也有極少數車企能夠自研SoC,并與自研算法更好地協同。相較而言,車企更擅長在計算平臺層面的開發,而應將供應商具有更成熟的量產開發經驗。
綜合來看,車企自研集中化硬件是期待能夠實現更好地軟硬協同,從而降低對硬件資源的需求,從這個角度看,車企自研芯片是具有合理性的,但是研發周期長,不確定性較大;即使最終研發成功,量產規模能否攤平高昂的研發成本仍然是一個問題。因此,車企很可能仍需要借助專業芯片企業的能力,并探索新的整供合作模式。
3.軟硬件垂直集成能力
想要將高度復雜的軟件集成在高度集中的硬件上,是一個難度極大的工程問題。從任務內容上看,車企是最適合負責軟硬件垂直集成的主體,但是其在傳統燃油車時代缺少經驗積累而高度依賴供應商,導致車企的實際能力與需求存在較大的差距。
從供應商的能力現狀上看,目前主流一級供應商一般只能提供單個功能域的軟硬集成方案,少數零部件巨頭具備跨域的軟硬件集成能力,而對于未來的中央集中式架構下的整車級集成,幾乎不可能由供應商實現。
從車企的能力現狀上看,大部分車企停留在單功能域垂直集成的水平,極少數車企能夠實現跨域的軟硬件集成,因此整車企業在這方面還有很多功課需要補上。如果繼續依賴供應商,那么路將越走越窄。
八、整車企業如何推動集中式EEA的落地?
車企在研發和量產集中式EEA時,需要綜合行業整體水平與自身能力制定適合自身的EEA演進路徑。筆者建議車企注意以下三方面問題:
1.根據實際情況選擇EEA集中化程度
在制定EEA集中化戰略時,過于落后于行業就容易被市場競爭淘汰;而過于先進,容易超出自身能力可以控制的范疇。車企需要牢記:沒有最好的架構,只有最適合自己的架構。所以車企需要根據實際情況來選定適合的EEA架構發展策略。
首先,對于域集中式EEA,目前各類軟硬件技術已能夠滿足行業需求的平均水平,部分供應商甚至能夠提供完整的域級解決方案,大部分車企或多或少都已具備域級軟硬件的開發和集成能力。筆者建議所有車企都應將EEA至少升級到此階段,并逐步擺脫對域級供應商的依賴,自主實現軟硬件垂直集成。
其次,對于跨域集中式EEA,目前在硬件層面,已有多家芯片企業推出了艙駕一體的芯片,雖然在成本和性能上可以進一步優化,但也算滿足了基本需求;在軟件層面,艙駕融合所需的OS和中間件技術,預計還需1-2年才能成熟。對于不同企業來說,傳統車企在車控功能域上有較多積累,而在智駕和座艙上更依賴供應商;造車新勢力則在智駕、座艙領域投入較多,相關能力掌握較強;還有少數巨頭車企具備全棧自研能力。
因此,筆者建議傳統車企應優先實現車控域的跨域集中,艙駕融合可以考慮與供應商合作;造車新勢力則應優先自主開發艙駕融合的核心方案;而具有全棧自研能力的車企可以選擇走更為靈活的區域集中路線。
最后,對于中央集中式EEA,目前硬件層面僅有Muti-Box和One-Box的方案趨向成熟,軟件層面要實現真正的“邏輯-控制分離”還需要很長的發展期,并且尚無車企能真正將整車軟件整合至一個大的系統內,并將其部署至中央計算集群上。因此,筆者建議車企不應該急于推出“形似神不似”的“中央計算+區域控制”架構,而是先在跨域融合階段積累軟硬件能力與經驗,并推進下一代架構的預研,等待各方面條件都成熟時再考慮量產。
2.基于平衡思維設計EEA
EEA的設計需要做出各種平衡,可以說是追求平衡的藝術,主要體現在“體驗”和“成本”、“現在”和“未來”、“共性”和“個性”三方面的權衡上。
對于“體驗”來說,EEA提供了計算和通信的硬件支撐,其技術的先進性決定了用戶體驗的上限,但這種先進性將造成更高的“成本”。因此,EEA的設計切勿盲目堆料,而要根據品牌定位與目標用戶來選擇最優性價比。
“硬件預留”是平衡“現在”和“未來”的關鍵。如果預留多了容易讓消費者產生“白花錢”的感覺,而預留少了將使得汽車后期難以持續升級迭代。想要合理預留就要求架構師既能對未來技術變化有比較精準的預測,又能對用戶的接受程度有比較好的把握。
前文已有提及,EEA設計應能做到跨車型、跨品牌、跨平臺復用,從而分攤成本,這其實指的是基礎共性功能,當然不可能一套配置就滿足所有用戶對功能配置的個性化需求,所謂千人千面、千車千面。因此,EEA設計實際要做的是努力實現硬件標準化、平臺化,同時打造算力、主干網帶寬、區域控制器、功能硬件等配置可靈活調節的架構。
要做好上述平衡,對于架構師的要求非常高,既需要了解具體的軟硬件技術,又要了解用戶需求與業務,還要具備強大的抽象化系統思考。這類人才資源極為稀缺。因此,筆者建議各車企下一步要著重招攬或培養這類稀缺的人才。
3.面向中央集中式架構推動企業能力與產業分工變革
目前行業已經處在從EEA 2.5向3.0邁進的發展階段,而面對高度整合、空前復雜的中央集中式EEA架構,只有車企才能主導架構的設計和資源的協同,因此車企必須盡快儲備相應能力,并及時調整分工合作模式,從而實現整車軟硬件的橫向整合與打通。筆者預測的理想情況下中央集中式架構的產業分工詳見圖6。
對于“電子電氣器件”,車企應主導定義底層功能硬件的標準化接口,至少也要做到與供應商聯合定義,這樣才能實現軟硬解耦;而供電配電、通信等組件,由于功能相對基礎且單一,車企依賴供應商即可;而域控制器、計算平臺等核心計算節點,考慮到車企很難具備強大的芯片設計能力,建議車企與芯片企業深度綁定或者聯合研發,將自己的重心放在集成電路板或機盒的開發上。
對于“電子電氣器件的連接關系”,EEA的拓撲結構必須由車企自研或主導設計,且必須與軟件架構深度協同,而線束等具體載體只需要借助成熟的供應鏈即可。
筆者相信,在符合實際情況規劃、平衡設計以及合理分工下,企業將快速推動EEA架構發展,進而行業將加速向中央集中式的EEA 3.0進化,智能汽車的產品形態也將迎來新一階段的升華,讓我們共同期待!