集中式電子電氣架構:汽車角逐智慧化時代的勝負手

上海車展結束前,某車企高管向筆者感慨說:“舊時代正在落幕,新時代已經開啟。過去幾年汽車行業發生的變化,比過去100年加起來的還要多。”

集中式電子電氣架構:汽車角逐智慧化時代的勝負手

確實,從卡爾·本茨發明汽車,再到如今的軟體定義汽車。汽車由交通工具向移動智慧終端的技術革命,正在劇烈地衝擊著傳統汽車工業的護城河。而在這場技術變革中,電子電氣架構成為主流車企、供應商們競相角逐的核心。

在過去的十多年中,從大眾開始推行MQB到豐田釋出TNGA,模組化化造車已經成為影響產品優劣、技術先進的要素。但值得注意的是,早前的MQB、TNGA等模組化架構,是以硬體為主導,車企在架構中的重點是硬體模組的設計。

集中式電子電氣架構:汽車角逐智慧化時代的勝負手

在這類硬體主導的架構中,汽車內部有著上百個獨立的ECU,比如控制發動機的E(engine)CU、控制變速箱的TCU,甚至於升窗器都是一個獨立的ECU控制。這種佈局的好處是每一個ECU控制一個獨立的功能模組,工作原理簡單,穩定可靠。

缺點是彼此之間沒有資訊的互動,不夠智慧,上百個低算力ECU各自負責自己的功能,這些ECU來自於不同的供應商,底層軟體和程式碼迥異,車企沒有許可權對各模組ECU進行維護和升級,算力低下加上無法協同,傳統汽車通常不太具備功能擴充套件性和高度智慧化的能力。

而在當下,汽車智慧化依然成為行業趨勢,在這樣的需求下,集中式電子電氣架構成為軟體定義汽車和智慧化的必需品。在集中式電子電氣架構中,上百個低算力的ECU被精簡為數個高算力的ECU,相當於用幾部蘋果手機替代上百部諾基亞來實現對整車的控制。它可以在生命週期內實現更靈活的功能更新迭代,更強的資訊互動處理能力,理論上也更加安全。同時,它還大幅減少了汽車內線束的長度,縮減了整車的重量和成本。

集中式電子電氣架構:汽車角逐智慧化時代的勝負手

隨著自動駕駛、電動汽車、汽車軟體的發展,汽車上的軟體程式碼行數越來越多。博世汽車曾預測,搭載L2級別自動駕駛的汽車程式碼量大約在1億行,而在L3自動駕駛階段,汽車的程式碼量有望超過2億~3億行,L5自動駕駛車輛程式碼量將達到10億行。

行業的共識是,以往分散式電子架構的算力至多能夠應對L2級別自動駕駛,要達到L3級別以上自動駕駛能力,必須實施電子架構由分散式向集中式的轉化。

軟體程式碼的增多也預示著軟體將在汽車上佔據越來越重要的地位,對於使用者來說,汽車能夠實現“常用常新”無疑是一種極具吸引力的體驗。

有位特斯拉車主很精闢地總結說,特斯拉經常會透過OTA推送一些並沒有什麼實質性用處,但卻能讓使用者們尖叫的功能。這是智慧汽車獨有的魅力,就像智慧手機,可以透過系統和軟體升級,不斷提供給使用者新的體驗。這也是所謂汽車由硬體主導轉變為“軟體定義汽車”,“軟體重構汽車生態”的來由。

集中式電子電氣架構:汽車角逐智慧化時代的勝負手

有業內人士總結,汽車電氣架構的發展趨勢是三個S即:簡化(Simplified),可擴充套件(Scalable)以及可持續(Sustainable)。

包括特斯拉、大眾、吉利、通用等知名汽車巨頭都開始在旗下的最新產品上開始使用集中式電子電氣架構。除了整車廠的接連佈局,汽車供應商巨頭們也同樣在積極入局集中式電子電氣架構。

安波福提出了一種可持續最佳化的智慧汽車架構(SVA)拓撲結構。在SVA中將傳統汽車架構中數百個各自為戰的計算單元統合成為幾個高算力的計算域,擁有中央計算叢集以及5個獨立的計算平臺構成,其中2個關鍵計算平臺可互為冗餘的開放式服務平臺,一個是用於智慧座艙域,一個用於自動駕駛域。當自動駕駛域出現問題時,智慧座艙域可以作為備份,進行自動駕駛相關的計算工作。

集中式電子電氣架構:汽車角逐智慧化時代的勝負手

SVA架構以軟硬體分離和應用服務化為核心,以中央計算和區域連線為途徑,極大地簡化當前基於功能域的複雜電子電氣架構,為軟體定義汽車提供平臺,是實現智慧網聯汽車的重要基礎。自2019年底安波福推出智慧汽車架構理念以來,在業界引起了極大的關注。

同時安波福在SVA架構中引入來開放式服務平臺OSP的概念。作為SVA架構上的超級計算平臺,OSP將依據功能安全等級對汽車軟體進行分級,併為不同等級的軟體提供相應的算力服務;再根據伺服器架構對整車軟體進行分層,併為每一層定義標準化介面。從而使得軟體和硬體分離,按照不同生命週期進行迭代。硬體最快是18個月可以釋出,軟體則可以實現即時的升級迭代。

集中式電子電氣架構:汽車角逐智慧化時代的勝負手

在SVA架構的加持下,軟體定義汽車將變為現實,智慧汽車可以和當前的智慧手機一下,不斷的進行迭代升級,同時軟、硬分離以及介面標準化的模式能夠有效降低整車廠的開發成本,軟體和硬體可以分散式進行開發和測試。這不僅僅加速了新功能的上市時間,還將降低整車客戶75%的系統整合和測試成本,以及75%的軟體質量成本。

在生產製造階段,在保持整車算力持續增長的同時,SVA將比傳統架構減輕約20%計算平臺總重和空間佔用,並相應減輕20%線束重量,節省50%人力成本,20%物料管理和廠房裝配空間。

在量產後階段,汽車軟體維護在車輛生命週期得以統一,無論是新增功能,還是原有功能,安波福希望能夠讓整車廠只需要維護一套軟體庫即可以適配到所有量產車型,這可能是幾千萬到上億輛的概念,最終可以100%消除汽車軟體OTA的版本維護成本。