閘道器和車身控制器融合

隨著汽車“智慧化”趨勢的發展,車輛電子化程度越來越高,也對汽車的電子電氣架構帶來巨大挑戰。目前汽車行業普遍認為透過域(Zone)為單位的域控制器的集中化架構來控制全車的ECU和感測器是未來趨勢。

閘道器和車身控制器融合

博世提出的汽車控制5域架構

不過這其中也有不同的分類方式,包括以博世為代表的劃分方式,透過功能將汽車電子控制系統分為動力域、底盤域、座艙域、自動駕駛域和車身域五個域。

閘道器和車身控制器融合

三個域控制器按位置分工

而特斯拉則按照空間進行劃分,主要分為前車身控制模板(BCM FH)、左車身控制模組(BCM LH)和右車身控制模組(BCM RH)。這種分類方式體現了特斯拉造車的思路。特斯拉認為每個控制器應該負責控制其附近的元器件,而非整車中的所有同類元器件,這樣才能最大化減少車身佈線複雜度,充分發揮當今晶片的通用性和高效能,降低汽車開發和製造成本。當然,這麼做也要求三個車身域要實現徹底的軟硬體解耦,對廠商的軟體能力的要求大大提高。

閘道器和車身控制器融合

車身域控制器的演變程序?

閘道器和車身控制器融合

車身域控制器演變

當然,不管採用哪種分類方式,車身域控制器都是車身域中無可取代的核心。這裡的演變過程大致是從傳統的車身電子模組升級為BCM 車身控制系統,再從BCM 車身控制系統升級成車身域控制器(BDCU)。

閘道器和車身控制器融合

BCM 模組已融合車燈控制、門鎖控制等功能

傳統的車身控制器功能主要包括內/外部車燈、雨刮、車窗、車門、電子轉向鎖等的控制,透過 CAN/LIN 與各個小節點進行通訊,節點較多,線束設計、軟體控制邏輯均較複雜。隨著控制器的發展,車身功能和零部件逐步集成於 BCM 車身控制系統。

閘道器和車身控制器融合

車身域控制器在 BCM 基礎上整合閘道器等更多功能

在從集中式走向車身域的過程中,車身域控制器誕生,主要集成了燈光控制、雨刮控制、門窗控制、座椅控制、後視鏡控制等於一體,可以在 BCM 的基礎上整合空調風門控制、胎壓監測、 PEPS 等功能於一個總的控制器中,實現了對於各個車身電子進行集中控制,預計未來車身域將整合一些低等級 ADAS 功能。透過收納部分的 ECU,車身域控制器不僅可以實現功能的整合化,還可以減少 ECU 的數量,從而有利於降低車身重量、減少成本、簡化線路複雜度,避免了車身 ECU 數量過多帶來的困擾。未來車身域控制器還將整合閘道器等更多功能。

閘道器和車身控制器融合

特斯拉 Model3 已將全部車身電子融合為三大域控制器(FBCM、 RBCM、 LBCM)

特斯拉在 Model 3 中已率先將整車車身根據物理區域劃分為前、左、右三大車身域控制器。其中, 左右車身控制模組把部分基礎功能按區域進行對稱劃分,兩者分別負責各自區域內的內外部燈光、門鎖、車窗、駐車卡鉗等。而相對於左車身控制器,右車身控制模組還具有兩個獨有的功能—熱管理(左車控制器僅負責鼓風機等)和自動泊車輔助系統(APA)。前車身控制模組則主要負責為整車中各個控制器進行電源分配、 車前大燈、雨刮器等傳統 BCM 的功能。在此高度集中的設計下,特斯拉三個車身控制器已相當於傳統汽車中的車身控制器、 4 個車門控制器、 2 個座椅控制器、方向盤位臵記憶控制器、空調控制器、電池感測器等眾多 ECU 的融合。

除了特斯拉之外,還包括搭載大眾ID系列純電動車的大陸集團ICAS1,整合傳統閘道器功能以及車身控制的全面功能。廣汽釋出的“星靈”電子電氣架構就是基於NXP S32G399高效能閘道器計算晶片,由大陸集團負責開發,前、後區域控制器的軟體架構基礎中間層採用原子服務封裝和標準化介面,中間層採用增強型組合服務,可獨立執行。比亞迪推出的e平臺3。0的亮點之一,也是左/右車身域控制器,整合BCM(車身控制模組)、安全閘道器、金鑰中心、空調控制、胎壓監測、儀表控制、駐車輔助、智慧鑰匙等多個模組,擴充套件版本最多支援達32個傳統分散式ECU功能。長城汽車第三代電子電氣架構於2020年釋出,涵蓋了車身控制、動力底盤、智慧座艙、智慧駕駛4個域控制器。同時,第四代電子電氣架構將於今年三季度推出,形成中央計算,智慧座艙及高階自動駕駛三個計算平臺。

滲透率不足5%,前景廣闊

閘道器和車身控制器融合

車身域控制器單車價值量在 500 元左右

隨著車身域控帶來單車價值量翻倍增長,市場空間顯著提升。目前,常規的車身控制模組單車價值量約 150~300 元左右。隨著汽車功能的不斷增加,車身域控制器在原有的 BCM 模組基礎上進一步集成了胎壓監測、 PEPS、乙太網關等功能,使得該產品單車價值量將從 300-400 元提高至 600-800 元,甚至實現數倍增長。

閘道器和車身控制器融合

前裝滲透率及上險量

根據高工智慧汽車研究院監測資料顯示,2021 年度中國市場(不含進出口)乘用車新車搭載 BCM 整合域控制器(處於過渡階段的產品)上險量為 84。23 萬輛(按單車統計口徑,部分車型搭載多個域控制器),前裝搭載率為 4。13%,處於替代升級的早期階段,未來隨著智慧汽車的滲透,還有非常大的發展空間。

閘道器和車身控制器融合

車身控制器(BCM)主要玩家

閘道器和車身控制器融合

2021 年中國乘用車車身控制器(BCM)市場份額

由於車身域控制器涉及到門控、車燈、後視鏡等整車控制策略,技術門檻相對較高。尤其是隨著汽車功能的不斷增加,輸入/輸出處理器和通道數量也會不斷增加,這時開發車身控制模組軟體的複雜性也呈指數級增加,並且還面臨著功耗、資訊保安等問題。因此,車身域控制器市場齊聚了大陸、安波福等國際Tier1巨頭,國內僅有少數企業涉足,且大多數還未實現規模化量產。

從國內車身控制器BCM的市場格局來看。2021年國內 BCM 市場基本被大陸、聯電、 埃泰克等外資及合資供應商壟斷。其中大陸集團佔據 31%份額排名第一,前 7 名均為國外 Tier1 或者有國際 Tier1 合資背景的中外合資廠商。不過經緯恆潤、東軟睿馳、諾博科技、德賽西威等中國供應商和大陸集團、聯電等幾乎處在同一起跑線,有望打破傳統 BCM、閘道器市場的外資供應商壟斷格局。

東軟睿馳於 2021年推出基於 NXP S32G 汽車網路處理晶片(全球首個同時整合傳統 MCU 與具備 ASIL D 功能安全 MPU 的晶片) 打造整車通用域控制器, 並以此為基礎可根據主機廠需求靈活應用於車身域控制(整合閘道器、車窗控制、燈光控制等功能模組)、 底盤域控制(:整合智慧控制懸掛、電子駐車單元等系統功能模組)等多個領域。

經緯恆潤是國內最早一批佈局車身控制器的內資 Tier1,相較於國內其他供應商已展現出相當的規模優勢和品質優勢,是國內為數不多的可與外資 Tier1 直面競爭的車身電子供應商,經緯恆潤於 2020 年推出BDCU 車身域控制器,能夠相容傳統 BCM 功能,同時整合空調演算法、門控邏輯、胎壓監控、乙太網通訊介面等,且已成功配套量產至一汽集團、華人運通,以及福特集團、通用汽車、戴姆勒等全球頭部主機廠。

鐵將軍在車身域控賽道也一直處於領先狀態。早在2008年,鐵將軍首款智慧車身產品就已經在頭部自主品牌車型上實現前裝量產,在2016年其推出iBCM車身控制器產品,實現了PEPS+BCM+TPM,支援CAN_FD、OTA、手機遠端控制等功能,截止2021年,鐵將軍智慧車身控制器系列產品已累計生產出貨500萬套。基於多年的技術積累,鐵將軍也是國內首批推出並量產車身域控制器BDC的國產供應商。資料顯示,在2021年率先推出了域控制器BDC產品,該產品整合iBCM、6路CAN閘道器、單雙溫區空調AC、四門車窗防夾,可支援CAN_FD,並支援OTA閘道器。該產品已經在國內頭部新勢力熱銷車型率先量產,與國內知名品牌車企的合作也在快速推動。

在車身域控制器領域,諾博科技開發的中央電子控制模組(CEM)採用了瑞薩全新一代MCU產品以及NXP提供的交換機,是行業內首批同時整合車身域控制器、BCM、PEPS、千兆乙太網閘道器等功能的高整合性電子控制單元,並且硬體、結構、軟體均採用了平臺化設計,可以適應未來進一步升級的電子電器網路架構。

閘道器和車身控制器融合

閘道器與車身域控融合將成趨勢?

現階段,在國內外市場主流的車身架構當中,車身域控制器(BDC)和乙太網閘道器(ETH GW)還是兩個獨立的模組。不過,隨著乙太網在高頻寬汽車應用中被廣泛採用,越來越多的主機廠開始在車身控制模組(BCM)中整合乙太網,用於管理和控制汽車電子裝置的複雜軟體解決方案的需求,以實現SOA的部署,達到軟體定義汽車的目標。

閘道器和車身控制器融合

歐菲光第五代車身域控集成了中央閘道器

目前,越來越多的本土域控制器生產商將車身域控制器(BDC)和千兆乙太網閘道器(ETH GW)進行整合,從而極大地減少ECU開發中相互匹配系統的BOM成本以及生產成本,並且有效地提升了車身網路的互聯性。比如華為推出的CCA架構當中,除了智慧座艙和智慧駕駛兩大域控制器,其他車身控制功能全部整合到了車身域控制器(VDC整車控制平臺),形成了中央計算+區域閘道器的架構。大陸集團的 HPC 將 中央閘道器整合至車身域控制器中。歐菲光在 2020 年 12 月釋出的第五代車身域控制器產品將車身域控制 器與乙太網網關合二為一,目前也已經獲得國內車廠定點。長城旗下諾博科技開發的中央電子控制模組(CEM)採用了瑞薩全新一代 MCU 產品以及 NXP 提供的交換機,是行業內首批同時整合車身域控制器、BCM、PEPS、千兆乙太網閘道器等功能的高整合性電子控制單元。聯電的車身域控制器產品實現了將車身控制器(BCM)與閘道器(GAW)的融合並於 2021 年 12 月份成功在聯電柳州工廠量產。

隨著汽車舒適性、安全性、效率和消費電子功能水平的不斷提高,汽車製造商和他們的電子產品供應商必須在電子產品的複雜性與功耗、重量之間取得平衡。雖然目前閘道器和車身域的整合成為一種潮流,但從長期來看,將安全性屬性要求高的閘道器與安全性要求低的車身域整合在一起,可能會存在一些隱患。此外,業內已經在普遍討論未來將繼續整合化,會有一顆算力強大的單晶片SOC來取代所有的域控制器。但筆者認為,統一的中央計算機雖然整合度高,但不可避免地帶來了控制器和受控器件的距離增加,從而增加線束長度,提高成本,而且元件整合密度也有一定的限制,因此無法在有限的空間內無限制整合,集中化也是有上限和最優解的。在這個整合化的過程中,可能要綜合考慮系統成本和各項因素,因此域控制器還將持續維持很長一段時間。