电子电气架构---主流主机厂电子电气架构华山论剑(上)

我是穿拖鞋的汉子，魔都中坚持长期主义的汽车电子工程师。
老规矩，分享一段喜欢的文字，避免自己成为高知识低文化的工程师：

屏蔽力是信息过载时代一个人的特殊竞争力，任何消耗你的人和事，多看一眼都是你的不对。非必要不费力证明自己，无利益不试图说服别人，是精神上的节能减排。
无人问津也好,技不如人也罢,你都要试着安静下来,去做自己该做的事.而不是让内心的烦躁、焦虑、毁掉你本就不多的热情和定力。
时间不知不觉中，快要来到夏末秋初。一年又过去了一大半，成年人的时间是真的不经过。

本文主要分享电子电气架构—主流主机厂电子电气架构进度对比。

一、车载电子电气架构作用
车载电子电气架构（EEA，Electronic and Electrical Architecture）在现代汽车中扮演着至关重要的角色。其作用主要体现在以下几个方面：

1. 整合与协调

车载EEA将汽车上的各种传感器、ECU（电子控制单元）、线束拓扑和电子电器分配系统通过一套车企定义的方式整合到一起，用以完成运算、动力和能量的分配。这种整合不仅提高了系统的整体性能，还使得各个子系统之间能够协调工作，共同实现车辆的各种功能。

2. 优化资源配置

传统的汽车电子电气架构多采用分布式方案，即汽车的各个功能由不同的、单一的ECU来完成控制。这种方案下，随着功能的增加，ECU的数量也会相应增加，导致资源分配不均和浪费。而现代车载EEA通过采用域控制或中央计算架构，能够集中算力，减少不必要的ECU数量，从而优化资源配置，降低成本。

3. 提升性能与安全性

车载EEA通过采用高性能的硬件和软件平台，以及先进的通信协议和接口技术，能够显著提升汽车的性能和安全性。例如，采用实时操作系统和嵌入式操作系统可以确保系统的实时响应和稳定性；采用基于时间的通信协议可以提高通信效率；而采用高级的安全算法和加密技术则可以保护车辆免受网络攻击和数据泄露的威胁。

4. 支持智能化与网联化

随着智能化和网联化技术的发展，车载EEA需要支持更多的智能功能和网联服务。例如，支持自动驾驶、智能导航、远程控制、车联网等功能需要车载EEA具备强大的计算能力和通信能力。同时，车载EEA还需要与云端进行协同开发，实现车云一体化，以便快速迭代和优化车辆功能。

5. 模块化与可扩展性

车载EEA需要具备模块化和可扩展性的特点，以便适应不同车型和市场需求的变化。通过模块化设计，可以将车载EEA划分为不同的功能模块，每个模块都具备独立的功能和接口，方便进行替换和升级。同时，车载EEA还需要具备可扩展性，以便在未来增加新的功能和服务时，能够轻松地进行扩展和升级。

二、主流主机厂电气电气架构进度

未来汽车产品最核心的技术是电子电气架构，汽车电子电气架构由分散式、嵌入式逐渐向集中式、集成式的方向发展，最终的理想状态应该是形成一个汽车中央大脑（ one brain），统一管理各种功能。电子电气架构类似于“中央政府”，可对汽车的各种功能进行统筹管理，避免“诸侯割据、政令不一”。开始的时候这个“中央政府”可能会管得少一些，“地方诸侯”还依然保有一定控制权，但之后“中央政府”一定会管得越来越多，最终地方行政机构只接收“中央政府”指令并予以高效执行，以确保车辆整体表现最优。

由于过去汽车上控制器相互独立，软件为嵌入式，整车做最终硬件集成即可。未来随着 ECU 的减负，原先高度分散的功能集成至域控制器，主机厂必须自己掌握中央控制系统，否则就会失去对汽车产品的控制权。而把原本高度分散的控制功能逐步整合统一起来是传统车企的全新必修课，因此车企对电子电气架构的掌握是分步的、渐进式的。

特斯拉 Model3 开启了电子电气架构大变革，出现中央计算雏形+位置域，缩短 50%整车线束，未来目标是将整车线束降至100 米，在电子架构方面，特斯拉领先传统车企 6年以上。 除特斯拉以外，目前大部分的车企的电子电气架构仍处于早期的功能域控制器阶段， 即部分功能集中到了功能域控制器，但还有保留较多分布式模块，即“分布式 ECU+域控制器”的过渡方案， 避免因为变革程度太大导致额外的风险及成本。

1、奥迪最新电子电气架构

PPE平台
PPE平台是奥迪与保时捷共同研发的全新豪华纯电动平台，旨在打造高性能、高安全性的电动汽车。该平台具有以下几大优势：
-> 800V电气架构：PPE平台包含电驱、电控和电池均为800V设计，属于行业内真正的“真800V”平台。这一设计能够显著提升充电速度和能源效率，为用户带来更加便捷的充电体验。
-> E3 1.2电子架构：E3电子电器架构是奥迪与CARIAD公司（大众汽车集团旗下的软件科技公司）合作开发的，具备更新和升级能力。在PPE平台车型上，奥迪采用了E3 1.2规格，这一规格的车辆上所有计算和控制功能均被分配到五个高性能计算平台（HCP）上，确保了系统的高效运行和安全性。
-> 先进的电池技术：奥迪在PPE平台车型上采用了高能量密度的电池组，如100kWh的电池组，可用容量达到94.9kWh，为车辆提供了长续航里程。同时，奥迪还采用了先进的电池热管理系统和安全的电池舱设计，确保了电池的安全性和稳定性。
-> 灵活的轴距设计：PPE平台支持不同轴距的延伸，使得奥迪能够推出不同尺寸的车型以满足市场需求。例如，奥迪Q6 e-tron就是基于PPE平台打造的中型SUV。

E3电子电器架构的特点
-> 软硬件解耦：E3电子电器架构实现了软硬件的解耦，使得复杂的功能可以从众多控制单元转移到以HCP为主的核心架构之中。这一设计提高了系统安全性的同时，也降低了开发成本，方便了软件更新和配置调整。
-> 高性能和高安全性：E3架构采用了高性能的硬件和软件平台，以及先进的通信协议和接口技术，确保了系统的实时响应和稳定性。同时，E3架构还具备强大的安全防护能力，能够保护车辆免受网络攻击和数据泄露的威胁。
-> 智能化和网联化：E3架构支持智能化和网联化的发展趋势，使得奥迪汽车能够集成更多的智能功能和网联服务。例如，奥迪Q6 e-tron就搭载了先进的自动驾驶辅助系统、智能导航和车联网等功能，为用户提供了更加便捷和舒适的驾驶体验。

2、特斯拉开启电子电气架构的全面变革

特斯拉是汽车电子电气架构的全面变革者， 2012年 Model S 有较为明显的功能域划分，包括动力域、底盘域、车身域， ADAS模块横跨了动力和底盘域，由于传统域架构无法满足自动驾驶技术的发展和软件定义汽车的需求，为解耦软硬件，搭载算力更强大的主控芯片，必须先进行电子电气架构的变革，因此 2017 年特斯拉推出的 Model3 突破了功能域的框架，实现了中央计算+区域控制器框架， 通过搭建异域融合架构+自主软件平台，不仅实现软件定义汽车，还有效降低整车成本，提高效率：

1、 Model 3整车三个控制器，有效降低物料成本；
2、 硬件集成为软件，为汽车深度的控制和维护提供基础；
3、自主软件平台通过模块化支持扩展复用。

特斯拉 Model3基本实现了中央集中式架构的雏形，不过 Model3距离真正的中央集中式架构还有相当距离：通讯架构以 CAN总线为主，中央计算模块只是形式上将影音娱乐 MCU、自动驾驶 FSD以及车内外联网模块集成在一块板子上，且各模块独立运行各自的操作系统。但无论如何， Model3 已经践行了中央计算+区域控制的电子电气架构理念框架，领先传统车企 6年左右。
特斯拉三代车的电子电气架构演进背后的实质是不断把车辆功能从供应商手中拿回来自主开发的过程。 Model3 的自动驾驶模块、娱乐控制模块、其它区域控制器、热管理均为自主设计开发，实现了整车主要模块自主，不依赖 Tier1，即使没有实现自主的模块，特斯拉也与供应商进行了联合开发，比如特斯拉将自己的软件加入到了博世为其提供的 ibooster里，通过软件更新实现刹车距离变短。

通过三款车型的演进，特斯拉的新型电子电气架构不仅实现了 ECU数量的大幅减少、线束大幅缩短（ MODEL S 线束 3000米， Model 3 减少一半以上），更打破了汽车产业旧有的零部件供应体系（即软硬件深度耦合打包出售给主机厂，主机厂议价能力差，后续功能调整困难），真正实现了软件定义汽车， 特斯拉的 OTA 可以改变制动距离、开通座椅加热，提供个性化的用户体验， 由于突破了功能域，特斯拉的域控制器横跨车身、 座舱、底盘及动力域，这使得车辆的功能迭代更为灵活， 用户可以体验到车是常用常新的，与之形成鲜明对比的是，大部分传统车厂的 OTA 仅限于车载信息娱乐等功能。
特斯拉为了更好地发挥软件的作用，实现了自动驾驶主控芯片这一最为核心的智能硬件的自研自制（特斯拉认为芯片的专用设计使得其上的软件运行更高效）， 这意味着后续特斯拉车辆的升级速度、 功能的部署都不再依赖外部 SOC芯片供应商，真正将车辆的灵魂掌握在自己手中。
特斯拉的电子电气架构采用了高度集成化的设计，通过减少ECU（电子控制单元）的数量，实现了更高的系统集成度。这种设计不仅降低了系统的复杂度，还提高了整车的性能和可靠性。特斯拉的车型，如Model 3和Model Y，采用了CCM、CEM R、CEM L等主控制器作为车辆中央处理器，大幅减少了ECU的数量，使得软件集成度更高，整车的扩展性有了质的提高。

特斯拉在整车电子电气架构中采用了模块化设计的理念，将功能模块划分为多个独立的单元。每个单元都有自己的特定功能，并与其他单元通过标准化的接口进行通信。这种模块化设计使得特斯拉的电子电气系统更加灵活和可扩展，同时也方便了系统的测试和维护。
特斯拉采用了CAN（Controller Area Network）总线作为其整车电子电气系统的主要通信介质。CAN总线具有高度可靠性、实时性和抗干扰能力，能够满足复杂的数据通信需求。此外，特斯拉还采用了FlexRay和Ethernet等高速数据总线，以支持更高带宽和更大数据量的传输。

智能网络架构
特斯拉的电子电气系统通过智能网络架构实现了各个功能模块的连接和协调。该架构利用AutoSAR（AUTomotive Open System ARchitecture）标准化接口和协议，实现了各个模块之间的数据交换和通信。这种智能网络架构不仅提供了高效的数据传输和处理能力，还确保了系统的稳定性和安全性。

整车控制器布局
特斯拉的整车电子电气架构以前、左、右三个车身控制器为核心，实现了基础的车辆线控和所有低压系统的控制和供电。这些控制器不仅负责各自区域的设备控制和供电，还通过CAN网络等通信方式实现整车信息的共享和协调。

自主研发与创新
特斯拉通过对智驾、座舱、车身、电驱、PCS、BMS等核心控制器的自研，打破了主机厂和供应商的固有分工模式。供应商更多地承担了提供执行器的作用，而执行器的控制则掌握在特斯拉自己手中。这种自主研发和创新的模式使得特斯拉在电子电气架构方面具备了更强的竞争力和技术优势。
Model 3整车四个控制器包括中央计算模块（ CCM）、左车身控制模块(BCM LH)、右车身控制模块(BCM RH)和前车身控制模块（ BCM FH）四大域控制器。

小结

车载电子电气架构（EEA, Electronic and Electrical Architecture）是汽车电子系统设计与开发的重要组成部分，它集成了车辆的硬件、软件、传感器、执行机构以及电子电气分配系统，并通过系统集成化的工具将这些元素整合到一起。以下是对车载电子电气架构的小结：

定义
车载电子电气架构是指在成本、重量、可靠性等一定约束条件下，能最优实现整车电子与电气需求的技术方案。它是整车电子电气开发的主体框架，为具体的整车项目中的模块开发提供整车实现方案与规范指导。
整合车上所有硬件、软件、传感器、执行机构等。
通过高效的动力和信号分配系统，将软件和硬件有机结合。
在功能、系统、零件及其相互关系上提供指导，确保系统设计和演化的顺利进行。

主要特点
前瞻性：具备对未来技术发展的预见性，确保架构能够适应未来汽车电子系统的升级和变化。
平台化：实现技术方案的标准化和统一化，便于模块化开发和维护。
可拓展性：能够灵活增加或减少功能模块，满足不同车型和市场需求。

支撑技术
车载电子电气架构的实现依赖于多种支撑技术，包括但不限于：
-> 车载以太网：提供低成本、高带宽、低延迟的通信能力，满足未来汽车电子系统对高速通信的需求。
-> 仿真技术：通过整车级、系统级、软硬件等多种层级的仿真，缩短产品开发流程、降低开发成本。
-> 信息安全：在车辆与外界互联时，确保信息传输的安全性和可靠性。
-> 功能安全：将功能安全需求合理地分配给相应的零部件，确保系统稳定运行。
-> 网络设计：包括网络节点、点与点的通信方式、传输速率等的设计。
-> 电气设计：主要指线束设计，要求轻量化、缩短整车线束长度，以及电源分配、EMC设计等。
-> 硬件设计：通过硬件实现架构的落地，未来架构中域控制器/中央计算平台将随着性能提升而不断提升。
-> 软件设计：包括基础软件和应用软件的标准化和模块化设计，支持快速开发和迭代。

发展趋势
随着智能化汽车和新能源汽车的发展，对电子电气架构的要求越来越高。未来的电子电气架构将具备以下特点：
-> 易扩展：能够方便地增加或减少功能模块，满足不断变化的市场需求。
-> 高性能：在计算力和通信方面具备高性能基础，支持复杂功能的实现。
-> 一体化：车和云将形成一体化的有机整体，实现车与车、车与交通设施、车与人之间的互联。
-> 强安全：在智能网联时代，安全性将更加重要，需要采取多种措施确保系统安全。
车载电子电气架构是汽车电子系统开发的重要基础，它集成了车辆的硬件、软件、传感器、执行机构等元素，并通过高效的动力和信号分配系统将它们有机结合。随着智能化汽车和新能源汽车的发展，未来的电子电气架构将朝着易扩展、高性能、一体化和强安全的方向发展。这些变化将推动汽车电子系统的不断进步和创新，为用户提供更加安全、舒适、便捷的出行体验。

搁笔分享完毕！
愿你我相信时间的力量
做一个长期主义者