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編者按：《郭繼舜帶你讀汽車科技》旨在從第一性原理出發，嘗試撥開迷霧，解讀熱點背后的汽車科技真相。 本欄目由智能駕駛專家郭繼舜博士與汽車之心聯合出品，內容獨家授權汽車之心發布。 今天來聊聊新一代電子電器架構，就是我們常說的 EEA3.0。 其實，最開始想到要談電子電氣架構，我是比較抗拒的，因為這是一個非常龐大而復雜的系統，其中涉及到的電子元器件至少數百起步，而且跨越了底盤、動力、車身、座艙、智駕等等多個系統領域，需要在汽車領域浸營多年的資深工程師才有可能窺得全貌。 而我僅僅對汽車領域新興的智能駕駛有些了解，特別擔心班門弄斧、貽笑大方 。 這次也只能夠從智能駕駛的角度來對整車電子電氣架構的演化過程與發展趨勢嘗試著做一個理解，還請各位專家多多指正。 我們先來回顧一篇舊聞： 2018 年美國《消費者報告》雜志指出，Model 3 在高速行駛狀態下緊急剎車方面存在嚴重問題。具體來說，當 Model 3 在以 60 英里/小時（約 96.6 公里/小時）的時速行駛時，其制動距離約為 46.3 米，明顯高于同級別的其他車型。 隨后，Model 3 遠程推送固件升級，讓緊急剎車距離縮短了大約 6.1 米。 對此，《消費者報告》的汽車測試部門總監 Jake Fisher 不無震驚地說：「我在這崗位工作了 19 年，測試了上千款車型，第一次見識到有車能通過無線升級來大幅改善性能表現的。」 這篇報道中 Model 3 所體現出來能力的就是「軟件定義汽車」的能力，而這個能力得以施展的基礎就是特斯拉先進的電子電氣架構設計。 首先，Model 3 的制動系統采用的是（博世）ibooster 制動機構，其電控軟件是特斯拉自己開發的，可以通過 OTA 升級，實現對剎車踏板特性的調節。 這次升級就是通過調整剎車響應曲線來實現整個剎車過程中的制動力最優化的分配，從而減少剎車距離的。  上面的過程說起來很簡單，但是卻是目前大多數車廠完全無法實現的，其原因就是現有車輛的電子電氣架構還是傳統的分布式電子電氣架構。 我們從下面這張著名的博世電子電氣架構演化圖可以看出： 當前大多數的汽車還處在從分布式的 Modular 階段向初步集成的 Integration 階段升級的過程中，少數先進的 OEM 則在新興的比如智能座艙、智能駕駛等等需求的驅動下，開始了分功能域的 Centralization 階段的嘗試。 比如廣汽、上汽、小鵬等等，而特斯拉則已經實現了基于區域融合的多個功能域控制器融合的 Fusion 階段，甚至有進一步整合成為 Vehicle Computer（FSD）的趨勢。 這樣領先的電子電氣架構設計，才能夠讓 OTA 升級功能滲透到剎車控制器上，實現對最底層執行件軟件深度優化。 一方面，這需要整車上的 TBox 網關具備高速安全的外網連接能力與數據傳輸能力。 另一方面，也需要車輛內部具備高速可靠的總線連接，讓網關下載的內容能夠下發到最底層的執行件電子單元上面。 最后，還需要 OEM 具備強大軟件開發能力，能夠開發最底層執行件的控制軟件，才能夠真正實現用軟件來定義汽車功能或者性能。  除了博世提出的上述軟件架構演化路徑以外，其他的先進 OEM 與 Tier1 也提出了各自對于新的電子電氣架構的設計思路。 例如寶馬就提出了一個基于分層的架構設計理念： 從底向上分別從傳感器、執行件層，到標準通用的 ECU 層，再到功能集成的域控制器層，最后到集中式的中央計算平臺層。 這是一個基于車內高速通信服務的功能逐步抽象聚類的設計思路，和博世的設計具有異曲同工之處。  本著第一性原理，我們可以來分析一下，驅動電子電器架構進化的要素究竟是什么，從而對于未來電子電器架構進化的形態做一個初步的預測。 首先，是智能化的需求。 早期的汽車主要用機械結構來滿足最基本的駕駛需求，以一種機械唯物主義方法論來設計的車輛，所以后續產生的電子系統都以一種輔助機械功能執行的模式來設計實現的，彼此之間通過低速的 CAN、Lin 等等總線以進行簡單的信息同步與交互。 而隨著智能化時代的到來，未來的汽車對于智能座艙、智能駕駛、智能云服務、智能能源管理等等智能化需求越來越強烈，對算力的要求大大提高。 而個性化與情感化的需求又讓車輛的功能迭代更加快速，因此要求新的電子電器架構能夠提供更加高性能的運算能力，更加靈活的軟件功能，更加快速的內部通信能力，從而催生了算力集中、軟硬件分離、負載均衡、高速通信的新一代電子電器架構的演化趨勢。 以特斯拉為例，在開發了對應的應用軟件并釋放的用戶群體以后，以類似于互聯網領域軟件開發方式，通過用戶使用應用軟件中收集到的真實反饋與真實道路數據，不斷優化其應用軟件。 雖然在一開始可能會出現一些由于系統不完善而引發的安全事故，但是隨著其應用軟件不斷升級與迭代，目前特斯拉在智能駕駛的開發中越來越成熟，并且可以以滿足用戶的需求為目標，不斷地提供新的智能駕駛使用場景給到用戶。 其中包括去年的智能召喚，以及今年預計會推出的反向智能召喚等。 其次，是開放互聯的需求。 現在的車輛已經從一個獨立的復雜機械變成了社會化信息網絡中的一個節點，通過車路協同、車云協同等等互聯模式，讓車輛具備了與外部網絡高速互聯的能力。 這一方面對車輛電子電器架構的開放接口提出了標準化、高速度、可靠性、可擴展的要求，另一方面也對車輛的信息安全能力提出了更高的要求，這些在未來的電子電器架構設計中都是需要考慮的。 第三，是系統安全的需求。 由于智能駕駛、智能座艙、智能網聯等等功能的實現，汽車的安全將更多的由車輛來主要負責。 為了保證車輛系統能夠提供絕對的安全的服務，在電子電器架構設計中也要考慮更多的冗余備份，更高的關鍵零部件可靠性設計，更多的系統預期功能安全的設計。 以這樣的開發思路，特斯拉 CEO 馬斯克除了在汽車領域以外，在航天航空領域亦是如此。 近期 Space X 發送的運載火箭，通過用 3 個工業級的英特爾 X86 雙核處理器做冗余，以不斷同步 6 個核中數據的形式來保持數據同步，再加上基于 Linux 寫的操作系統和 C++代碼，取代了宇宙級的元器件，降低了運載火箭的發送成本。 可以說，這是通過更加先進的系統設計理念，使用工業級零部件完成航天級復雜系統的典范。 最后，是節能降本的需求。 由于車輛電子器件數量越來越多，布線越來越復雜，功耗越來越大，在設計新一代的電子電器架構的時候，就必然要考慮到相似功能的電子電器部件集中整合。 基于空間優化的器件接入與電源接入的區域控制器設計，更高算力能耗比的芯片的應用等等設計方案，從而實現減少器件數量，減少總線長度，基于功能與空間布局的控制器整合等等需求。 類似于特斯拉 Model 3，其整個電子電氣架構主要由三大部分組成：中央計算模塊（CCM）、左車身控制模塊（BCM LH）、右車身控制模塊（BCM RH）。 中央計算模塊主要負責信息娛樂系統、駕駛輔助系統和車內外通信連接，左車身控制模塊和右車身控制模塊分別負責了車身便利性系統，底盤安全系統和動力系統的功能。 一方面可以更好地支撐更高級別的智能駕駛對算力的需求，另一方面極度簡化了功能開發與集成部署的難度，同時也更有利于 OTA 的應用軟件升級。 隨著電子電氣架構從分布式架構到域控制式架構，再到集中計算式架構的發展，車上的 ECU 控制器數量也在逐漸遞減，同時減少了 ECU 控制器及其周邊件的線束。 如特斯拉從 Model S 一共有 3000 米的線束到 Model 3 只剩下 1500 米，而今年年中計劃推出的 Model Y 中預計線束只有 100 米。 在降低了車輛成本的同時，也對車輛的輕量化目標做出了貢獻，OTA 過程中受到來自電子電器架構的限制也越來越少。 我們以特斯拉為例，主要是特斯拉確實有很多新的技術嘗試和量產實踐值得我們學習和思考。 如何將智能駕駛帶來的安全、舒適與便利快速帶給生活中的我們，如何能保障用戶手中的智駕系統是時時刻刻讓用戶滿意的，如何從零部件級的功能安全到系統級的功能安全做一個平衡，這些，都是需要我們長期思考的問題。 就我所知，中國的頭部 OEM 都在積極開發下一代的電子電器架構，并且在 2022 年左右實現新一代電子電器架構的平臺化，這使得國產品牌在功能持續迭代升級、新功能使用、實車數據維護、售后質量問題快速解決上都會有更大的優勢。 另外一方面，也會讓智能駕駛系統的測試和量產搭載變得更從容。 因為在整車的開發流程中，智能駕駛功能必須要等到底盤性能完全凍結才能開始進行標定、調教和測試，所以智能駕駛基本上是整車所有功能中最后凍結的。 一旦前面的某些開發出現了延期，在量產前最著急最痛苦的就是智能駕駛工程師，因為壓縮的基本都是智能駕駛的性能提升和測試時間。 以后有時間我給大家講講整車開發流程，題目就叫：最痛苦的智能駕駛工程師。 我今天看到新聞，小鵬 P7 的智能駕駛功能延期交付，等測試驗證充分了，通過 OTA 升級的方式交付給車主。這還真不是這些智能駕駛工程師不努力，我估計是給他們的測試驗證時間太少了。 好在，還有 OTA 升級，這也是新一代電子電器架構的功勞。 |
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