軟件定義汽車，智能化時代加速電子電氣架構的革命

yeshuheng 2021-01-23

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來源：安信證券股份有限公司研究中心

引言：

汽車智能化時代加速駛來，整車 EEA 革新大勢所趨，傳統廠商受制于路徑依賴和自身規模等，預計將采取較為溫和的技術路線，域控制器制造商或充分受益，比起傳統的控制器，市場對于整套電子電氣架構解決方案的需求已經呼之欲出，行業開放合作氣氛越發濃烈。

1. 汽車電子電氣架構的革命

1.1. ECU 日趨龐雜

ECU（Electronic Control Unit）即電子控制器單元，又稱 “行車電腦”，是汽車專用的微機控制器，利用傳感器、執行器、總線等操控車輛所有的電子設備和汽車行駛狀態，承擔決策功能。常見的 ECU 有 ATC 空調控制器、ABS 防抱死剎車系統、TCU 變速器控制單元、EMS發動機管理系統等數十個，功能越復雜的車型搭載 ECU 數量越多，豪華車裝配的 ECU 數量達到 100+。以奧迪 A8 為例，ECU 數量從 1993 年的 5 個快速上升到 2010 年的 100 個。

1.2. 總線技術的分類

ECU 之間需要信號連接，比如車速信號需要傳遞至儀表以及與安全駕駛相關的其他 ECU。起初，ECU 之間簡單直接地用銅電纜進行點對點的連接，每個 ECU 至少有 6-7 個接口，有些功能復雜的 ECU 接口數甚至超過三十個，隨著 ECU 數量不斷攀升，通訊任務成為重要挑戰。1986 年，博世在 SAE 大會發布了 CAN 協議，總線技術被正式引入。

總線是一種拓撲結構，可以大大簡化線束的復雜程度，主要類型有 CAN（控制局域網）、LIN （本地互連網絡）、FlexRay、MOST 等。美國汽車工程師協會（SAE）根據數據傳輸速度將總線分為表 1 中四種類型，不同的通信速度對應不同的價格。出于成本考慮，LIN 用于低速應用；CAN 用于中速應用，包括大多數 ECU 之間通信；FlexRay 用于實時安全關鍵應用；MOST 用于汽車導航系統等。

1.3. EEA 進階路線：架構簡化，算力集中

EEA（Electrical/Electronic Architecture）即電子電氣架構，指對汽車的傳感器、執行器、 ECU、線束、操作系統等整車軟硬件進行設計，進而實現車內高效的信號傳輸、線束布置等效果。

EEA 設計需要綜合考慮客戶功能需求，安裝、配置、維護等方面的難易程度和成本，并且需要具備適度的超前性。

不同 OEM和 Tier1 對 EEA的進化路線提出了自己的理念，雖然細節不同，但大體基調一致：硬件數量減少，ECU 功能簡化，算力向中央集中，未來向云端集中。這里以博世提出的經典六階段劃分為例。

Generation 1 初始狀態-模塊化

1）一個功能對應一個 ECU，每個 ECU 帶有嵌入式軟件。

2）ECU 之間使用總線技術連接，線束布置復雜，通信成本高。

Generation 2 分布式-集成化

1）功能集成帶來 ECU 集成，即一個 ECU 對應多種功能。

2）該階段 ECU 大多采用單核處理器。

3）可以減少一部分 ECU 的數量，但整車 EEA 沒有革新。

Generation 3 域集中式

1）“域”指的是“功能域”，即 Domain。

2）OEM 和 Tier1 根據功能將電子控制單元劃分為若干個模塊，劃分的方式各不相同。

3）每個域內原本由各個 ECU 分別負責的功能由一個 DCU（域控制器）主導，ECU 本身的功能被簡化。

4）DCU 需要具備比普通 ECU 更強大的算力，搭載多核處理器。

5）域內部仍使用 CAN、FlexRay 等常用車載網絡，域之間的通信需要引入車輛以太網。6）大多數車企的新一代 EEA 處于處于 Generation2 與 Generation3 并存的階段，常見的形式為搭載自動駕駛域和智能座艙域控制器，其他 ECU 使用傳統架構。

Generation 4 跨域融合

1）多域控制器（MDC）取代部分 DCU，將來自不同功能域的數據整合在同一個控制器內進行融合處理。如自動駕駛需要整合攝像頭、GPS、輪速傳感器等多域信號。

Generation 5 車載電腦和區域架構

1）“域”指的是“區域”，即 Zone。該階段只有特斯拉落地，Model3 直接按照車身物理位置對域進行劃分。

2）“區域”相比“功能域”大大簡化了機械布置的難度和線束長度，不再需要一個線束從車尾拉到車頭。Model S 內部線束長度長 3 千米，而 Model 3 只有 1.5 千米，采用全新技術和材料的 Model Y 甚至能將線束長度縮短至 100 米。

3）車載中央計算機形成，Model3 搭載中央計算模塊 CCM（Hardware3.0）。算力繼續集中到更少數的中央單元，甚至不再需要 ECU，未來或只需要功能簡單的傳感器、執行器等器件。

Generation 6 車-云計算

云計算，算力向云端集中。對于大多數 OEM 而言，EEA 的進化是一個持續的循序漸進的過程，并非跳躍式切換，技術上限決定整車廠目前處于哪個階段，從靜態截面上來看則是多個階段并存。寶馬提出的分層式電子電氣架構反映的就是這一理念。

2. 從分布式邁向集中式，時代的召喚

2.1. 集中式分布有什么優勢

簡化布線，減輕裝配難度，降低車重。線束已經成為全車第三或者第二重的部件，十年前比亞迪 F3 的控制器數量為 12 個，線束長度 789 米，現在，唐 EV 控制器數量為 55 個，線束長度 2650 米。

豪華車方面，2007 年奧迪 Q7 和保時捷卡宴的總線長度已經超過 6km，對應重量超過 70kg。如果繼續沿用分布式架構，在智能駕駛時代，線束重量可達 100kg。

軟硬件解耦，軟件定義汽車的第一步。不管是以特斯拉為代表的封閉式軟件生態，還是像比亞迪這樣的半開放生態，都將吸引大量開發者，借助第三方的力量發揮其巨大潛力，成為軟件定義汽車的繁榮基礎。

提升算力，減少冗余。將從多個 ECU 收集的數據在同一個 DCU 或者 MCU 中統一處理，域內主導的 DCU 或 MCU 具備比單個 ECU 更強的算力，其他 ECU 可以減少對運算資源的浪費。

如果說分布式架構是不同神經元單獨向其他多個神經元收集與自身相關的信號，獨立輸出，集中式架構則是一個大腦匯集多個神經元的信號，統一部署。

實現 OTA（Over The Air）。OTA 定期通過 Wi-Fi 網絡接收空中軟件更新，無需 4S 店和 U盤，迅速響應需求，提升用戶體驗，減少維護費用和召回成本，使汽車具有電子產品不斷更新的體驗。

車輛平臺化，更加可擴展。域控制器能夠接入不同傳感器的信號，改變外接傳感器的數量，根據不同車輛調整配置。

零部件標準化。ECU 的功能被弱化后，傳感器、執行器成為單獨模塊，零部件走向標準化、通用化，方便整合供應商。

2.2. 分布式架構為什么注定成為歷史

最初，燃油車電子元器件數量有限，電子電氣架構并不復雜，OEM 根據不同 Tier1 的技術和價格優勢分別采購 ECM，只需要進行集成、測試和驗證，并不需要掌握技術細節和代碼。

很長一段時間內，OEM 的工作只是根據市場需求不斷增加 ECM 和調整線束布置，整車 EEA都是由 Tier1 配合 OEM進行開發，強勢的 OEM可以向 Tier1 提出功能導向的要求,其他 OEM在 ECU 設計制造上不具備話語權。雖然 ECU 的數量和汽車配件的復雜程度只增不減，電動化引入三電系統更是加劇了這種態勢，但整個行業的慣性始終在強化。

一方面，Tier1 缺乏進行自我革命的動力，更高性能的總線技術和 ECU 是主要戰場，另一方面，OEM 考慮到對整車電子電氣架構進行重塑式改造的龐大投入也會有所猶豫。

打破行業僵局，特斯拉提供“拉力”，智能化浪潮提供“推力”。2017 年特斯拉用 Model 3 吹響改革的號角，新一代集中式電子電氣架構被推上舞臺，智能化的浪潮來臨。在 Model 3 席卷全球的倒逼下，OEM 和 Tier1 都是必須有所行動。

分布式架構的極限是 L2 級別的自動駕駛，L3 級別已經超出承受范圍。以大眾分布式 MQB平臺為例，CAN 總線上已經掛了很多 ECU，如果再掛雷達，通信協議總量將不支持，把全部的 CAN 換成 2M 相當于做了半個架構的改造。

智能座艙和自動駕駛需要更多的 ECU 和傳感器，但分布式 EEA 已經到達瓶頸，算力和總線信號傳輸速度還遠遠不能滿足，因此必須引入搭載更高性能車規級芯片的域控制器、車輛以太網和集中式 EEA。根據 NXP 官網預測，2015-2025 年汽車中代碼量有望呈指數級增長，其年均復合增速約為 21%。

實現 OTA 和“軟件定義汽車”，智能車必須解耦軟硬件。分布式架構的 ECU 來自不同供應商，有著不同的嵌入式軟件和底層代碼，軟件生態復雜，OEM 無法自主進行整車維護，更無法實現 OTA。

而 Tier1 更新 ECM 的周期和新車型的研發周期相匹配，一般為 2-3 年，率先實現 OTA 的特斯拉更新頻率則為幾個月一次，用戶體驗差異明顯。在特斯拉已經掌握 OTA 技術的情況下，如果不盡早開始布局，傳統車企或將重蹈諾基亞和摩托羅拉的覆轍。

2.3. 從分布式跨越到集中式的障礙

1）沉重的歷史包袱

Tier1 開放接口給 OEM 自行開發的意愿不高。改變整車電子電氣架構，首先革的是 Tier1 的命，但長期以來 OEM 和 Tier1 你中有我、我中有你，沉重的歷史包袱讓大象轉身難上加難。沒有歷史包袱的特斯拉和從德爾福拆分出來的安波幅，在電子電氣架構革新的理念上都頗為激進，幾乎是一步到位，而其他 OEM 和 Tier1 強調的是更加循序漸進的溫和路線。

循序漸進意味著在很長一段時間內，OEM 和 Tier1 很可能貌合神離，工作配合度大打折扣。大陸集團車身電子事業群中國區副總裁海岳明先生在接受媒體采訪時表示，復雜高性能的計算單元，尤其是在堅持軟硬件分開的情況下，需要軟件公司、硬件公司、軟件安全以及整車企業的軟件部門，甚至于第三方軟件公司都加入進來，通力合作，這將進一步加大電子電氣架構革新的難度。

特立獨行的特斯拉是一家汽車公司，也是一家軟件公司，甚至可以說是 Tier1 和芯片公司，每個環節有極具優勢的高配合度。大眾作為傳統車企，也選擇了用純電動平臺重新開始，輕裝上陣。既革供應商的命，又革自己的命，車企需要富有遠見且具有很高的執行力才能把握時代浪潮。

2）技術壁壘高聳

開發一個智能平臺是極具挑戰的工作，可能需要超過三億行代碼，大眾認為汽車將成為 IT史上軟件開發量最大的單一產品。然而，除了攜帶“硅谷基因”的特斯拉在做架構的階段就成立了軟件團隊。

當下汽車行業沒有一個 Tier1，也沒有一個 OEM 具備軟件定義汽車的能力，即便是坐在“第二把交椅”的大眾也直到 2019 年才和微軟合作成立了“Car.Software”部門。底層架構尚未搭建完成，大眾 ID.3 系列遭遇軟件問題，可能要延期交貨的消息屢見報端。

3）巨額的開發費用

對于車型不多、銷量規模不大的小車企而言，搭建新的電子電氣架構所面臨的巨額人力、物力、財力成本難以攤銷，一定程度上阻礙了行業整體向前發展。這也是大眾、比亞迪開放平臺背后的邏輯：沒有開放就沒有繁榮。

3. 整車 EEA，行業發展階段與展望

3.1. Generation 5 的第一梯隊

在一部分具有遠見的整車廠都還在邁向域集中階段的時候，“硅谷鋼鐵俠”特斯拉把 EEA 直接推向了中央計算器和區域分布階段。Model3 使用 CCM（中央計算模塊）整合駕駛輔助系統（ADAS）和信息娛樂系統（IVI）兩個模塊，其他域的功能由左右車身控制模塊負責。

同樣在 Generation5 努力但尚未有產品落地的的還有豐田的 Zonal 架構、安波福全新智能汽車架構（SVA）、寶馬和博世等。豐田 Zonal 保守估計仍需 5-10 年。

SVA 為安波福與半導體公司 Valens 合作開發的無人駕駛車載電子系統，包含一個動力數據中心（PDC）、數據主干網以及中央計算集群，采用雙環拓撲結構，輸入/輸出端允許第三方開發應用，軟件與硬件分離。安波福預計 2022 年實現半智能汽車架構（PARTIAL SVA），2025 年實現全智能汽車架構（FULL SVA）。

3.2. Generation 3&4 的第二梯隊

處于第二梯隊的典型參賽者有大眾 MEB 平臺的 E3架構，華為“計算+通信”CC 架構，華人運通 HOA 架構和比亞迪 DiLink 和 Dipilot。

它們具有兩個明顯特征：一是競爭格局正在經歷徹底洗牌，把 EEA 推進到這一步的既有大眾這樣的傳統巨頭，也有華人運通這樣的新勢力，既有 OEM，也有 Tier1。二是參賽者將自己定位成標準平臺的供應商。比起傳統的控制器，市場對于整套電子電氣架構解決方案的需求已經呼之欲出，行業開放合作氣氛越發濃烈。

1）大眾 MEB 平臺的 E3架構

E3架構將 70 個 ECU 整合到 3-5 個計算平臺，首次應用于 ID.3 車型上。據大眾汽車 CEO Herbert Diess 透露，將來 E3將只需通過兩臺中央處理器就可完成所有的操作。但是，大眾的底層操作系統和電子電氣架構并沒有建立完善，70 個 ECU 尚未能夠統一管理，ID.3 在測試階段面臨大量 Bug，工程師難以給出穩定的解決方案，無法進行 OTA，為了如期交付需要對一萬多臺 ID.3 手動更新。

2）華為“計算+通信”CC 架構

華為在 2019 年世界智能網聯汽車大會上提出 CC 架構，組合分布式網絡和三個域控制器：MDC 智能駕駛平臺、CDC 智能座艙平臺和 VDC 整車控制平臺，每個平臺都有各自的芯片。

在執行部件生態上，華為希望打造接口標準，讓 MDC 與執行部件更容易配合。華為再三聲明并不造車，想要做的是“基于 ICT 技術，成為智能汽車的增量部件供應商”。

3）華人運通的高合 HiPhi 1 HOA 超體智能架構

HOA（Human Oriented Architecture）開放式電子電氣架構搭載 6 個計算平臺、500 個傳感器和 1Gbps 高速以太網。HOA 系統環境中每一個傳感器都可以被自由調用，可供包括第三方在內的開發者創造更豐富的場景。

4）比亞迪的 DiLink 和 Dipilot 系統

比亞迪將 EEA 分為五個功能域，以車身電子域的 12 合 1 控制器為例，整合網關、BCM、信息站（藍牙鑰匙）、智能鑰匙控制器等 12 個模塊。

在 2018 年 9 月首屆比亞迪全球開發者大會上，比亞迪宣布開放全車 361 個傳感器和 66 項整車權限術，或將衍生出無限可能的“超級汽車生態”。全面開放之后，比亞迪給自己的定位是智能汽車標準硬件平臺的提供商。

3.3. 車載 OS，巨大的時代機遇

PC 端的絕對霸主是微軟，移動端是 iOS 和安卓的天下，車聯網背景下又會誕生怎樣的操作系統？適合手機環境的系統，不一定最適合汽車環境；擅長電腦和手機軟件開發的團隊，不一定擅長車載軟件；追求時效性的互聯網軟件開發工作模式，不一定適應傳統車企的節奏。

未來汽車軟件底層系統的格局依舊充滿未知：是 OEM？是 Tier1？是其他互聯網企業？還是一個一個進入者顛覆行業？一切尚未明朗。部分整車廠已經研發并采用自己的 OS，如大眾，部分整車廠沿用現成的 OS 平臺，如比亞迪。可以確認的是，未來汽車必將會有適合車載生態的操作系統。

1）特斯拉×86 平臺 Linux 系統

軟件工程師集聚的特斯拉采用自己打造的車載 Linux 系統，已經開始推出付費版 OTA。

2）vw.OS

2018 年 8 月，大眾集團宣布將投入 35 億歐元開發 vw.OS 軟件操作系統以實現 OTA，并與微軟達成了戰略合作，未來有可能以 API 的方式將 vw.OS 提供給第三方開發者。

2019 年，大眾組建了“Car.Software”部門，到 2025 年，該部門的人數將由現有幾百人擴增至 5000 人，撥款 70 億歐元。與 vw.OS 相配套的 AppStore 是 ODP 平臺。

3）Harmony OS

華為 CDC 智能座艙平臺將搭載華為麒麟芯片與鴻蒙 OS，鴻蒙很可能會深刻影響汽車 OS 的格局。

整車電子電氣架構的切換尚需時日，未來 5-10 年內最具優勢的仍是智能座艙和自動駕駛的域控制器廠商，以及不斷茁壯成長的汽車電子龍頭。同時市場對于整套電子電氣架構解決方案的需求已經呼之欲出，行業開放合作氣氛越發濃烈，越來越多參賽者將自己定位成標準平臺的供應商。

4.1. 德賽西威

汽車智能化加速推進，公司 ADAS 業務突飛猛進。公司前瞻布局，率先進軍 ADAS，2018年 360 環視、自動泊車等產品已實現銷售，2020 年進入加速周期，隨著車市競爭加劇，自主車企將廣泛搭載 ADAS 系統以提升產品力，公司 ADAS 業務將有望迎來高速增長期。公司聯合小鵬和英偉達開發域控制器，有望在傳統車邁向智能化帶來的汽車電子電氣架構變革中，再度成功卡位，帶動公司業務持續升級。

車機進口替代提速，新客戶新產品帶動盈利回升。行業隨著配套滲透率的提升正在擴容，24年的合資經歷為公司導入了核心穩定、高瞻遠矚的管理層、為公司提供了一定的技術儲備以及優質客源，使公司較自主供應商具備先發優勢與技術優勢，較合資與外資供應商具備響應速度及價格較低優勢。

2019 年新客戶開拓取得重大突破，相繼進入南北豐田、上汽大眾、上汽通用和長安汽車等多家一線合資和自主廠商供應鏈，車機大屏化、高清化和雙聯屏等趨勢下，車機和儀表盈利有望顯著回升。

4.2. 均勝電子

汽車電子：智能互聯空間廣闊，汽車電子業務是公司未來盈利主要增長點。公司汽車電子業務包括人機交互（HMI）、新能源電子控制（E-mobility）和車聯（PCC）三塊業務。

2011 年收購德國普瑞，負責 HMI 業務和 E-mobility，切入南北大眾、上汽通用等客戶供應鏈；2016 年收購德國 TS 道恩（PCC），負責智能車聯業務，獲得上汽大眾和一汽大眾 MQB 平臺和 MEB 平臺訂單。通過深度布局優質賽道，在未來智能座艙持續升級的確定趨勢下，公司有可能充分享受市場紅利。

汽車安全：技術全球領先，深度綁定客戶，盈利有提升空間。公司通過收購 KSS 和高田，汽車安全營收規模位居全球第二，TOP3份額占比70%以上，格局有利于公司盈利向好發展。

2020 年初，汽車安全產品配套特斯，隨著 Model 3 上海工廠產能逐漸爬坡，汽車安全將成為新的利潤增長點。另外，公司通過裁減員工、供應商重整、新增訂單設置最低的利潤率水平等措施提升盈利能力，未來汽車安全產品盈利能力仍有提升空間。

4.3. 伯特利

公司專注于底盤制動系統，長期存在成長空間。根據中國產業信息網 2019 年營收數據測算，盤式制動器和 EPB 合計 2025 年中國市場空間接近 400 億元，對應公司當前市占率 5-6%，憑借逐漸積累的供貨經驗、優異的成本控制和快速響應能力。

公司在自主的滲透率有望持續提升，合資車企的進口替代也有望突破。受益于行業從手剎向 EPB 的升級，ASP 有望提升200 元，長期看隨著電動智能車的普及，線控制動的裝車率有望持續提升，預計未來 ASP翻倍增長至 2000 元，打開公司長期成長空間。

排放升級和汽車電動化過程中，底盤輕量化部件滲透率不斷提升。根據立鼎產業研究網的預測，到 2025 年全球底盤輕量化部件的市場空間在 500 億元左右，公司當前營收在7.38 億元，對應 3%左右的滲透率，公司憑借成本優勢和快速響應，有望切入更多客戶供應鏈。

2020汽車雷達和汽車視覺活動預告

由智車行家、易貿信息科技（上海）有限公司聯合主辦，于2020年6月18-19日在江蘇蘇州召開“2020（第二屆）汽車雷達前瞻技術展示交流會”，同期召開“2020汽車視覺前瞻技術展示交流會”，邀請大概300多家整車廠、Tier 1 、汽車雷達廠商、解決方案供應商、模組廣商、元器件廣商（CMOS、DSP(ISP）、鏡頭、攝像頭系統集成商、光學鏡片等）、封裝測試企業、材料供應商、政府、行業協會、聯盟、科研院所等組織機構等參會。

— 會議框架 —

部分往屆嘉賓