EE 架構升級的背景
在傳統的分散式汽車電子電氣架構中，對於車輛中的感測器與各種電子電氣系統的 資訊傳輸與控制都由分散式汽車電子控制器(ECU)完成，隨著汽車電子化程度的提 高和功能的多樣化，分散式架構與 ECU 的侷限性對於車輛的生產成本、功能實現、 未來發展都提出了挑戰，更加整合化、智慧化的解決方案——域控制器與域內中心 化架構則應運而生。以下幾點為域控制器逐漸取代 ECU 的主要動因：
（1）隨汽車電子化與智慧化的發展，ECU 數量與線束數量成為成本與車重負擔
在分散式架構中，ECU 被運用在制動系統、變速系統、懸架系統、安全系統、驅動 系統等方方面面，幾乎車輛的每一個獨立功能和感測器都需要配備一個 ECU。隨著 目前汽車的電子化程度的提高與智慧化的提高，單車中的 ECU 數量不斷提升。2019 年，中國汽車單車 ECU 數量為 25 個，目前在高階車型與智慧化程度高的車型中主要 ECU 的數量達到 100 多個，加上一些簡單功能的 ECU 總數可以超過 200 個。自 動駕駛與其他智慧化模組的應用使車輛需要更多的感測器（如攝像頭、雷達）與處 理器，如果仍然採用分散式架構來實現，將使汽車 ECU 數量大幅提升，推動成本上升。
沃爾沃汽車歷史型號 ECU 數量變化
不同等級的自動駕駛需要的感測器分佈草圖
除此之外，同一車輛上的不同 ECU 之間也需要透過 CAN 和 LIN 匯流排連線在一起， 因此 ECU 數量的增多也導致了匯流排線束的數量和複雜程度的大幅提升。匯流排線束 的增加首先會增加車重，同時由於線束的主要材料為銅，線束的增多會較顯著地提 高單車成本。域控架構將模組內多個 ECU 的功能整合到了一個域控制器中，可以 很大程度地控制 ECU 數量，簡化線束。
傳統分散式 ECU 架構（左）與域控制器中心化架構（右）的線束對比
（2）分散式架構資訊傳輸能力有限，無法滿足自動駕駛等複雜智慧功能
傳統的分散式架構中 ECU 之間的通訊能力有限，大多透過 CAN 通訊、LIN 通訊、 Flex Ray 等，資料的傳輸速度非常有限，最高只能達到約 20 兆 Bps 每秒。在自動駕駛中，資訊需要被實時傳輸和處理，一個攝像頭產生的資料量就會達到 200 兆 Bps 每秒，L3 以上級別的自動駕駛中運用到的 Lidar 鐳射雷達則會產生大於 1G Bps 每 秒的資料量，無法透過分散式架構實現資訊的實時傳輸。
汽車匯流排對比 汽車匯流排對比
域控制器的應用使資料資訊可以在功能模組內透過中央閘道器以乙太網協議進行傳 輸，達到千兆甚至萬兆的資訊傳輸速度，對於自動駕駛等複雜智慧功能的實現至關 重要。因此，車內通訊架構的升級也須基於域控架構實現，未來車載乙太網將成為 汽車骨幹網。
車載乙太網（圖中紅線）將成為骨幹網路
（3）分散式架構無法滿足自動駕駛的高算力需求
汽車智慧化需要車輛中的控制器具備足夠的算力來實現大量的資訊處理與運算，以 自動駕駛功能為例，L2+級別以上的自動駕駛需要至少 50 TOPS 的算力，L3 級別以 上的自動駕駛需要 300 TOPS 以上的算力，L4 級別則需要 700~1000 TOPS 的算力，
這樣的高算力要求是分散式 ECU 完全無法達到的，而自動駕駛域控制器在配備了 高算力的晶片之後就可以滿足各種汽車智慧化的資訊處理與運算要求。 同時，供應商在對全車的各個 ECU 的設計中都會對算力留有冗餘，並且各個 ECU 之間存在功能的重疊，從整車的視角來看就浪費了大量的算力。而域控制器的冗餘 留存是針對於整個域的，將冗餘的重疊與算力的閒置最小化。
各級別自動駕駛需要的域控制器算力需求(Tops)
（4）域控制器實現了軟硬體的解耦，實現了軟體的 OTA
在傳統的分散式 ECU 架構中，各個 ECU 之間透過 CAN、LIN 匯流排進行點對點資料 傳輸，通訊方式在汽車出廠時已經確定。在智慧網聯汽車中，大量的功能需要 ECU 間的協調工作來實現，當前 ECU 間基於訊號的點對點通訊將會變得異常複雜，且 不具備靈活性和擴充套件性，微小的功能改動都會引起整車通訊矩陣的改動。 因此，聯合電子將 SOA 引入到當前汽車軟體設計中，車輛功能被以面向服務的設計 理念架構為不同的服務元件，有別於面向訊號的傳統架構，SOA 中的每個服務都具 有唯一且獨立的身份標識，並透過服務中介軟體完成自身的釋出，對其他服務的訂閱 以及與其他服務的通訊工作。此外由於其“介面標準可訪問”的特性，服務元件的 部署不再依賴於特定的作業系統和程式語言，實現了元件的“軟硬分離”，軟硬體的 升級調整不會影響到整個網路，從而提升汽車功能延展性。
面向訊號與面向服務的架構
EE 架構升級的方式
博世將汽車電子電氣架構的演進分為三大階段：分散式架構、（跨）域集中式架構、 車輛集中電子電氣架構，每個大階段中細分為兩個小階段，從低階到高階依次為： 模組化（每個功能由一個獨立的 ECU 實現）、整合化（不同的功能整合到一個 ECU 來實現）、域內集中（域控制器分別控制不同的域）、跨域融合（跨域控制器同時控 制多個域）、車輛融合（一個車載中央計算器控制全車的域控制器）、車輛雲計算（更 多的車輛附加功能由雲計算實現）。
博世對汽車電子電氣架構的演進階段劃分
所謂“域”即控制汽車的某一大功能模組的電子電氣架構的集合，每一個域由一個 域控制器進行統一的控制，最典型的劃分方式是把全車的電子電氣架構分為五個域： 動力域、車身域、底盤域、座艙域和自動駕駛域，具體分工如下：
1.動力域控制器主要控制車輛的動力總成，最佳化車輛的動力表現，保證車輛的動力 安全。動力域控制器的功能包括但不限於發動機管理、變速箱管理、電池管理、動 力分配管理、排放管理、限速管理、節油節電管理等；
2.車身域控制器主要控制各 種車身功能，包括但不限於對於車前燈、車後燈、內飾燈、車門鎖、車窗、天窗、雨刮器、電動後備箱、智慧鑰匙、空調、天線、閘道器通訊等的控制。
3.底盤域控制器 主要控制車輛的行駛行為和行駛姿態，其功能包括但不限於制動系統管理、車傳動 系統管理、行駛系統管理、轉向系統管理、車速感測器管理、車身姿態感測器管理、 空氣懸掛系統管理、安全氣囊系統管理等；
4.座艙域控制器主要控制車輛的智慧座 艙中的各種電子資訊系統功能，這些功能包括中控系統、車載資訊娛樂系統、抬頭 顯示、座椅系統、儀表系統、後視鏡系統、駕駛行為監測系統、導航系統等；
5.自動駕駛域控制器負責實現和控制汽車的自動駕駛功能，其需要具備對於影象資訊的接 收能力、對於影象資訊的處理和判斷能力、對於資料的處理和計算能力、導航與路 線規劃能力、對於實時情況的快速判斷和決策能力，需要處理感知、決策、控制三 個層面的演算法，對於域控制器的軟硬體要求都最高。
不同的域控制器產品在技術要求上會存在差異性。對於自動駕駛和座艙域控制器而 言，晶片效能、作業系統級演算法要求比較高；對於動力域、底盤域和自動駕駛域因 為涉及安全的部件較多，所以功能安全等級要求高。
五大域控制器技術要求
目前汽車廠商的電子電氣架構升級都仍處於域集中式架構階段，少數領先的車廠已 經發展到了跨域融合階段：
大眾：MEB 平臺採用三大控制器來對全車進行控制與功能實現：1、ICAS1 車輛控 制域控制器，集成了車身控制管理、驅動系統管理、行駛系統管理、電動系統管理、 燈具系統管理、舒適系統管理等諸多功能，將車身域、動力域、底盤域三域融合； 2、ICAS2 智慧駕駛域控制器，對於自動駕駛功能進行實現，擁有強大的資訊處理與 計算能力，與多個感測器緊密相聯；3、ICAS3 智慧座艙域控制器，包括了實現中控 系統、車載資訊娛樂系統、抬頭顯示、座椅系統、儀表系統、後視鏡系統、駕駛行 為監測系統、導航系統等各種功能所需的硬體與軟體。目前基於 MEB 平臺的 ID.系 列車型可以透過 OTA 更新最多 35 個控制單元。
大眾 MEB 平臺電子電氣架構
特斯拉：是汽車電子電氣架構升級的領跑者，最早步入跨域融合階段，Model3 的電 子電氣架構中已經基本不按照功能來進行域的劃分，全車只有 CCM 中央計算模組、 BCM RH 右車身控制模組、BCM LH 左車身控制模組三個域控制器。CCM 中央計 算模組集成了自動駕駛域、智慧座艙域、通訊系統域的功能，將三者融合做統一的 集中化的運算處理與控制。左右車身模組則將車身的不同功能域以區域劃分並融合， 兩者分別對左車身和右車身區域的動力系統、轉向系統、制動系統等進行控制，同 時對各種車身功能進行控制和管理，包括但不限於熱管理、自動泊車輔助系統、燈 光系統、門鎖系統、車窗系統等。
特斯拉 model3 電子電氣架構
長城：2021 年量產的 GEEP3.0 電子電氣架構為典型的域內集中式的架構，其中包括 動力與底盤域控制器、車身域控制器、智慧座艙域控制器與智慧駕駛域控制器。2022 年長城汽車計劃推出的 GEEP4.0 架構則是跨域融合式的架構，將對全車控制整合在 中央計算、智慧駕駛與智慧座艙三大核心計算平臺上，並以多個區域控制器輔佐核 心計算平臺對於車身各個區域與功能的細化控制。
長城汽車電子電氣架構發展路徑
國內外巨頭紛紛佈局自動駕駛域控制器。目前自動駕駛域控制器主要有四類玩家： 1、頭部新勢力企業，如特斯拉自研自動駕駛晶片，蔚來自研域控制器然後找第三方 代工；2、國際 Tier1，自己與晶片商合作，做方案整合後研發域控制器並向整車廠 銷售，例如大陸 ADCU、採埃孚 ProAI、麥格納 MAX4 等；3、域控軟體供應商，例 如 TTTech 與上汽集團合資成立了創時智駕，為上汽成員企業配套自動駕駛域控制 器產品；4、本土 Tier1，根據英偉達在 10 月雲棲大會上公佈的資訊，目前採用英 偉達 Orin 系列方案的車企客戶包括賓士、沃爾沃、蔚來汽車、小鵬汽車、理想汽 車、上汽智己以及 R 汽車，德賽西威拿到了其中大部分的域控制器定點訂單。此外 還有華為、經緯恆潤、福瑞泰克等企業佈局了這一領域。
自動駕駛域控制器競爭格局示意圖
文章來源：東北證券
