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作者 / 阿寶，出品 / 阿寶1990
一、 汽車EE架構從分布式向域集中變化，推動通信架構升級
電子電氣架構在2007年由德爾福(DELPHI)首先提出E/E架構的概念，具體就是在功能需求、法規(guī)和設計要求等特定約束下，把汽車里的傳感器、中央處理器、電子電氣分配系統(tǒng)、軟件硬件通過技術手段整合在一起；通過這種結構，將動力總成、傳動系統(tǒng)、信息娛樂系統(tǒng)等信息轉化為實際的電源分配的物理布局、信號網絡、數(shù)據(jù)網絡、診斷、電源管理等電子電氣解決方案。
由分布式 ECU 向域控制/中央集中架構方向發(fā)展。從博世對 E/E 架構定義來看， 汽車 E/E 架構的升級路徑表現(xiàn)為分布式（模塊化→集成化）、 域集中（域控制集中→跨域融合）、 中央集中式（車載電腦→車-云計算）。
即為分布式 ECU（每個功能對應一個 ECU）逐漸模塊化、集成向域控制器（一般按照動力域、底盤域、車身域、信息娛樂域和 ADAS 域等），然后部分域開始跨域融合發(fā)展（如底盤和動力域功能安全、信息安全相似），并發(fā)展整合為中央計算平臺（即一個電腦），最后向云計算和車端計算（中央計算平臺）發(fā)展。其中車端計算主要用于車內部的實時處理，而云計算作為車端計算的補充，為智能汽車提供非實時性（如座艙部分場景可允許微秒級別的延遲）的數(shù)據(jù)交互和運算處理。
目前我們正處于從過去的分布式EE架構邁向域集中式EE架構的轉變過程中，預計到2025年左右就會完成這一轉變。從2025年以后，將開啟跨域的融合時代，也就是轉變?yōu)椤爸醒?區(qū)域”（Central & Zonal）計算的EE架構時代。
博世對未來汽車電子電氣架構發(fā)展趨勢的觀點
1. 當前，車企正在應用的第一類 E/E 架構，采用分布式設計，分為模塊化和集成化兩個階段：
模塊化階段：汽車的每個功能擁有獨立 ECU, 現(xiàn)在大多數(shù)汽車處于該階段；
集成化階段：車輛的設計開始進行功能集成，進而帶來 ECU 的被集成。
2. 今后，車企將采用第二類 E/E 架構，采用（跨）域集中式設計，分為集中化和域融合兩個階段，如大眾由搭載來自200個不同供應商的70個ECU“減少到三臺中央車載電腦”來減少整車軟件的復雜性：
集中化階段：指開始出現(xiàn)了域中心控制器；
域融合階段：對應地開始出現(xiàn)跨域中心控制器。特斯拉 Model 3 正是域融合階段的代表車型。
3. 未來，E/E 架構將發(fā)展為第三類架構，即車輛集中 E/E 架構，分為車載電腦和車-云計算：
車載電腦階段：采用的是車載電腦和區(qū)域導向架構；
車-云計算階段：車輛功能在云端。
計算集中化后的優(yōu)勢：
硬件架構升級：a.減少內部算力的冗余，避免ECU數(shù)量膨脹，減少設計算力總需求；b.傳統(tǒng)分布式架構難以實現(xiàn)實時交互，集中式架構可以統(tǒng)一交互，并實現(xiàn)整車功能協(xié)同；c.集中式架構后，線束縮短，整車質量減輕。
軟件架構升級：a.分布式架構軟硬一體，整車企業(yè)并沒有權限去維護和更新ECU，因此無法通過后續(xù)OTA更新解決問題。變成集中式架構后，軟硬解耦，可以通過系統(tǒng)升級(OTA)持續(xù)地改進車輛功能，軟件一定程度上實現(xiàn)了傳統(tǒng)4S店的功能，可以持續(xù)地為提供車輛交付后的運營和服務；b.整體形成感知層后，采集的數(shù)據(jù)信息可共用。軟硬解耦后，可實現(xiàn)多個應用共用一套硬件裝置，有效減少硬件數(shù)量。
通信架構升級：采用高速以太網取代CAN總線，為未來汽車添加更多車聯(lián)網、ADAS功能提供支撐。
目前車載總線通信正逐步由“CAN總線為主、其他總線為輔”的分布式架構，向“以太網為主、 CAN及其他總線為輔” 的域集中式架構轉變。
CAN總線為主的分布式總線架構中，功能分別集成，相較原先的點對點通信，功能集成度更高，更便于損壞后的修理與替換，且應用層協(xié)議與數(shù)據(jù)定義統(tǒng)一，修改靈活性強。但分布式架構仍然存在ECU數(shù)量多、電氣節(jié)點多、線束長且重以及隨之而來的線束成本高等諸多問題。
以太網為主的域集中式總線架構中，以太網作為汽車骨干網，其余通信分別結合不同通信技術的功能特點使用CAN-FD、 FlexRay等總線技術。當下的車內總線通信基本形態(tài)為“多技術共存，網關集中控制”，可以更有效地降低車內線束重量以及相應的連接成本和人力成本，整體設計更有利于標準化上車，同時全套配備的成本相比分布式架構更低。
二、 汽車智能功能及所需車載通信技術
隨著汽車智能化程度提升，智能座艙、智能網聯(lián)、智能駕駛等方面功能體驗日益豐富，用戶體驗與技術迭代相互牽引，推動智能電動汽車在物理層面和鏈路層面發(fā)生進一步的技術演進。物理層面，汽車電子電氣架構不斷向更輕量化方向發(fā)展，以適應汽車軟硬件解耦及功能按域集中的發(fā)展趨勢；鏈路層面，高速通信網絡向著更高效、更安全、更穩(wěn)定、互聯(lián)設備更多的方向演進，為車端應用發(fā)展提供更可靠的技術支撐。
隨著物理層面與鏈路層面的技術整體提升，智能電動汽車所需的車載通信技術也進一步迭代，車內總線通信與車載無線通信均有提升，智能電動汽車成為萬物互聯(lián)新的接入點，也成為移動的數(shù)據(jù)庫。
車載通信技術以有線和無線可以劃分為車內總線通信和車載無線通信兩部分，其中：
車內總線通信：以汽車線束為載體，以不同形式、不同速率連接車內各域控制器、網關、MCU，構成車載網絡，即車內網。
車載無線通信：可按照通信距離劃分為短距離無線通信與長距離無線通信。其中，短距離無線通信傳輸距離一般不超過一公里，具有低成本、低功耗、對等通信等特征，以不同形式實現(xiàn)遙控、互聯(lián)、識別等功能，最終實現(xiàn)車機與路端、交通弱勢參與方之間的互聯(lián)，形成車載自組織網絡，即車際網。長距離無線通信技術由移動通信技術、微波通信技術和衛(wèi)星通信技術組成，目前移動通信技術以4G為主，逐步向5G發(fā)展，車機與信號基站、云服務、移動設備終端以及衛(wèi)星定位系統(tǒng)共同構成車載移動互聯(lián)網絡，即車云網。
汽車車載網絡的拓撲結構常規(guī)為總線、星形、環(huán)形三種。
2.1 車載總線通信技術
車載總線通信的演進基于汽車電動化程度的提高，連接范圍由基本控制系統(tǒng)到主要控制系統(tǒng)，再到如今各電子控制系統(tǒng)間的連接。目前智能電動汽車上搭載了多個ECU，分別控制不同功能模塊，各模塊與總線直接或組合后間接連接。
總線通信技術包括CAN、 CAN-FD、 LIN、 MOST、 FlexRay、車載以太網等。不同通信技術在速率、成本、擴展性、抗干擾性等方面各有所長，從而綜合應用于不同車身應用中。CAN總線目前用于空調、顯示、故障診斷等領域，將向更多骨干網絡延伸。LIN總線多用于燈光、座椅等傳輸相對穩(wěn)定且速率要求不高的位置中。車載以太網以輕質量、高速率、強兼容性等優(yōu)勢，目前應用于攝像頭、激光雷達等關鍵部件的連接，受限于價格，中高端車型將首先實現(xiàn)車載以太網的大規(guī)模上車應用。
車載總線通信基本架構、技術對比及演進歷程
2.2 車載無線通信技術
車載無線通信技術中， 短距離無線通信傳輸速率更快，多用于車內設備與車身附近場域的數(shù)據(jù)傳輸和連接，如車身定位、解閉鎖等；實際應用范圍多有交叉， Tier1和主機廠也更多傾向于適度冗余配置，以保證更穩(wěn)定的體驗。長距離無線通信一般指移動通信網絡，以4/5G為代表，主要提供通信、導航等功能，服務智駕智艙功能。
不同的通信技術所覆蓋的范圍與能力稍有交叉，在實際車端應用中也并非“井水不犯河水”，比如車端T-BOX配備有多種通信能力，用戶感知到的車身功能體驗實際上是多種通信能力共同配合完成的結果。億歐智庫認為，當前仍處于“技術引領需求”的階段，新技術的出現(xiàn)并不會一蹴而就地取代傳統(tǒng)技術，而是在多種技術共存的同時，由新技術激發(fā)出更具創(chuàng)造性的功能體驗。
車載無線通信技術特征及應用
三、車載通信發(fā)展趨勢
車載通信技術基于技術特征、參與方的不同，具有不同的發(fā)展路徑。未來三年，主流車載通信技術將分別趨向于個性化、標準化不同方向發(fā)展，整體由技術硬件向服務平臺發(fā)展，以一套硬件支撐更多服務體驗。
車載以太網將在以太網芯片、線束等發(fā)展下趨向于形成更加標準化的車載通信架構；星閃技術以華為牽頭的星閃聯(lián)盟為始，集聚行業(yè)力量，未來有望量產上車后助力更多信息交互功能實現(xiàn)；C-V2X同樣需要各方協(xié)同、行業(yè)聯(lián)盟共同推進，隨著高階輔助駕駛等功能的演進， C-V2X有望形成智能駕駛標配功能，聯(lián)合道路、城市形成更高層級的智慧交通；UWB目前仍處于發(fā)展爬坡期，基于高復用性，未來車端功能豐富、技術成本下降后有望更大范圍搭載，支撐車內及車外近場通信更多服務。
2025年主流車載通信技術發(fā)展趨勢
車載通信產業(yè)既是智能電動汽車整體發(fā)展的支柱性產業(yè)，又是連接車身內外各環(huán)節(jié)的紐帶性產業(yè)，億歐智庫認為，未來車載通信產業(yè)將向功能集成化、 產品智能化、 供應國產化的趨勢發(fā)展。
以車載通信產業(yè)的關鍵實現(xiàn)部件——通信模組為例， C-V2X通信模組經歷技術演進、功能集成、性能升級，迭代出更加多元的產品形態(tài)。傳統(tǒng)數(shù)傳模組將進一步向智能模組演進，在車端功能進化、量產成本降低的推動下，智能網聯(lián)將在標準化推廣與個性化定制間雙線波動發(fā)展，進而衍生出更多產業(yè)合作形態(tài)。依托中國市場的成本優(yōu)勢、工程師紅利以及巨大的市場潛力， 中國蜂窩物聯(lián)網芯片組及模組供應商正強勢崛起，逐步占據(jù)更大的全球市場份額。
下載ECAD模型
