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蓋斯特研報:智能汽車EEA最新發展趨勢與實施策略研究(合集)
2024-06-06 關鍵詞:智能汽車,EEA,發展趨勢 點擊量:55

近幾年汽(qi)車行業(ye)關于(yu)(yu)EEA的(de)(de)(de)(de)討(tao)論(lun)一直熱度(du)不(bu)減,各大整(zheng)車企業(ye)也紛紛宣布推出(chu)(chu)域(yu)集(ji)(ji)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)、區域(yu)集(ji)(ji)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)乃至中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)央集(ji)(ji)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)式(shi)的(de)(de)(de)(de)EEA。EEA是電子電氣(qi)架構(Electrical/Electronic Architecture)的(de)(de)(de)(de)英文名稱縮寫,這個(ge)概念最(zui)(zui)早出(chu)(chu)現在汽(qi)車從完全機械化(hua)(hua)產品向電氣(qi)化(hua)(hua)、電子化(hua)(hua)發展(zhan)之時。然而到(dao)了(le)電動化(hua)(hua)、網聯化(hua)(hua)、智能化(hua)(hua)的(de)(de)(de)(de)今天,“架構”一詞(ci)的(de)(de)(de)(de)外延更(geng)加(jia)(jia)豐富,“電子電氣(qi)”又關聯廣(guang)泛,EEA常常與(yu)芯片、軟件(jian)、網絡、線束、電子電氣(qi)硬件(jian)等(deng)概念一起出(chu)(chu)現,實際上出(chu)(chu)現不(bu)少問題(ti)(ti),真的(de)(de)(de)(de)有必要對(dui)EEA進行系統清(qing)晰(xi)的(de)(de)(de)(de)梳理(li)(li)。或許(xu)正是因(yin)為(wei)相(xiang)關話題(ti)(ti)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)混雜了(le)太(tai)多的(de)(de)(de)(de)細節(jie),一些企業(ye)高層對(dui)于(yu)(yu)EEA的(de)(de)(de)(de)理(li)(li)解與(yu)認知也缺乏(fa)戰略(lve)高度(du),導(dao)致企業(ye)對(dui)于(yu)(yu)集(ji)(ji)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)式(shi)EEA的(de)(de)(de)(de)落地(di)規劃陷入了(le)誤區。為(wei)了(le)助力行業(ye)形成共(gong)識、加(jia)(jia)快智能汽(qi)車EEA的(de)(de)(de)(de)發展(zhan)演進,蓋斯特咨詢(xun)研究(jiu)團隊圍(wei)繞大家最(zui)(zui)關注(zhu)的(de)(de)(de)(de)以(yi)下8個(ge)EEA問題(ti)(ti),分(fen)享我(wo)們對(dui)于(yu)(yu)EEA最(zui)(zui)新發展(zhan)趨勢的(de)(de)(de)(de)系統研究(jiu)和深度(du)思考。

從傳統汽(qi)車到智(zhi)能汽(qi)車,EEA的(de)內涵(han)發生了什么變化?

? EEA包(bao)含哪些關鍵要素?EEA在智(zhi)能汽(qi)車(che)技術全景圖中(zhong)的(de)定位是什(shen)么?

? EEA對(dui)于(yu)智能(neng)汽車具有什么作用(yong)和意義?

? EEA的總體發展趨勢是什么?

? EEA的評價維度有哪些?

? EEA的演進(jin)將(jiang)分成幾個階(jie)段?

? 集中式EEA演進著面臨哪些(xie)挑戰(zhan)?

? 整車企(qi)業如(ru)何推動集中式EEA的落(luo)地?

 

一、從傳(chuan)統汽(qi)車(che)到智能(neng)汽(qi)車(che),EEA的內涵發(fa)生(sheng)了什么變化?


1.EEA的概念定(ding)義(yi)


首先從基(ji)本概念上(shang),EEA就是電子電氣器件的架構(gou),體(ti)現了整車(che)電子電氣器件之間的連接關系(xi)。廣義上(shang)EEA包含(han)器件及其(qi)連接關系(xi)。我們(men)可(ke)以進一(yi)步把EEA分(fen)為“電子架構(gou)”和“電氣架構(gou)”,它們(men)分(fen)別承載整車(che)信息和能量的流動(dong)。

其(qi)中(zhong),“電子器件(jian)”一般指供電電壓小于/等于48伏、基(ji)于電子(zi)電路實(shi)現相關功能的(de)(de)(de)低壓/弱電設備,包(bao)括車(che)(che)載傳感器(qi)、芯(xin)片、顯示屏(ping)等,主要負責(ze)完成信息/數據的(de)(de)(de)采(cai)集、處理與利用(yong)。“電子(zi)架構(gou)(gou)”負責(ze)整車(che)(che)電子(zi)器(qi)件(jian)(jian)(jian)之間(jian)的(de)(de)(de)信息交互,決定(ding)了(le)電子(zi)器(qi)件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)連(lian)(lian)接關系(xi)。這種(zhong)連(lian)(lian)接關系(xi)通(tong)常用(yong)“網(wang)絡(luo)拓撲(pu)”來表示,即以連(lian)(lian)接各種(zhong)電子(zi)器(qi)件(jian)(jian)(jian)的(de)(de)(de)通(tong)信線束所構(gou)(gou)成的(de)(de)(de)通(tong)信網(wang)絡(luo)的(de)(de)(de)物理空間(jian)布局,因此“電子(zi)架構(gou)(gou)”也可以稱為“通(tong)信架構(gou)(gou)”和“網(wang)絡(luo)架構(gou)(gou)”。

“電(dian)(dian)(dian)氣(qi)器(qi)件”一般指(zhi)供電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)壓高于48伏的(de)高壓/強電(dian)(dian)(dian)設備(bei),包(bao)括電(dian)(dian)(dian)池、電(dian)(dian)(dian)驅等,主要(yao)負(fu)責完成(cheng)能量(liang)的(de)轉換(huan)。“電(dian)(dian)(dian)氣(qi)架構”負(fu)責整車用電(dian)(dian)(dian)設備(bei)(包(bao)括高壓和低(di)壓)的(de)供電(dian)(dian)(dian)配電(dian)(dian)(dian),并(bing)決定了(le)電(dian)(dian)(dian)氣(qi)器(qi)件的(de)連接關系。這種連接關系通常(chang)用“電(dian)(dian)(dian)氣(qi)拓撲”來表示,即(ji)連接各種電(dian)(dian)(dian)氣(qi)器(qi)件所用的(de)電(dian)(dian)(dian)氣(qi)線纜的(de)物理空間布局(ju)。

此(ci)外還需要注(zhu)意以下幾點:第(di)(di)一,雖然電(dian)(dian)(dian)子器件的(de)供(gong)電(dian)(dian)(dian)配電(dian)(dian)(dian)也是由(you)電(dian)(dian)(dian)氣(qi)架(jia)構(gou)(gou)負責,但是電(dian)(dian)(dian)子器件之間不(bu)涉及能量的(de)流(liu)轉(zhuan),因(yin)此(ci)電(dian)(dian)(dian)氣(qi)架(jia)構(gou)(gou)對其連接關系不(bu)起決(jue)定性(xing)作用;第(di)(di)二(er),電(dian)(dian)(dian)子架(jia)構(gou)(gou)和(he)電(dian)(dian)(dian)氣(qi)架(jia)構(gou)(gou)是兩(liang)套完全不(bu)同(tong)的(de)拓撲結構(gou)(gou),即使在物理空間上存在某(mou)些重(zhong)合,但實際用到的(de)線束/線纜是不(bu)同(tong)的(de);第(di)(di)三,電(dian)(dian)(dian)氣(qi)架(jia)構(gou)(gou)中的(de)高壓和(he)低(di)壓的(de)供配電并非完全獨(du)立,一方(fang)面(mian),低(di)(di)壓(ya)(ya)(ya)供配電的能(neng)量(liang)是通過高(gao)壓(ya)(ya)(ya)電源變(bian)壓(ya)(ya)(ya)而來;另(ling)一方(fang)面(mian),部分電子器件與電氣器件在物理空間上會(hui)集成在一起(qi),比如電驅(qu)總成內(nei)集成一個ECU(電子控制單元),因此高(gao)壓(ya)(ya)(ya)和(he)低(di)(di)壓(ya)(ya)(ya)會(hui)同時存在于某些(xie)零部件。

 

2.EEA的內涵變化


具(ju)體到EEA的(de)(de)內(nei)涵(han)(han)(han),從傳統汽車發展到智能(neng)汽車的(de)(de)變化(hua)非常(chang)大(da)。筆(bi)者將EEA的(de)(de)內(nei)涵(han)(han)(han)劃分(fen)為物理連(lian)接關系、計算(suan)(suan)通信架構和(he)(he)能(neng)量(liang)配(pei)給平(ping)臺(tai)(tai)三個層面(mian),其中計算(suan)(suan)通信架構包括計算(suan)(suan)節點(dian)和(he)(he)通信網絡,能(neng)量(liang)配(pei)給平(ping)臺(tai)(tai)又(you)可以(yi)區分(fen)為低壓平(ping)臺(tai)(tai)和(he)(he)高壓平(ping)臺(tai)(tai)。EEA的(de)(de)內(nei)涵(han)(han)(han)在各個層面(mian)的(de)(de)變化(hua)如圖1所示。


圖1傳統汽車EEA與智能汽車EEA的差異

 

在物理連(lian)接關系層面,傳統(tong)(tong)汽車EEA采用(yong)(yong)分(fen)布式(shi)(shi)架(jia)構(gou)(gou),電子控制(zhi)設備(通常(chang)是ECU)分(fen)布在各功能(neng)(neng)子系統(tong)(tong)/模塊中(zhong)。隨著智(zhi)能(neng)(neng)化(hua)帶來(lai)的(de)(de)功能(neng)(neng)數量激增,如果(guo)繼續(xu)沿用(yong)(yong)分(fen)布式(shi)(shi)架(jia)構(gou)(gou)將(jiang)(jiang)導致ECU數量越來(lai)越多(duo)、布線愈發(fa)復(fu)雜(za),使得(de)架(jia)構(gou)(gou)難以持續(xu)拓展(zhan)。因此,智(zhi)能(neng)(neng)汽車EEA將(jiang)(jiang)向集(ji)中(zhong)式(shi)(shi)架(jia)構(gou)(gou)發(fa)展(zhan),即將(jiang)(jiang)各功能(neng)(neng)子系統(tong)(tong)/模塊交由集(ji)中(zhong)式(shi)(shi)電子器件(jian)(比如計算平(ping)臺或域控制(zhi)器)統(tong)(tong)一控制(zhi),從(cong)而簡(jian)化(hua)硬(ying)件(jian)的(de)(de)物理空間布局、連(lian)接與(yu)布線。

在計算(suan)(suan)通(tong)信(xin)(xin)架(jia)構層面,傳統(tong)(tong)汽車(che)EEA采用(yong)(yong)以MCU(微(wei)控制(zhi)單元(yuan))為(wei)核心、以ECU作(zuo)為(wei)計算(suan)(suan)節(jie)點、以CAN總線(控制(zhi)器局域網(wang)總線)作(zuo)為(wei)通(tong)信(xin)(xin)網(wang)絡的主干網(wang),實現是面向(xiang)各(ge)ECU信(xin)(xin)號的通(tong)信(xin)(xin)。隨著智能化帶(dai)來(lai)的軟(ruan)(ruan)件集(ji)中(zhong)與(yu)復雜度提高,汽車(che)需要(yao)(yao)更(geng)大的算(suan)(suan)力來(lai)支撐軟(ruan)(ruan)件運行,因(yin)此(ci)以異構SoC(系統(tong)(tong)級芯(xin)片)為(wei)核心的計算(suan)(suan)平臺將(jiang)成為(wei)主要(yao)(yao)的計算(suan)(suan)節(jie)點。此(ci)外,智能汽車(che)要(yao)(yao)求(qiu)軟(ruan)(ruan)件能夠靈活調用(yong)(yong)硬件,這(zhe)需要(yao)(yao)更(geng)大的通(tong)信(xin)(xin)帶(dai)寬和(he)更(geng)靈活的通(tong)信(xin)(xin)機(ji)制(zhi),因(yin)此(ci)車(che)載以太網(wang)將(jiang)成為(wei)新的主干網(wang),支撐上層實現面向(xiang)服務的通(tong)信(xin)(xin)。計算(suan)(suan)節(jie)點和(he)通(tong)信(xin)(xin)網(wang)絡的升級也將(jiang)反過(guo)來(lai)進(jin)一步(bu)促進(jin)EEA的集(ji)中(zhong)化。

在能(neng)量配(pei)(pei)給平臺(tai)層面,傳統(tong)汽(qi)車(che)由于高(gao)壓器(qi)件(jian)較少,主要(yao)采(cai)(cai)用基(ji)于蓄電(dian)池(chi)的低壓供電(dian)以及基(ji)于電(dian)磁繼(ji)電(dian)器(qi)的靜態(tai)配(pei)(pei)電(dian)。而電(dian)動化(hua)作(zuo)為(wei)智(zhi)能(neng)化(hua)的有力(li)支撐,動力(li)電(dian)池(chi)、電(dian)驅等三電(dian)及其(qi)附帶的高(gao)壓器(qi)件(jian)均會搭載在智(zhi)能(neng)汽(qi)車(che)上,智(zhi)能(neng)汽(qi)車(che)EEA也將新增高(gao)壓供電(dian)配(pei)(pei)電(dian)網絡。此外,智(zhi)能(neng)化(hua)也要(yao)求(qiu)低壓平臺(tai)采(cai)(cai)取更加安全、節(jie)能(neng)和(he)靈活的電(dian)源管理策略,這需(xu)要(yao)基(ji)于芯片(pian)實(shi)現智(zhi)能(neng)動態(tai)配(pei)(pei)電(dian)。

 

二(er)、EEA包含哪些(xie)關鍵要素?EEA在智能汽車技術全景圖中的定位是什么?


對于智能汽車而言,EEA在(zai)“能量配給(gei)平臺”層面的(de)(de)內(nei)涵并非(fei)重點,因此(ci)在(zai)大部(bu)分語境中,狹義(yi)(yi)上的(de)(de)EEA通常指的(de)(de)是(shi)電(dian)子器件(jian)(jian)的(de)(de)連(lian)接(jie)關系,即通信(xin)網絡。而廣義(yi)(yi)上的(de)(de)EEA則包含“計(ji)算(suan)通信(xin)架構”中的(de)(de)所有電(dian)子電(dian)氣器件(jian)(jian)及其(qi)連(lian)接(jie)關系,為(wei)汽車軟件(jian)(jian)提供(gong)基礎能力支撐與可(ke)供(gong)調用的(de)(de)硬件(jian)(jian)資源(yuan)來(lai)源(yuan)。考(kao)慮到狹義(yi)(yi)EEA可(ke)談論(lun)的(de)(de)內(nei)容有限(xian),本文(wen)后續內(nei)容主要討論(lun)廣義(yi)(yi)EEA。

圖(tu)2展(zhan)示了EEA在智能汽車(che)技術架構(gou)中所處的(de)位置、構(gou)成要(yao)素,以及(ji)其與(yu)(yu)其他要(yao)素之(zhi)間的(de)關(guan)系。可以看出(chu),EEA既是軟件(jian)運行與(yu)(yu)交互的(de)支(zhi)撐(cheng),又是硬件(jian)接入與(yu)(yu)集(ji)成的(de)平(ping)臺。

EEA構(gou)成要素之一(yi)是傳感器、執行器等功(gong)能硬件(jian),它(ta)們(men)通(tong)過硬件(jian)接(jie)口和線束接(jie)入整(zheng)車通(tong)信網絡。這些硬件(jian)所提供的功(gong)能性能是實現(xian)整(zheng)車體驗的基礎能力。在軟(ruan)硬解耦趨勢下(xia),未(wei)來(lai)功(gong)能硬件(jian)的相關控制模型將實現(xian)知識化、抽(chou)象化,從而允許通(tong)過軟(ruan)件(jian)將硬件(jian)功(gong)能封裝成為基礎服務(wu)單元,支撐構(gou)建上層SOA(面(mian)向服務(wu)的架構(gou))。

EEA構成要素之二是計算平(ping)臺(tai)/控制器,它(ta)們(men)是所有車載(zai)軟件最終(zhong)部署的(de)(de)(de)地(di)方,通過(guo)提供計算與存儲資源來支撐軟件的(de)(de)(de)運行。計算平(ping)臺(tai)/控制器的(de)(de)(de)數量(liang)可(ke)以是一個或(huo)多個,這既與車載(zai)軟件的(de)(de)(de)集中程(cheng)度有關,又與芯片技術的(de)(de)(de)發(fa)展有關,具體將在后文詳細(xi)介紹。

EEA構成要(yao)素之三(san)是通(tong)信(xin)網絡(luo)(luo),主要(yao)負責(ze)硬(ying)件的連(lian)接(jie)與信(xin)號的傳輸。首先(xian),通(tong)信(xin)網絡(luo)(luo)需要(yao)建立(li)不同計算平臺之間(jian)的連(lian)接(jie),從(cong)而支(zhi)(zhi)(zhi)持(chi)跨域/跨平臺的軟件交互;其次,通(tong)信(xin)網絡(luo)(luo)需要(yao)建立(li)功能硬(ying)件與計算平臺之間(jian)的連(lian)接(jie),從(cong)而支(zhi)(zhi)(zhi)持(chi)部署在計算平臺上的軟件能夠靈活調用底層功能硬(ying)件;最(zui)后,通(tong)信(xin)網絡(luo)(luo)需要(yao)提供以太網等(deng)硬(ying)件層通(tong)信(xin)協(xie)議,從(cong)而支(zhi)(zhi)(zhi)撐(cheng)上層復雜的軟件層協(xie)議,比如實現SOA所必需的面向服務(wu)的通(tong)信(xin)。


圖(tu)2智能汽車技(ji)術架構(gou)

 

三、EEA在智(zhi)能汽車具有(you)什么作用和(he)意義?


筆(bi)者(zhe)此前的(de)(de)微信文章《“新汽車(che)”SOA發展趨(qu)勢與(yu)實(shi)施策略研究》中(zhong)(zhong)曾經提(ti)到,智(zhi)能(neng)汽車(che)中(zhong)(zhong)軟(ruan)硬解耦趨(qu)勢本質上就是(shi)邏輯(ji)與(yu)物理分離的(de)(de)過程,而軟(ruan)件架構決定邏輯(ji)連接關系,EEA決定物理連接,兩者(zhe)是(shi)靈(ling)魂和(he)軀體的(de)(de)協同共(gong)生關系。

如(ru)果把整車架構(gou)設計類比為城(cheng)市規劃,那么以SOA為代表的(de)(de)軟件(jian)架構(gou)對(dui)應(ying)一(yi)種特殊的(de)(de)城(cheng)市運行機制,EEA則對(dui)應(ying)城(cheng)市總體布局(ju)。下面根據“軟件(jian)先行”的(de)(de)SOA架構(gou)設計流程,說明SOA與EEA之間的(de)(de)緊密聯系,以及EEA對(dui)于智能汽車的(de)(de)重要意(yi)義:

第一,EEA決定了整車軟件在硬件上的部署。設計SOA的第一步是進行服務的劃分與定義,即確定服務集合、服務顆粒度、服務功能性能,類似于城市規劃中明確城市的正常運轉需要具備哪些功能;而設計EEA時就需要考慮為每種服務提供必要的底層硬件支撐,包括傳感器、執行器、計算、存儲、通信帶寬等資源,類比城市規劃就是明確承擔城市各功能的建筑物以及配套設施。

第二,EEA不僅影響整車功能的橫向打通,還影響企業內部研發組織的橫向劃分。設計SOA的第二步是明確服務之間的打通交互關系,類比城市規劃就是使城市功能實現充分協同;理想情況下SOA的服務之間能夠彼此相互打通、靈活訪問,但這受限于EEA的集中程度,比如部署在同一域控制器上的軟件往往比跨硬件的軟件更容易打通,類比城市規劃就是只有城市形成集群才能實現更充分的協同,而不同的城市集群又需要不同的管理組織。

第三,EEA為軟件的靈活交互提供了通信的硬件支撐。設計SOA的第三步是定義服務之間的通信規則,不同服務之間的通信規則是不同的,就好比城市中的物流運輸網絡和醫療急救轉運網絡需要不同的運營調度機制;但軟件層面不論設計規則如何,服務交互最終都要轉化為EEA中通信線束上的物理信號,就好比無論是物流車還是救護車都必須跑在交通道路上。

第四,EEA的設計決定軟件復雜度的上限,也影響外部功能生態的接入。設計SOA的第四步需要從可拓展性的角度對架構進行優化,類似在城市規劃中經常強調城市功能的多元化與轉型升級;但就像城市的土地空間資源都是有限的,EEA提供的算力、通信帶寬、硬件接口等硬件資源也是有限的,只有做好相應的預留才能支持軟件的靈活拓展和升級,因此EEA的設計對于外部功能生態的接入以及車載軟件復雜度的上限都有決定性影響。

第五,EEA支持硬件的平臺化設計、硬件的靈活替換與升級。設計SOA的第五步是對架構進行跨車型、跨平臺、跨硬件適配,即強調架構的復用性,就好比北京和上海雖然是不同的城市,但在整體的城市運行機制上有很大一部分的機制相似;但這種相似是建立在城市建設中存在很多國家標準規范的基礎上,對于EEA來說就是要實現硬件接口的標準化,因此可以說EEA支持著硬件的平臺化設計以及可插拔式替換與升級。

綜上(shang)所述,EEA為(wei)整(zheng)車(che)的(de)設計(ji)開發(fa)提供了物理層面的(de)“總體布局”,同(tong)時影響著硬件(jian)、軟件(jian)以(yi)及(ji)企(qi)業組織(zhi),所以(yi)EEA和SOA都是智能汽車(che)設計(ji)開發(fa)中首要(yao)考慮的(de)關鍵要(yao)素。

 

四、EEA的總體發展趨勢是(shi)什(shen)么(me)?


汽(qi)車(che)(che)智(zhi)能(neng)化(hua)發展驅動汽(qi)車(che)(che)軟硬(ying)(ying)解(jie)耦(ou),解(jie)耦(ou)后(hou)的軟件(jian)和(he)硬(ying)(ying)件(jian)分別(bie)在(zai)邏輯(ji)維度(du)和(he)物理維度(du)上(shang)集中,因(yin)此需(xu)要(yao)(yao)更(geng)(geng)高(gao)性能(neng)、更(geng)(geng)低成本、更(geng)(geng)加靈活(huo)的EEA。所以在(zai)討(tao)論EEA的發展方向(xiang)之(zhi)前,首(shou)先要(yao)(yao)了解(jie)智(zhi)能(neng)汽(qi)車(che)(che)的發展趨(qu)勢與(yu)需(xu)求,筆者將其(qi)歸(gui)納(na)為三點:一(yi)是(shi),智(zhi)能(neng)化(hua)時代(dai)技(ji)術發展快,用(yong)戶需(xu)求變化(hua)也快,導(dao)致(zhi)汽(qi)車(che)(che)產品開發迭代(dai)的周(zhou)期也必須加快;二是(shi),智(zhi)能(neng)化(hua)功能(neng)需(xu)求呈現多(duo)樣(yang)化(hua),導(dao)致(zhi)汽(qi)車(che)(che)上(shang)硬(ying)(ying)件(jian)的種(zhong)類與(yu)數量(liang)增(zeng)多(duo);三是(shi),用(yong)戶更(geng)(geng)加追求整(zheng)體體驗(yan),要(yao)(yao)求汽(qi)車(che)(che)上(shang)功能(neng)之(zhi)間(jian)的協同要(yao)(yao)增(zeng)加,導(dao)致(zhi)功能(neng)邏輯(ji)的設計(ji)越(yue)來越(yue)復雜(za)。以上(shang)每一(yi)個趨(qu)勢都對整(zheng)車(che)(che)EEA提出全新(xin)的需(xu)求。

第一,產品開(kai)發迭代(dai)加速,意味著(zhu)傳統的(de)軟硬件(jian)綁定的(de)開(kai)發模式必然(ran)走(zou)向沒落,取而代(dai)之(zhi)的(de)是(shi)軟硬解耦,讓軟件(jian)能夠脫離(li)硬件(jian)實現更快的(de)迭代(dai),這對應到EEA層面(mian)即前文(wen)所述的(de)邏輯與物理分(fen)離(li)。

第二,分布在物(wu)理空間(jian)中(zhong)的硬件越多(duo),意(yi)味(wei)著(zhu)車(che)上的線束連(lian)接越多(duo)、拓撲結構越復(fu)雜,而要避免車(che)內空間(jian)的限制(zhi),就(jiu)需要將原本由多(duo)個(ge)ECU承擔的功(gong)能集中(zhong)至一(yi)個(ge)或幾個(ge)具備大算(suan)(suan)力的域控制(zhi)器或計算(suan)(suan)平(ping)臺上,并使得傳感器和執行(xing)器盡可能就(jiu)近(jin)接入,即所(suo)謂的物(wu)理集中(zhong)。

第(di)三,功能邏(luo)輯設計(ji)越復(fu)雜,意味著(zhu)負責實現這些邏(luo)輯策略對(dui)硬(ying)件(jian)(jian)(jian)進行控制和調用的軟件(jian)(jian)(jian)需要(yao)更復(fu)雜的結構、更多的組件(jian)(jian)(jian),而要(yao)降低軟件(jian)(jian)(jian)的開(kai)發(fa)難(nan)度(du),就要(yao)將原本(ben)針對(dui)特定(ding)硬(ying)件(jian)(jian)(jian)、采用不同軟件(jian)(jian)(jian)系統(tong)(tong)的多個邏(luo)輯策略集中至一個軟件(jian)(jian)(jian)系統(tong)(tong)內重新(xin)設計(ji)開(kai)發(fa)(比(bi)如(ru)SOA),即所謂的邏(luo)輯集中。

因此,汽車EEA的演(yan)進(jin)趨勢可(ke)以歸(gui)納為“集中化”,并且是分別從邏輯和物理兩個維度實現集中。

 

五(wu)、智(zhi)能汽(qi)車EEA的評價維(wei)度有哪(na)些?


優秀的(de)(de)智能(neng)汽車EEA應具備(bei)三個屬性:高性能(neng)(支(zhi)撐更復(fu)雜的(de)(de)軟件更好(hao)更快地運行)、靈(ling)活可拓展(支(zhi)持產(chan)品(pin)在(zai)更長的(de)(de)周期中持續(xu)進化(hua))、合適的(de)(de)成(cheng)本(ben)(有利于整體(ti)研發和制造(zao)的(de)(de)成(cheng)本(ben)控制)。EEA的(de)(de)集(ji)中化(hua)恰好(hao)能(neng)夠(gou)在(zai)這三個維(wei)度(du)都實(shi)現(xian)優化(hua)。

從性能維度(du)看,邏(luo)輯集中通(tong)過(guo)讓軟(ruan)(ruan)件在一個系(xi)統(tong)內(nei)充分(fen)共享數(shu)據,甚至部分(fen)軟(ruan)(ruan)件可以進行合(he)并融合(he),使得(de)軟(ruan)(ruan)件的(de)運行與交互效率(lv)都更(geng)高(gao)(gao);物理(li)集中通(tong)過(guo)提高(gao)(gao)算力,能夠處(chu)理(li)更(geng)多(duo)的(de)數(shu)據、支撐更(geng)復雜(za)的(de)功能。

從(cong)靈活性維(wei)度(du)看,邏輯集中后通(tong)過對(dui)軟件(jian)系統進(jin)行SOA設(she)計(ji),使得軟件(jian)高內(nei)聚(ju)、低耦(ou)合、靈活訪(fang)問,允許對(dui)軟件(jian)組件(jian)(服(fu)務)進(jin)行靈活升(sheng)級以(yi)及往架(jia)構中靈活增加新組件(jian);物理集中則留出了更多的布置空間,支(zhi)持更多傳(chuan)感器(qi)和執行器(qi)的靈活接(jie)入(ru)

從(cong)成(cheng)本(ben)(ben)維度(du)看,邏輯集(ji)中(zhong)后通(tong)過(guo)對軟件系統進行SOA設計,使得軟件組件的復用性增強,避(bi)免了重復性開發,降低了研發成(cheng)本(ben)(ben);物理集(ji)中(zhong)通(tong)過(guo)減少硬件數量與(yu)算力冗余(yu)降低了控(kong)制(zhi)器(qi)的物料成(cheng)本(ben)(ben),另(ling)外通(tong)過(guo)簡化網絡拓撲(pu)結構,使得線(xian)束(shu)的成(cheng)本(ben)(ben)與(yu)重量都得到(dao)了降低。


六、EEA的演進將分成幾個(ge)階段(duan)?


前面談(tan)到(dao)集中(zhong)化是EEA的總(zong)體(ti)(ti)演進(jin)趨勢,具體(ti)(ti)來看(kan),實(shi)現(xian)智能汽車EEA的整體(ti)(ti)進(jin)化,不(bu)僅(jin)需要邏輯(ji)集中(zhong)和物(wu)理(li)集中(zhong)雙管齊下,還需要實(shi)現(xian)邏輯(ji)集中(zhong)與物(wu)理(li)集中(zhong)的協同。實(shi)際上涉及到(dao)的內容(rong)很(hen)多,所(suo)以(yi)不(bu)可能一蹴而就,需要分步(bu)實(shi)現(xian)。


1.邏輯集中(zhong)


邏輯(ji)集(ji)中意味著(zhu)軟(ruan)(ruan)件(jian)系統規模更大、更復雜(za),因(yin)此需要(yao)更先進的(de)軟(ruan)(ruan)件(jian)資源管理和(he)交互技(ji)術。在傳統的(de)嵌(qian)入式軟(ruan)(ruan)件(jian)系統中,“I/O控制軟(ruan)(ruan)件(jian)”與(yu)“邏輯(ji)處理軟(ruan)(ruan)件(jian)”被(bei)混雜(za)封裝在一起,沒有明確的(de)邊界,這個階段也稱為(wei)“軟(ruan)(ruan)軟(ruan)(ruan)耦(ou)合”。

在談論邏(luo)(luo)(luo)輯(ji)(ji)(ji)集(ji)中(zhong)之(zhi)前,我(wo)們首先要(yao)區分(fen)“邏(luo)(luo)(luo)輯(ji)(ji)(ji)處理(li)類(lei)(lei)軟(ruan)(ruan)件(jian)(jian)”和“I/O控(kong)制類(lei)(lei)軟(ruan)(ruan)件(jian)(jian)”。“邏(luo)(luo)(luo)輯(ji)(ji)(ji)處理(li)類(lei)(lei)軟(ruan)(ruan)件(jian)(jian)”主(zhu)要(yao)指(zhi)融(rong)合決(jue)(jue)策、人機交互、功能組合等包含復雜(za)邏(luo)(luo)(luo)輯(ji)(ji)(ji)策略的(de)應(ying)用和算法,“I/O控(kong)制類(lei)(lei)軟(ruan)(ruan)件(jian)(jian)”主(zhu)要(yao)指(zhi)信號路由、數據預處理(li)、執行驅動(dong)等與(yu)(yu)硬件(jian)(jian)高(gao)度相關的(de)驅動(dong)類(lei)(lei)軟(ruan)(ruan)件(jian)(jian)。強(qiang)調二(er)類(lei)(lei)軟(ruan)(ruan)件(jian)(jian)區別,是(shi)因為“邏(luo)(luo)(luo)輯(ji)(ji)(ji)集(ji)中(zhong)”中(zhong)的(de)“邏(luo)(luo)(luo)輯(ji)(ji)(ji)”其實指(zhi)的(de)就(jiu)是(shi)“邏(luo)(luo)(luo)輯(ji)(ji)(ji)處理(li)類(lei)(lei)軟(ruan)(ruan)件(jian)(jian)”,此類(lei)(lei)軟(ruan)(ruan)件(jian)(jian)直接面向用戶需(xu)(xu)求(qiu)進(jin)行開發,具有(you)更多(duo)的(de)數據橫向打通和組件(jian)(jian)復用的(de)需(xu)(xu)求(qiu),天(tian)然(ran)就(jiu)傾向于實現集(ji)中(zhong),而(er)“I/O控(kong)制類(lei)(lei)軟(ruan)(ruan)件(jian)(jian)”與(yu)(yu)硬件(jian)(jian)高(gao)度相關,其集(ji)中(zhong)與(yu)(yu)否由硬件(jian)(jian)決(jue)(jue)定(ding)而(er)非(fei)用戶需(xu)(xu)求(qiu)。

邏(luo)(luo)輯集中的第一步就(jiu)是要實現(xian)“軟(ruan)軟(ruan)解耦”,需要把“邏(luo)(luo)輯處理軟(ruan)件(jian)”與“I/O控制軟(ruan)件(jian)”通過分類分層的封(feng)裝方式來解除綁定,進而允許不同“邏(luo)(luo)輯處理類軟(ruan)件(jian)”之間(jian)能夠實現(xian)打通和融合。

第(di)二步是“功能集聚整(zheng)合”,即把原本負責不同功能的(de)多套軟(ruan)(ruan)(ruan)件(jian)(jian)(jian)(jian)系(xi)統(tong)(tong)集聚整(zheng)合為(wei)一(yi)個系(xi)統(tong)(tong)。軟(ruan)(ruan)(ruan)軟(ruan)(ruan)(ruan)解耦后,理(li)論上“邏輯處理(li)類(lei)軟(ruan)(ruan)(ruan)件(jian)(jian)(jian)(jian)”與“I/O控(kong)制(zhi)類(lei)軟(ruan)(ruan)(ruan)件(jian)(jian)(jian)(jian)”已經可以部(bu)署在不同的(de)硬件(jian)(jian)(jian)(jian)上,但(dan)在實(shi)際工程開發中,考慮到對既(ji)有(you)軟(ruan)(ruan)(ruan)件(jian)(jian)(jian)(jian)的(de)繼承,一(yi)般不會直(zhi)接(jie)徹底打散重構整(zheng)個軟(ruan)(ruan)(ruan)件(jian)(jian)(jian)(jian)體系(xi)。此階段一(yi)般先繼續保(bao)持(chi)“邏輯處理(li)類(lei)軟(ruan)(ruan)(ruan)件(jian)(jian)(jian)(jian)”與“I/O控(kong)制(zhi)類(lei)軟(ruan)(ruan)(ruan)件(jian)(jian)(jian)(jian)”在一(yi)個系(xi)統(tong)(tong)內(nei),只對“邏輯處理(li)”部(bu)分進行繼承、融合與再開發,比如將AEB(緊急制(zhi)動系(xi)統(tong)(tong))、ACC(自(zi)適應巡航(hang)系(xi)統(tong)(tong))、LKA(車道保(bao)持(chi)系(xi)統(tong)(tong))等多個駕駛(shi)輔助功能整(zheng)合升級為(wei)NOA(自(zi)動導航(hang)輔助駕駛(shi))功能。

第三步是邏(luo)輯(ji)(ji)集(ji)(ji)中的理(li)想階(jie)段(duan)——“邏(luo)輯(ji)(ji)-控(kong)制分(fen)離”,即“邏(luo)輯(ji)(ji)處理(li)類(lei)軟件(jian)(jian)”與“I/O控(kong)制類(lei)軟件(jian)(jian)”分(fen)別(bie)集(ji)(ji)中成兩個軟件(jian)(jian)系統并(bing)分(fen)別(bie)部署(shu)(shu)。“邏(luo)輯(ji)(ji)處理(li)”這類(lei)需要大算(suan)力的軟件(jian)(jian)可(ke)以部署(shu)(shu)至(zhi)(zhi)中央(yang)計(ji)算(suan)平(ping)臺,而“I/O控(kong)制類(lei)軟件(jian)(jian)”則可(ke)以部署(shu)(shu)至(zhi)(zhi)更靠近相關硬件(jian)(jian)的位(wei)置,這樣可(ke)以最大程度實現同類(lei)型算(suan)力需求的集(ji)(ji)中,減少硬件(jian)(jian)異(yi)構集(ji)(ji)成帶來的額外成本。

例(li)如(ru),如(ru)果需要(yao)在一(yi)顆(ke)智能(neng)駕駛SoC上同時(shi)運行(xing)“環境感知”和“底(di)盤控制”兩(liang)(liang)類軟(ruan)件,前者(zhe)更需要(yao)AI算力(li),而(er)后者(zhe)只需要(yao)CPU算力(li),那(nei)么SoC的設計(ji)必須兼顧兩(liang)(liang)者(zhe);如(ru)果將“底(di)盤控制”軟(ruan)件部署(shu)在一(yi)顆(ke)單獨的MCU上,那(nei)么SoC的研發和資源冗余(yu)就(jiu)能(neng)得以簡化。


2.物理(li)集中(zhong)


相(xiang)較“邏輯集中”的三個(ge)(ge)階段(duan),“物(wu)理集中”整體可(ke)以分為“分布式”、“域(yu)融(rong)(rong)合(he)”、“跨域(yu)融(rong)(rong)合(he)”、“中央計算+區域(yu)控制”以及(ji)“車云一體”五個(ge)(ge)階段(duan)。“物(wu)理集中”的演進(jin)過程對(dui)計算和(he)通信等硬(ying)件性能的要求(qiu)不斷提升,具體參見圖(tu)3。



圖3 EEA物(wu)理集(ji)中的分階段(duan)演進


從“分布式”到“域融合(he)(he)(he)(he)”再到“跨(kua)(kua)域融合(he)(he)(he)(he)”,目標是先用5-7個(ge)(ge)DCU(功(gong)(gong)(gong)能(neng)(neng)域控(kong)制(zhi)器(qi))取代掉各自域內(nei)的ECU,再進行(xing)跨(kua)(kua)域的計算整合(he)(he)(he)(he)將控(kong)制(zhi)器(qi)數(shu)量縮減至3-4個(ge)(ge)。對于跨(kua)(kua)域的計算整合(he)(he)(he)(he)有(you)不同的方式,有(you)的車企按(an)(an)照功(gong)(gong)(gong)能(neng)(neng)域與(yu)功(gong)(gong)(gong)能(neng)(neng)域進行(xing)整合(he)(he)(he)(he)開(kai)發(fa)MDCU(多域控(kong)制(zhi)器(qi)),有(you)的車企則(ze)按(an)(an)照功(gong)(gong)(gong)能(neng)(neng)硬件的物理空間距離進行(xing)整合(he)(he)(he)(he)開(kai)發(fa)ZCU(區域控(kong)制(zhi)器(qi))。

“中(zhong)(zhong)央計(ji)(ji)算(suan)+區(qu)(qu)域(yu)(yu)控(kong)制”階(jie)段是一個分(fen)水嶺(ling)。在此之前(qian)控(kong)制器使(shi)用SoC芯片或(huo)MCU芯片,主要(yao)考慮物理集中(zhong)(zhong)的(de)(de)繼(ji)承關(guan)系,假如原控(kong)制器就使(shi)用了MCU芯片,那么集中(zhong)(zhong)后(hou)的(de)(de)新(xin)控(kong)制器往(wang)往(wang)繼(ji)續(xu)使(shi)用MCU芯片。但到了“中(zhong)(zhong)央計(ji)(ji)算(suan)+區(qu)(qu)域(yu)(yu)控(kong)制”階(jie)段,車(che)載計(ji)(ji)算(suan)架構已經重(zhong)構,讓SoC芯片居(ju)中(zhong)(zhong)用于中(zhong)(zhong)央計(ji)(ji)算(suan)集群(qun)/平(ping)臺,負責(ze)大(da)算(suan)力(li)任(ren)務(wu);MCU芯片則用于VIU(區(qu)(qu)域(yu)(yu)信息單(dan)元),負責(ze)與(yu)硬(ying)件控(kong)制相(xiang)關(guan)的(de)(de)任(ren)務(wu),這樣的(de)(de)計(ji)(ji)算(suan)明確分(fen)工能有效簡化(hua)硬(ying)件設計(ji)(ji)并(bing)提(ti)高計(ji)(ji)算(suan)效率。同時,VIU由(you)于運算(suan)任(ren)務(wu)相(xiang)對(dui)簡單(dan)可以實現標準化(hua),這樣允許車(che)企(qi)針對(dui)不(bu)同車(che)型來(lai)靈(ling)活配置所(suo)需的(de)(de)數量(liang),大(da)大(da)提(ti)高了架構的(de)(de)靈(ling)活性和通用性。

“中(zhong)(zhong)央計(ji)(ji)算+區域(yu)控制”階段還可以根據“中(zhong)(zhong)央計(ji)(ji)算”的集中(zhong)(zhong)程度進(jin)一步(bu)(bu)細分為“多(duo)(duo)盒(Multi-Box)”、“單盒多(duo)(duo)板(One-Box)”、“單板多(duo)(duo)芯(One-Board)”和“單芯(One-SoC)”四個小階段,這一集中(zhong)(zhong)過程除了依賴芯片硬(ying)件層(ceng)面集成設(she)計(ji)(ji)技術的突(tu)破之外,板間(jian)互連、片間(jian)互連、片上(shang)互連等通信技術的進(jin)步(bu)(bu)也(ye)是(shi)關(guan)鍵。

最終(zhong),根據半導(dao)體行業“摩爾定(ding)律”的(de)發(fa)展情況,可(ke)以預見(jian)在“單(dan)芯(xin)”階段(duan)(duan)將(jiang)出現(xian)的(de)瓶頸,因(yin)為車(che)(che)端算(suan)力不(bu)可(ke)能(neng)無(wu)限增長來滿足所有(you)應用場(chang)景需(xu)求,智(zhi)能(neng)汽車(che)(che)終(zhong)將(jiang)迎來“車(che)(che)云(yun)一(yi)體”式(shi)(shi)架(jia)(jia)構。到(dao)了“車(che)(che)云(yun)一(yi)體”式(shi)(shi)架(jia)(jia)構階段(duan)(duan),部分車(che)(che)端算(suan)力將(jiang)轉移至(zhi)路端或(huo)云(yun)端,車(che)(che)路云(yun)多端算(suan)力通(tong)過V2X(車(che)(che)聯網)打通(tong)并實(shi)現(xian)協同計算(suan),由此(ci)將(jiang)EEA的(de)物理空間范疇(chou)從車(che)(che)內(nei)拓展至(zhi)車(che)(che)外。


3.邏輯集中與(yu)物理集中協同


綜合上述邏輯(ji)集(ji)(ji)中與(yu)物理集(ji)(ji)中的(de)(de)演進路徑不難發(fa)現(xian),物理集(ji)(ji)中實(shi)(shi)際(ji)是(shi)(shi)邏輯(ji)集(ji)(ji)中的(de)(de)支撐,邏輯(ji)集(ji)(ji)中是(shi)(shi)發(fa)揮(hui)物理集(ji)(ji)中價值的(de)(de)關鍵(jian),兩者相互協同才能實(shi)(shi)現(xian)最(zui)優(you)的(de)(de)EEA。雖(sui)然其中涉及到很多的(de)(de)軟(ruan)件和硬(ying)件,但是(shi)(shi)軟(ruan)件最(zui)終要部署在硬(ying)件上,部署的(de)(de)過程就是(shi)(shi)成本和效率(lv)的(de)(de)優(you)化(hua)過程。

筆(bi)者(zhe)(zhe)認(ren)為,邏輯(ji)集(ji)(ji)中(zhong)(zhong)與物理(li)(li)集(ji)(ji)中(zhong)(zhong)存(cun)在(zai)一(yi)個最優匹(pi)配關(guan)(guan)系,如圖4所示(shi)。筆(bi)者(zhe)(zhe)還標注了(le)各大車(che)企在(zai)EEA方面的(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)關(guan)(guan)進展(zhan)信(xin)息。可以看(kan)到(dao),傳統(tong)燃油(you)汽車(che)采用(yong)的(de)(de)(de)EEA是分布式物理(li)(li)布局,邏輯(ji)層面也是很典型的(de)(de)(de)軟(ruan)(ruan)軟(ruan)(ruan)耦合(he)(he)的(de)(de)(de)嵌入式軟(ruan)(ruan)件(jian)。當到(dao)了(le)物理(li)(li)集(ji)(ji)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)“域(yu)融合(he)(he)”和“跨域(yu)融合(he)(he)”階段,實(shi)際上車(che)企都是使用(yong)相(xiang)(xiang)應的(de)(de)(de)集(ji)(ji)中(zhong)(zhong)式控(kong)制(zhi)(zhi)器(qi)來支(zhi)撐相(xiang)(xiang)應“功(gong)能集(ji)(ji)聚整合(he)(he)”后的(de)(de)(de)軟(ruan)(ruan)件(jian)運行(xing)(xing)。特(te)斯拉早(zao)在(zai)2021年實(shi)現(xian)了(le)區域(yu)集(ji)(ji)中(zhong)(zhong)EEA量(liang)產(chan),即(ji)使今天其比(bi)較先(xian)進的(de)(de)(de)EEA仍被視為行(xing)(xing)業標桿。隨著物理(li)(li)維(wei)度的(de)(de)(de)進一(yi)步(bu)集(ji)(ji)中(zhong)(zhong),“中(zhong)(zhong)央(yang)計算(suan)+區域(yu)控(kong)制(zhi)(zhi)”正(zheng)好(hao)與邏輯(ji)維(wei)度的(de)(de)(de)“邏輯(ji)-控(kong)制(zhi)(zhi)分離”相(xiang)(xiang)匹(pi)配,由“中(zhong)(zhong)央(yang)計算(suan)”承擔(dan)復雜(za)的(de)(de)(de)“邏輯(ji)處理(li)(li)類軟(ruan)(ruan)件(jian)”,“區域(yu)控(kong)制(zhi)(zhi)”承擔(dan)與硬件(jian)高度相(xiang)(xiang)關(guan)(guan)的(de)(de)(de)“I/O控(kong)制(zhi)(zhi)類軟(ruan)(ruan)件(jian)”。



圖4 EEA物理集(ji)中分階段演(yan)進


然而,理想與現(xian)實(shi)之(zhi)間總(zong)有(you)差(cha)距(ju),實(shi)現(xian)邏(luo)輯集(ji)(ji)中(zhong)和物理集(ji)(ji)中(zhong)的(de)(de)最優匹(pi)配(pei)并(bing)不(bu)(bu)容易(yi),常(chang)常(chang)處于不(bu)(bu)匹(pi)配(pei)的(de)(de)狀態。這(zhe)種不(bu)(bu)匹(pi)配(pei)現(xian)象在“域(yu)/跨(kua)域(yu)集(ji)(ji)中(zhong)式架構(gou)(gou)”階段(duan),常(chang)見于某域(yu)/跨(kua)域(yu)控(kong)制器硬件已經完成(cheng)了(le)開發(fa),而軟(ruan)件層面無法將部分功能(neng)整合(he)進來(lai),導致車內ECU數量并(bing)未減少甚至(zhi)還有(you)所增多。但是,后果更為嚴重(zhong)的(de)(de)不(bu)(bu)匹(pi)配(pei)則體現(xian)在“中(zhong)央集(ji)(ji)中(zhong)式架構(gou)(gou)”階段(duan),這(zhe)往往反映出企(qi)業的(de)(de)研(yan)發(fa)目標與現(xian)有(you)實(shi)力的(de)(de)不(bu)(bu)匹(pi)配(pei)。

圖4中(zhong)(zhong)(zhong)列舉了(le)(le)兩(liang)個(ge)(ge)例子。第(di)一個(ge)(ge)是(shi)某(mou)科技巨(ju)頭的(de)概念(nian)架構,該企業早在2020年(nian)就(jiu)(jiu)提出了(le)(le)“邏(luo)(luo)輯-控(kong)(kong)制(zhi)分離(li)”的(de)目(mu)標(biao),當時控(kong)(kong)制(zhi)器的(de)硬件水平不足(zu)以(yi)支撐(cheng)實(shi)現這一目(mu)標(biao)。也就(jiu)(jiu)是(shi)說,物(wu)理(li)集(ji)中(zhong)(zhong)(zhong)落后(hou)于(yu)邏(luo)(luo)輯集(ji)中(zhong)(zhong)(zhong),這導(dao)致部分傳感器、執(zhi)行(xing)器仍(reng)(reng)然需(xu)要直接(jie)接(jie)入中(zhong)(zhong)(zhong)央(yang)(yang)計算集(ji)群,使“中(zhong)(zhong)(zhong)央(yang)(yang)計算”的(de)硬件設計成本明顯增(zeng)加,最終該企業的(de)相關量產產品并未(wei)按照其概念(nian)架構來(lai)設計;第(di)二個(ge)(ge)例子是(shi)某(mou)企業于(yu)2023年(nian)宣布實(shi)現了(le)(le)“中(zhong)(zhong)(zhong)央(yang)(yang)計算+區域控(kong)(kong)制(zhi)”的(de)EEA 3.0量產,從(cong)其公開的(de)技術資(zi)料(liao)了(le)(le)解(jie)到,其尚未(wei)實(shi)現I/O控(kong)(kong)制(zhi)與邏(luo)(luo)輯處理(li)的(de)完(wan)全分離(li),仍(reng)(reng)然有(you)很多“邏(luo)(luo)輯處理(li)類軟(ruan)件”部署在VIU上(shang),這就(jiu)(jiu)是(shi)邏(luo)(luo)輯集(ji)中(zhong)(zhong)(zhong)落后(hou)于(yu)物(wu)理(li)集(ji)中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)典型案例。

圖5展示(shi)了(le)不同(tong)EEA集(ji)中(zhong)化階(jie)段(duan)的軟(ruan)件在不同(tong)硬件上的部署方(fang)式。筆(bi)者將“分布式EEA”定義(yi)為(wei)(wei)1.0階(jie)段(duan),“域集(ji)中(zhong)式EEA”定義(yi)為(wei)(wei)2.0階(jie)段(duan),“中(zhong)央集(ji)中(zhong)式EEA”定義(yi)為(wei)(wei)3.0階(jie)段(duan)。從圖5中(zhong)可以看出,從“域集(ji)中(zhong)”到“多(duo)域/區域集(ji)中(zhong)”,軟(ruan)件的部署方(fang)式沒有(you)本質性變化,企業要(yao)做的是(shi)(shi)開發更強大的控(kong)制器以及整合更多(duo)的功(gong)能(neng),因此即使物理和邏輯(ji)暫(zan)時不匹(pi)配也(ye)是(shi)(shi)走在正確(que)的方(fang)向上。



圖5不同EEA集中化(hua)階段(duan)下(xia)的軟(ruan)件(jian)部署


需要注意的(de)(de)(de)是,“部(bu)分區(qu)域化”(所謂2.9階(jie)段)的(de)(de)(de)兩個軟(ruan)件部(bu)署例子(zi),可以說是既(ji)不承上、也(ye)不啟下。“物(wu)理落后于(yu)邏(luo)輯”導(dao)(dao)致(zhi)“中(zhong)央計算”的(de)(de)(de)軟(ruan)件架構設計必須(xu)額外(wai)為(wei)硬件控(kong)制(zhi)考(kao)慮很多安(an)全性要求,不利(li)于(yu)軟(ruan)件的(de)(de)(de)靈(ling)活迭代(dai);“邏(luo)輯落后于(yu)物(wu)理”導(dao)(dao)致(zhi)“區(qu)域控(kong)制(zhi)”的(de)(de)(de)硬件設計無法(fa)標準化復用,面向不同車型需要費時耗力重新適配,成本投入產生極大(da)浪費。這種“總有一方拖累(lei)另(ling)一方”不僅體現在(zai)技術(shu)層面,還體現在(zai)技術(shu)背后的(de)(de)(de)組織團隊,而團隊之間(jian)的(de)(de)(de)沖突與拉扯有可能(neng)讓企業在(zai)很長一段時間(jian)都(dou)處于(yu)“3.0階(jie)段就在(zai)眼前,但一直在(zai)2.9階(jie)段打(da)轉”的(de)(de)(de)狀(zhuang)態。


七、集中式EEA演(yan)進(jin)面(mian)臨著哪(na)些挑戰?


如前所述,推(tui)動EEA向(xiang)集中化演進(jin)必須(xu)做(zuo)三(san)(san)件(jian)事:邏輯集中、物理(li)集中、軟(ruan)硬(ying)協(xie)同。這三(san)(san)件(jian)事分別對(dui)應了企業的三(san)(san)項(xiang)能(neng)力(li):軟(ruan)件(jian)整(zheng)(zheng)合與打通能(neng)力(li)、集中化硬(ying)件(jian)開發(fa)能(neng)力(li)和(he)軟(ruan)硬(ying)件(jian)垂(chui)直(zhi)集成能(neng)力(li)。但是其中每一項(xiang)能(neng)力(li)都面臨著技術和(he)整(zheng)(zheng)供企業分工合作模式(shi)的雙重挑戰。


1.軟件整(zheng)合與打通(tong)能力(li)


邏輯集(ji)中必然使(shi)軟件(jian)系統更加復雜,這(zhe)需(xu)要管理調度能力更強的(de)OS內核,負(fu)責管理軟件(jian)資源(yuan),以(yi)及更靈活高效的(de)中間件(jian)來幫助(zhu)軟件(jian)打通。目(mu)前OS內核在技(ji)術(shu)上(shang)(shang)主(zhu)要有兩(liang)方(fang)(fang)面(mian)挑(tiao)戰,一(yi)方(fang)(fang)面(mian)是(shi)汽車(che)上(shang)(shang)硬件(jian)種類(lei)多樣,現有的(de)OS尚無法兼(jian)容全部的(de)驅動(dong);另一(yi)方(fang)(fang)面(mian)是(shi)不同(tong)軟件(jian)對OS內核的(de)性能需(xu)求(qiu)不同(tong),現有的(de)OS產品難以(yi)同(tong)時(shi)兼(jian)顧。目(mu)前阿里(li)、華為等科技(ji)公(gong)司以(yi)及極少數(shu)整車(che)企業正在嘗試研發或(huo)改造車(che)載OS內核,但這(zhe)種研發投入巨大(da),資源(yuan)分散(san)反而(er)容易拖累整體技(ji)術(shu)進展。

對于中(zhong)間件(jian)(jian),雖然目前尚未打造(zao)出足夠安(an)全(quan)、高(gao)效、靈活(huo)的(de)量(liang)(liang)產(chan)產(chan)品,但不(bu)存在明(ming)顯的(de)技術(shu)瓶頸。正是因此,軟(ruan)件(jian)(jian)供應商和車企(qi)都在相關研發上(shang)大量(liang)(liang)投入,且各有優劣。軟(ruan)件(jian)(jian)供應商雖然專業性更(geng)強,在中(zhong)間件(jian)(jian)方面的(de)技術(shu)積累更(geng)多更(geng)快,但短時(shi)間內很難(nan)將產(chan)品平臺(tai)化、通用化,難(nan)以同時(shi)服(fu)務好多家車企(qi);相反,車企(qi)自(zi)研的(de)中(zhong)間件(jian)(jian)能夠更(geng)好地滿(man)足自(zi)身需求。因此,圍繞中(zhong)間件(jian)(jian)的(de)整供博(bo)弈仍將持續。


2.集(ji)中化硬件開發能力


物(wu)理集中的核心(xin)能(neng)力(li)是開(kai)發(fa)高集中度的域(yu)控制器或(huo)計(ji)算(suan)平臺,而這又(you)可進一步分為核心(xin)SoC芯(xin)片層面的開(kai)發(fa)和(he)計(ji)算(suan)平臺層面的開(kai)發(fa)。對于SoC,芯(xin)片企(qi)業無疑具有(you)(you)明顯(xian)的技術優勢,但也(ye)有(you)(you)極少(shao)數(shu)車(che)企(qi)能(neng)夠自研SoC,并與自研算(suan)法更(geng)(geng)好地協同。相較而言,車(che)企(qi)更(geng)(geng)擅(shan)長在(zai)計(ji)算(suan)平臺層面的開(kai)發(fa),而應(ying)將(jiang)供應(ying)商具有(you)(you)更(geng)(geng)成(cheng)熟的量產(chan)開(kai)發(fa)經驗。

綜合來看(kan),車(che)企自(zi)研(yan)集中化(hua)硬件是(shi)期(qi)待能夠實現更好(hao)地軟硬協(xie)同(tong),從(cong)而降低對硬件資源的需求,從(cong)這個角(jiao)度看(kan),車(che)企自(zi)研(yan)芯片是(shi)具有合理性(xing)的,但是(shi)研(yan)發(fa)周期(qi)長,不確定性(xing)較(jiao)大;即使最終研(yan)發(fa)成功,量產規模(mo)(mo)能否攤平高昂的研(yan)發(fa)成本(ben)仍(reng)(reng)然是(shi)一(yi)個問題(ti)。因(yin)此,車(che)企很可能仍(reng)(reng)需要借(jie)助專業(ye)芯片企業(ye)的能力,并探索新的整(zheng)供合作(zuo)模(mo)(mo)式。


3.軟硬件垂直(zhi)集(ji)成能力


想要將高度復雜的軟(ruan)(ruan)件(jian)集(ji)成在高度集(ji)中的硬(ying)件(jian)上(shang),是(shi)(shi)一個難度極大的工程問(wen)題。從任務內容上(shang)看(kan),車(che)企是(shi)(shi)最適(shi)合負責軟(ruan)(ruan)硬(ying)件(jian)垂直(zhi)集(ji)成的主體(ti),但是(shi)(shi)其在傳統燃油車(che)時代缺少經(jing)驗(yan)積累而高度依賴供(gong)應商,導致(zhi)車(che)企的實際(ji)能力與需求存在較大的差距。

從供(gong)應商的(de)能(neng)(neng)力現狀上看,目前主流一級(ji)供(gong)應商一般只能(neng)(neng)提供(gong)單個功能(neng)(neng)域的(de)軟(ruan)硬集成(cheng)(cheng)方案(an),少(shao)數零部件巨頭具(ju)備跨域的(de)軟(ruan)硬件集成(cheng)(cheng)能(neng)(neng)力,而對于未來的(de)中央集中式架構(gou)下(xia)的(de)整(zheng)車級(ji)集成(cheng)(cheng),幾(ji)乎不可能(neng)(neng)由供(gong)應商實現。

從車企(qi)的(de)能(neng)(neng)力現(xian)狀上(shang)看,大部分(fen)車企(qi)停留在(zai)單功能(neng)(neng)域垂直集成(cheng)的(de)水平,極少(shao)數(shu)車企(qi)能(neng)(neng)夠實現(xian)跨域的(de)軟硬(ying)件(jian)集成(cheng),因此(ci)整車企(qi)業在(zai)這方面還有(you)很多(duo)功課(ke)需要補上(shang)。如果繼續依賴供應商,那么路將越(yue)走越(yue)窄。


八、整車(che)企業如何(he)推(tui)動集(ji)中(zhong)式EEA的落地?


車企在研發和量產集中式EEA時(shi),需要綜合行業整(zheng)體(ti)水平與自身能力(li)制定適(shi)合自身的EEA演進路徑。筆者(zhe)建議車企注意以下三方面問題:


1.根據實際情況選(xuan)擇EEA集(ji)中(zhong)化程度


在制定EEA集中化戰(zhan)略時,過于落后于行業就容易被市(shi)場競爭淘(tao)汰;而過于先進,容易超出自身能力可以控制的(de)范(fan)疇(chou)。車企需要(yao)牢(lao)記:沒有最(zui)好的(de)架構,只有最(zui)適合(he)(he)自己的(de)架構。所以車企需要(yao)根據實際情況來選定適合(he)(he)的(de)EEA架構發展策略。

首先,對(dui)于域(yu)集(ji)中式EEA,目前各類軟硬件技術已能(neng)夠滿足行(xing)業需(xu)求的平均(jun)水(shui)平,部分供應商甚至(zhi)能(neng)夠提(ti)供完(wan)整的域(yu)級解決(jue)方案,大部分車企或多(duo)或少(shao)都(dou)已具備域(yu)級軟硬件的開發和集(ji)成能(neng)力。筆(bi)者建議(yi)所有車企都(dou)應將(jiang)EEA至(zhi)少(shao)升級到(dao)此階段,并逐步擺脫對(dui)域(yu)級供應商的依賴,自主實(shi)現軟硬件垂直集(ji)成。

其次,對于(yu)跨域(yu)集中式EEA,目前在(zai)硬件層面,已有多家芯(xin)片企(qi)業推(tui)出了艙(cang)駕(jia)一(yi)體的(de)芯(xin)片,雖然在(zai)成本(ben)(ben)和性能(neng)上可以進一(yi)步優(you)化,但(dan)也(ye)算滿足了基本(ben)(ben)需(xu)求(qiu);在(zai)軟件層面,艙(cang)駕(jia)融合(he)所需(xu)的(de)OS和中間件技術,預(yu)計還需(xu)1-2年(nian)才能(neng)成熟。對于(yu)不同(tong)企(qi)業來(lai)說,傳統車(che)企(qi)在(zai)車(che)控功(gong)能(neng)域(yu)上有較多積(ji)累,而(er)在(zai)智(zhi)駕(jia)和座艙(cang)上更依賴(lai)供(gong)應商;造車(che)新(xin)勢力則在(zai)智(zhi)駕(jia)、座艙(cang)領域(yu)投入較多,相關(guan)能(neng)力掌(zhang)握較強;還有少(shao)數(shu)巨頭車(che)企(qi)具備全(quan)棧自研能(neng)力。

因此,筆者建(jian)議(yi)傳統車企應優先實現車控域(yu)的(de)跨(kua)域(yu)集(ji)中,艙(cang)駕(jia)融合可以考(kao)慮與供應商合作;造車新(xin)勢力(li)則(ze)應優先自主開發艙(cang)駕(jia)融合的(de)核心方案;而具有(you)全棧自研能力(li)的(de)車企可以選(xuan)擇(ze)走更為靈活的(de)區域(yu)集(ji)中路線。

最后,對于中央(yang)集(ji)(ji)中式(shi)EEA,目前(qian)硬件(jian)層面僅有(you)Muti-Box和One-Box的方案趨向成熟,軟件(jian)層面要實現真正的“邏輯-控(kong)制分(fen)離”還需要很長(chang)的發(fa)展(zhan)期,并且尚無車企(qi)能真正將整車軟件(jian)整合(he)至一個大(da)的系統內,并將其部(bu)署至中央(yang)計算集(ji)(ji)群(qun)上(shang)。因此(ci),筆者建議車企(qi)不應(ying)該急(ji)于推出(chu)“形似(si)神不似(si)”的“中央(yang)計算+區域控(kong)制”架構(gou),而是先(xian)在跨(kua)域融(rong)合(he)階段積累軟硬件(jian)能力與經(jing)驗,并推進下一代(dai)架構(gou)的預研,等(deng)待各方面條件(jian)都成熟時再考慮量產。


2.基于平(ping)衡思維設計(ji)EEA


EEA的設計需(xu)要(yao)做出各種平衡(heng),可以說是(shi)追(zhui)求平衡(heng)的藝術,主要(yao)體現在(zai)“體驗”和“成本”、“現在(zai)”和“未來(lai)”、“共(gong)性”和“個性”三方面的權(quan)衡(heng)上。

對于(yu)“體驗”來說,EEA提(ti)供了計(ji)算和通(tong)信的硬件(jian)支撐,其(qi)技術(shu)的先進性決定(ding)了用戶(hu)(hu)體驗的上限,但這(zhe)種先進性將造(zao)成更高的“成本”。因此,EEA的設計(ji)切勿(wu)盲目堆料,而要(yao)根據品牌(pai)定(ding)位與目標用戶(hu)(hu)來選擇最優(you)性價比。

“硬件預(yu)留(liu)”是平衡(heng)“現在(zai)”和“未來”的(de)關鍵(jian)。如果(guo)預(yu)留(liu)多了容易讓消(xiao)費者產生“白花(hua)錢”的(de)感覺,而預(yu)留(liu)少了將使得汽車后(hou)期難以持續升級迭代。想要(yao)合理預(yu)留(liu)就要(yao)求架構師既能對未來技術變(bian)化有比較精準的(de)預(yu)測,又能對用戶的(de)接受程度有比較好的(de)把握(wo)。

前文(wen)已有提(ti)及,EEA設計應能(neng)做到(dao)跨(kua)(kua)車型、跨(kua)(kua)品牌、跨(kua)(kua)平(ping)臺復(fu)用,從而分攤成本,這其實(shi)(shi)指的(de)是基礎共性功能(neng),當然(ran)不(bu)可能(neng)一套配置就滿足所(suo)有用戶對功能(neng)配置的(de)個性化(hua)需求,所(suo)謂千人(ren)千面、千車千面。因此,EEA設計實(shi)(shi)際要做的(de)是努力(li)實(shi)(shi)現硬件標準化(hua)、平(ping)臺化(hua),同時打造算力(li)、主干網(wang)帶寬、區域(yu)控制(zhi)器、功能(neng)硬件等配置可靈活調節的(de)架構。

要(yao)做好上述平衡(heng),對于架構師的(de)要(yao)求非常(chang)高,既(ji)需要(yao)了解具(ju)體的(de)軟(ruan)硬件(jian)技術,又(you)要(yao)了解用(yong)戶需求與(yu)業務,還要(yao)具(ju)備強大(da)的(de)抽象(xiang)化系(xi)統(tong)思考。這類人才(cai)資源(yuan)極為稀缺。因此,筆者建(jian)議各(ge)車企下一步要(yao)著(zhu)重(zhong)招(zhao)攬或培養這類稀缺的(de)人才(cai)。


3.面(mian)向中央集中式架構推動企業能力(li)與(yu)產(chan)業分工(gong)變革


目前(qian)行(xing)業已經處(chu)在(zai)從EEA 2.5向3.0邁進的(de)發(fa)展階段,而面(mian)對高(gao)度整(zheng)合、空前(qian)復雜的(de)中央集中式EEA架構(gou),只有車(che)企(qi)才能主導架構(gou)的(de)設計和資源(yuan)的(de)協(xie)同,因此車(che)企(qi)必須(xu)盡(jin)快儲備相應能力,并及時調整(zheng)分工(gong)合作模式,從而實(shi)現(xian)整(zheng)車(che)軟硬(ying)件的(de)橫向整(zheng)合與打通(tong)。筆(bi)者預測的(de)理想(xiang)情況下中央集中式架構(gou)的(de)產業分工(gong)詳見圖6。



圖(tu)6理想情況下中央(yang)集中式架構的產業分工


對于“電(dian)子(zi)電(dian)氣器件(jian)”,車企(qi)(qi)應主導定(ding)義底層功能硬件(jian)的(de)(de)標準化接口(kou),至少也要做到與供(gong)應商聯合(he)定(ding)義,這樣才能實現軟硬解耦(ou);而供(gong)電(dian)配(pei)電(dian)、通信等組件(jian),由于功能相(xiang)對基(ji)礎且單一,車企(qi)(qi)依賴供(gong)應商即可(ke);而域(yu)控制器、計(ji)算(suan)平臺等核心(xin)計(ji)算(suan)節點,考慮到車企(qi)(qi)很難具備強大的(de)(de)芯片設(she)計(ji)能力,建議車企(qi)(qi)與芯片企(qi)(qi)業深度綁定(ding)或者聯合(he)研發,將自己(ji)的(de)(de)重(zhong)心(xin)放在集成電(dian)路板(ban)或機盒(he)的(de)(de)開發上。

對于“電(dian)子電(dian)氣器件(jian)的連接關系(xi)”,EEA的拓(tuo)撲結(jie)構必(bi)須由車企自研或主(zhu)導設計,且必(bi)須與軟(ruan)件(jian)架構深度協同,而(er)線(xian)束等具體載體只需要借助成熟的供應(ying)鏈即(ji)可。

筆者相信,在符合(he)實(shi)際情況規劃(hua)、平衡設計(ji)以及合(he)理分(fen)工(gong)下,企業將快速(su)推動EEA架(jia)構發展,進(jin)而行業將加速(su)向(xiang)中(zhong)央(yang)集中(zhong)式的(de)EEA 3.0進(jin)化(hua),智能汽車的(de)產品形(xing)態(tai)也將迎來(lai)新一階(jie)段的(de)升華,讓我們共同期待!

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