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域控制器时代:ECU的「消亡」与汽车「中央大脑」的重建

本文作者:李安琪 2020-12-30 11:50
导语:域控制器的出现,只是一个中场战事。

域控制器时代:ECU的「消亡」与汽车「中央大脑」的重建

为了丰富汽车的电子功能,主机厂曾大张旗鼓地往车上搭载各种ECU元件。从1993年到2010年,奥迪A8车型上使用的ECU数量从5个骤增至100余个。

截然相反的是,同样是为了优化汽车的智能体验,如今主机厂却做起了ECU“减负”工作,并为此大伤脑筋、甚至在企业组织架构调整上大动干戈。

而这一切的“始作俑者”,正是特斯拉。

2012年特斯拉Model S横空出世时,就意味着车上安装数十上百个ECU的时代即将过去,ECU的减法时代到来。如今Model3车型上,ECU的痕迹更是大大减少。

日本一家权威媒体在拆解并看到Model3车辆的内部架构之后,直接发出了“特斯拉领先大众和丰田6年”的感慨。一位日本汽车工程师更是直言“我们做不出来。”

但ECU的减负,并非表面看到的硬件物理集成那么简单。这个过程需要将上百个ECU模块逐一进行软硬件剥离,然后将软件注入集中式的计算单元,逐步催生出一个汽车大脑。

如何化繁就简,让众多主机厂头疼不已。但大多数的秘密,其实藏在一个叫域控制器的黑匣子之中。

ECU的消亡,“域”概念的出现

所谓域控制器,其实是主机厂将ECU化繁为简之后的衍生物。

以往ECU(电子控制单元 )广泛存在于车辆的发动机、变速箱等底层零部件之中,汽车的每一个功能都需要单一或者多个ECU模块进行控制,以此实现整车信息的转化和处理。由此,这些遍布车身的ECU组成的架构就叫分布式电子电气架构

ECU越多,意味着车辆的电子功能越丰富。但随之而来的是,分散的ECU模块容易导致车辆线束布置复杂,车身越来越重,从而导致整车成本高昂;另一方面,由于涉及的供应商众多,ECU模块的软件开发始终无法同步,后续更新也难以为继,遑论当下热议的OTA升级了。

在汽车智能化时代,这种架构显然满足不了整车数字化转型的需求,车辆需要有不断进化的能力。

于是,在特斯拉这条“鲶鱼”的搅动下,一场“将ECU功能集中化”的变革也在热闹进行:传统ECU模块开始软硬件分离,硬件被逐步取消,软件被集中到一起,通过单个计算平台来实现对多个功能的控制。

而域控制器,就是将离散的ECU软件功能集之大成的黑匣子,基于“域”的电子电气架构也开始出现。

域控制器时代:ECU的「消亡」与汽车「中央大脑」的重建

博世的电子电气架构演进图

在这场变革中,传统的ECU供应商可能最先感受到时代气息的骤变。

业内一张流传甚广的电子电气架构进化图就出自国际零部件供应商博世的手笔。几乎所有玩家的电子电气架构研发进程都可以在这张图上找到大致踪迹,包括特斯拉。

在博世看来,整车电子电气架构的进程可以大致分为三个阶段:分布式架构、跨域集中式架构、中央式架构。

那么,从实际进程来看,当下业内玩家都到了什么水平?

本土自动驾驶产品及服务供应商福瑞泰克系统专家喻清舟告诉新智驾:目前大多数主机厂仍处于分布式向跨域集中式架构发展的路上,像特斯拉、大众等前沿玩家已经在跨域集中式架构领域深耕。

但在跨域集中式电子电气架构里,玩家可以分为两大类,一类以特斯拉为主,另一类则是以大众为主,小鹏汽车的电子电气架构负责人段工如此对新智驾表示。

作为跨域集中式架构的开创者,特斯拉的电子电气架构一直在高速演进。

据雷锋网了解,2012年Model S车型下线时,最初的架构是将整车分为动力域、底盘域、车身域等明显的“域”,按照功能属性对ECU软件进行“域”的集成。

但到2017年Model 3下线时,功能域的划分已经不太明显,而是出现了跨域的痕迹。其新架构分为了三大部分:中央计算模块(CCM)、左车身控制模块(BCM LH)和右车身控制模块(BCM RH) 。

其中,中央计算模块将 ADAS 域、信息娱乐系统域和通信系统域集成到一起。 也就是说,三大模块会将位置域旁的ECU“吃掉”,基于这种架构,汽车的ECU模块会更少,集成度更高。

域控制器时代:ECU的「消亡」与汽车「中央大脑」的重建

再来看大众。

目前大众的MEB平台做了三大控制器,包括车辆控制域(ICAS1)、智能驾驶域(ICAS2)和智能座舱域(ICAS3),整体还处于功能域阶段,车辆的分布式模块还比较多。更加传统的车企的电子电气架构集成度更低一些,分为自动驾驶域、动力域、底盘域、座舱域和车身域五大域。

域控制器时代:ECU的「消亡」与汽车「中央大脑」的重建

大众的电子电气架构图

总体来看,当下特斯拉已经发展到了“位置域”,而大众整体还处于“功能域”阶段。后者的架构与特斯拉Model S车型的架构水平接近,因此“特斯拉领先大众和丰田六年”的说法不无道理。

不过小鹏汽车段工也表示,特斯拉与大众两个阵营本质上是一条路线演进过程。只不过特斯拉在前,大众稍稍在后罢了。

他认为,“最终域控制器的形态可能就剩一个中央域,通过一个中央计算单元来控制整车功能,就像现在的电脑和手机一样。”

这也是业内对电子电气架构路线演进的普遍观点。

毕竟,如果能够逐步将ECU集中化,车辆通信线束也大幅减少,整车零部件成本的下降也显而易见,何乐而不为呢?

除了大众,业内也有不少玩家正在朝着跨域集中式的电子电气架构演化:比如很早之前奥迪在 A8 车型上就搭载了关于自动驾驶的 zFAS 域控制器;通用汽车也推出了新一代电子电气架构Global B;

国内的新造车势力小鹏汽车在P7车型上,搭载了基于英伟达Xavier芯片的自动驾驶域控制器等案例;理想汽车也表示,将在2022年推出搭载基于英伟达Orin 芯片的自动驾驶域控制器。

同样,零部件供应商也在这股潮流中积极转型:博世曾在一次媒体交流会上表示,目前已经已经获得首个本地座舱域控制项目,将在2021年第四季度实现量产,2022年第二季度首个全球座舱域控制器项目量产。

此前,华为推出的MDC智能驾驶计算平台, 其实就是一款自动驾驶域控制器。

方寸之间的战争:域控制器的灵魂在于软件

不过,既然特斯拉走的是一条看上去更加先进的道路,其他玩家也在奋进,那么为什么其他主机厂的脚步似乎不如预想中的那样快?

与新智驾对话的几位业内人士都表示:传统汽车产业链体系是非常重要的阻力之一。随着分布式ECU模块的取消,传统的汽车供应商体系会受到巨大冲击

比亚迪智能网联中心智能电器工程部总监吴丽华告诉新智驾:EUC集成到域之后,很多优质供应商都面临着被淘汰的可能。

“动人的利益如同动人家的灵魂。”一位业内人士如此感叹道。

旧有产业链难以动摇,这决定了很多主机厂其实难以走上特斯拉的道路。

但这只是原因之一。

小鹏汽车段工还表示,即便一部分主机厂有决心进行组织、体系变革,他们依旧会面临一个艰难的挑战:“吃掉”分布式模块之后,软硬件分离,有没有可以将软件集成起来的专门供应商?

一位业内人士也直接指出:“目前看来,现行的供应商体系里没有的成熟的软件供应商。虽然大家都在说软件定义汽车,但有没有成熟的软件商业模式?其实大家还没有摸索出来。”

因为以往供应商大多提供的是软硬件一体的服务,很少有专门的汽车软件供应平台,并且能够适应各种芯片平台。

因此,寄身于域控制器的软件能力成为了各个玩家追逐的重中之重。

域控制器时代:ECU的「消亡」与汽车「中央大脑」的重建

华为MDC智能驾驶计算平台

该业内人士也澄清道:很多人会误以为域控制器其实只是个盒子,实则不然,软件才是域控制器的灵魂(前提需要芯片算力跟得上)。

所以,从分布式架构到集中式架构的难点,不在于ECU物理模块的取消,而是在于如何将原本分布式的软件进行集成。

以智能驾驶域控制器为例,福瑞泰克系统专家喻清舟告诉新智驾,域控制器的软件算法其实包含三层:最底层的是摄像头等传感器算法、第二层是基本的行车功能算法软件(包含L2级辅助驾驶功能),第三层则是一些高级智能驾驶功能比如领航辅助驾驶。

这三个层面的功能,很少有主机厂能够完全自研,多多少少要与供应商合作。

“说白了,如果主机厂要上域控制器,就一定要把原来的那套东西给扔掉。但扔掉之后,又会对主机厂的底层能力提出很高的要求。”上述业内人士说道。

所以,在传统产业链难以掉头,新的软件生态尚不成熟的背景下,很多传统主机厂正在艰难地破旧立新。

但对于特斯拉、国内新造车等玩家来说,没有太多的历史包袱与体系包袱,只要肯在自研道路上下狠功夫,集中式的电子电气架构之路可能会走得更加轻松一些。

软件定义汽车时代:主机厂与Tier1关系或将重建?

当下,业内也已经普遍达成共识:这是个软件定义汽车的时代。主机厂队伍中不乏一些自研的声音,许多主机厂也在软件团队上大肆招兵买马。

那么,软件自研会否成为主机厂的唯一出路?

一位业内人士直言不讳地指出:“特斯拉是一个另类的优秀学生,但如果主机厂全部照着特斯拉的步伐来走,一定会全完蛋。”因为大多数主机厂没有特斯拉的基因,其实很难全力All In。

但即便如此,软件能力还是愈发成为产业链玩家的“阿喀琉斯之踵”。而主机厂对软件能力的集中把控,可能会带来产业链关系的重建。

比亚迪吴丽华表示,因为比亚迪以往在ECU的开发上积累过不少经验,当下也在进行智能座舱和自动驾驶域控制器的研发。所以他认为,未来主机厂会逐渐扮演起软件承包方的角色。

以往主机厂、Tier1、Tier2之间的关系和格局可能会发生一些变化。传统的方式是Tier2赋能Tier1,Tier1再赋能OEM。但主机厂要做域集中之后,需要掌握更多软件开发能力,可能会直接与Tier2进行沟通。

“Tier1可能会变成纯粹硬件供应商,甚至是一个代工厂,当然中间可能会有些过渡,双方都做一些软件开发。”吴丽华说道。

域控制器时代:ECU的「消亡」与汽车「中央大脑」的重建

可见,这对于零部件供应商来说,是一场充满变数的变革。

不过,上述业内人士表示,如果从经济性角度考虑,一些通用且成熟的功能其实没必要主机厂自己去做的。主机厂要做的,是能够引领潮流的那一部分功能,并在这方面做出自己的差异化。但如果主机厂没有非常强的从上到下的垂直整合能力,可能还是要依靠生态链的能力。

因此,在域控制器时代,主机厂与Tier1的产业布局究竟会怎样重建,其实尚无定论。

正如小鹏段工所说,主机厂与Tier1的关系没有对错之分,只有合适与不合适,最终还是取决于主机厂本身的能力。

汽车的“中央大脑”形态还有多远?

随着域控制器的出现,汽车的智能化演进越来越迅猛。未来最理想的状态是,汽车能够拥有一个整车计算平台——中央大脑。

但这对所有人来说都是一个巨大的挑战,即便是特斯拉,也还在向中央式电子电气架构进发。

那么,从3-5个域控制器向中央式电子电气架构演进,可能还面临哪些挑战?

这个答案涉及方方面面,比如AI芯片的算力能否支持、汽车的操作系统能否跟上、有无成熟的软件供应商等等。

小鹏汽车段工着重指出:因为中央域控制器可能会成为一台计算机的形态,其中最核心的能力会来源于汽车的操作系统,这个系统需要同时跟上层的软件应用、底层的硬件资源进行衔接。

这是核心亮点也是难点。

因为汽车的座舱域、智驾域、动力域、车身域等几大“域”对操作系统的需求其实并不一致。比如座舱系统对于屏幕的色彩处理和渲染要求比较高,而智驾功能则对系统的安全要求特别高。

他表示,目前还有没一种芯片或者一个嵌入式的硬件平台,既有高算力能够支撑丰富图像处理,又有高性能、高存储,同时还具有非常丰富的IO接口。

“如果说,后续整车真的到了这一步,我觉得谁先做出这个操作系统,谁就能真正开发出一个平台,甚至可以垄断行业了。”

除了硬件层面的挑战,汽车行业的软件产业链也面临着重构的可能。

“产业链里一定要有软件供应商,否则这件事是做不成的。”一位业内人士说道。他认为,未来行业可能会发展出几家有体量的软件供应商,通过软件平台来为汽车大脑提供服务。 

汽车架构走向中央式可能需要 3-10 年的时间,国内汽车服务供应商德赛西威研究院院长黄力表示。

总结

任何行业变革的伊始,总是伴随着利益的冲突与规则的破立,在这场由ECU消亡引发的变革里亦是如此。

在整车电子电气架构向中央式演进的过程中,“软件定义汽车”热潮之下也隐藏着诸多赛道和企业崛起的可能性。

域控制器的出现,只是一个中场战事。

未来可以确定的是,汽车的“中央大脑”形态变革,以及背后的智能汽车时代话语权争夺,会让产业链上的各种玩家前赴后继。

尽管特斯拉勇立潮头,但后来者中不乏决心有毅力的玩家。眼下这场变革尚未完成,玩家们的交锋才刚刚开始。

好戏,才刚刚开锣。 雷锋网(公众号:雷锋网)雷锋网雷锋网

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