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功能域架构火爆之后,区域架构或在2023-2025年迎大规模应用

盖世汽车 解全敏 2021-09-15 07:05:17

随着汽车电子电气架构由分布式向集中式演进,功能域架构如今已迎来属于它的时代,发展势头强劲,与此同时,新一代架构也已开始崭露头角,并加速蓄势。

区域架构发展势头已起

汽车电子电气架构的演进是个按需发展且循序渐进的过程。近日,安波福亚太区连接与安全业务部总监倪志刚在接受盖世汽车采访时表示,从控制器角度来看,汽车电子电气架构大概经历了三个代次的演变过程。

其中,第一代是单一功能控制器架构。在这一架构中,一个功能对应一个控制器。举例来说,车上的灯光对应有一个控制器,门对应有一个控制器,PEPS(无钥匙系统)对应有一个控制器。这是10-20年前的一个状态。

第二代是功能域架构。在这一架构中,原来的单一功能控制器按照功能类别集成在一个控制器中。目前比较普遍的功能域架构设计是将整车功能划分为五大功能域:动力域、底盘域、车身域、智驾域以及智舱域。这一架构自5年前至今快速发展。

第三代是中央计算+区域架构。这一架构将功能域进一步集中化,将其中的逻辑拉在一起,变成中央计算单元,也可以称之为“大脑”,至于具体分为几个“大脑”,只是这一架构下不同的表现形式和状态。与此同时,这一架构将原来功能域中的控制器i/o(输入/输出)及驱动按照空间位置分在不同区域中,形成区域控制器,至于具体分成几个区域控制器,则是按照具体车型的i/o节点、需要布置的驱动数量,以及相应的成本去做平衡及分布。

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区域控制器数量可按需调整;图片来源:安波福

需要注意的是,这三代架构并非界限分明地孤岛式发展。倪志刚指出,这三个阶段是混合在一起的,“例如很多国内主机厂已经把PPS、车身、灯、门这些控制集成在一个控制器中。再比如,在自动驾驶这个区域,原来行车跟泊车的控制是分开的,现在行泊一体域控制器开始流行起来。在诸如此类的布局中,有些主机厂做得快一些,有的做得慢一些,呈现出来的是混合在一起的一个过渡过程。”

不过在这一过渡过程中,功能域架构当下发展形势相对火爆。据盖世汽车了解,目前有大批厂商推出功能域控制器,尤其是智舱及智驾域控制器,且已有相当一部分厂商的产品已量产上车。

倪志刚认为,现在行业主流的架构是功能域架构,其实已经爆发了,“几乎所有主流主机厂已经实现了功能域的集成。最近这一两年,我感觉国内主机厂在这方面已经走到了国外主机厂的前面。举例来说,很多国内一线主机厂已经将以太网网关与车身域控制器集成在一起,而从国外主机厂来看,最早要到2024年才有这样的项目。”

相较于功能域架构,区域架构如今发展势头已起,但大规模发展的时间则要晚一些。“就区域架构而言,国内比较领先的主机厂已经有项目会在2022年年底量产,预计在2023-2025年会有大规模的应用。”在倪志刚看来,国内主机厂在这方面投入较大,同样有可能“跑”到国外很多主机厂前面。

集中式计算和分布式连接成关键要点

软硬件成熟度的提升,使得汽车电子电气架构有条件由功能域架构走向区域架构,而要做好这一架构,集中式计算以及分布式连接是关键要点。

如今,汽车要实现越来越多的功能,而这并非功能域控制器所能完成,需要有非常多的跨域的新的应用与应用场景的出现,这对软件开发服务化的要求就越来越高。倪志刚表示,针对此,最好的做法就是把计算都放到一起,这样就可以通过片内通讯的方式更好地去调用,而不需要通过总线外挂的形式去调用

据他介绍,当前阶段,市场主流是三个“大脑”的方案,但包括传统主机厂在内的一些主机厂已经开始双“大脑”方案的开发,而在不久的将来,一个“大脑”的方案一定会出来。以特斯拉为例,当前其采用的是两个“大脑”的方案:一个车机加一个FSD,再往后看,车机和FSD以及自动驾驶可能会并在一起去做。

集中式计算的趋势愈加明确,不过问题的关键是,要将计算的逻辑放到少数几个甚至一个“大脑”中,并非易事。倪志刚指出,虽然有AUTOSAR,包括Adaptive AUTOSAR的软件支持,有新的芯片支持,但去做多域融合难度仍然非常大:一方面,相关企业要对相关功能以及要合并的模块要非常了解;另一方面,他们要有相应的软件算法团队去做这样的项目。

“从主机厂的角度来看,就应用软件而言,很多控制器算法并不是很难,但要把算法抽上来,传统的原来以功能为主导的域控制器供应商未必肯放相应的算法,而即便主机厂掌握了算法,由于其中很多算法是强标定的,就意味着除了算法团队,主机厂还要有标定团队。”

除了集中式计算这一要点,相关企业还面对分布式连接的问题。事实上,区域控制器的出现本质上就是为了解决连接问题

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图片来源:安波福

倪志刚表示:“整车有非常多的功能,有非常多i/o,不可能都插在少数几个控制器上面,如果有几千个i/o插在上面,就变成‘刺猬’了,要在此基础上再加新的功能也不现实。那么,怎么把几千个这样的‘刺’拔掉?可以选择把线按区域装到一个盒子里去,去优化线束,去降低线束安装的复杂程度,这是做区域控制器的初衷。”

据悉,在一项针对某家整车制造商的研究中,安波福发现,使用区域控制器可以整合9个ECU,并少用数百根单独电线,从而使车辆的重量减少了8.5千克。而每减轻一磅的重量,不但有助于减少二氧化碳的排放,还可以延长电动汽车的续驶里程。此外,由于区域控制器将车辆的基本电气结构划分为更易于管理的组成部分,更容易实现自动化线束组装。

当然,在做区域控制器的过程中,还要做诸多考量,例如成本方面的考量。“如果你不去把一些小的控制器吃掉,还平白增加区域控制器,省下的线束的成本,是抵不了你增加这种控制器的成本,尤其在你的功能并不是很多或者你的车子并非非常昂贵的情况下。”倪志刚补充道。

新一代架构下的实践思路

综合以上,就区域架构而言,集中式计算与分布式连接的重要性已毋庸置疑,与此同时可以确定的是,相关企业在这两个板块仍面临诸多挑战。那么,如何来应对这些挑战?在安波福的具体实践中,我们似乎可以找到一些思路。

据悉,早在2020年初,安波福就发布了全新SVA(Smart Vehicle Architecture)智能汽车架构。据倪志刚介绍,在前面所提到的三代架构中,安波福SVA智能汽车架构对应的就是区域架构。

安波福在相关资料中指出,SVA代表了一种整体车辆级架构方案,但整车制造商可以逐步搭建这一架构。第一步或者说“基石”通常是使用功能域控制器向上集成和扩展当前分布在整个车辆中的计算设备,特别是对于诸如主动安全或信息娱乐之类的领域。下一步主要是应用区域控制将物理复杂性分解为更易于管理的区域,同时进一步提高分布式ECU的向上集成度。然后,整车制造商便可拥有具有抽象化功能并可动态分配计算力的服务型架构。  

有了这些组件,整车制造商便具备了SVA的基本构成要素,并将能够借助面向未来的可持续软件定义架构充分发挥其性能,以实现高级功能和高度自动化。

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逐步全面实现SVA;图片来源:安波福

据倪志刚透露,安波福提供这一方案的方式非常灵活,除了提供整体方案,还可以纵着拆或者横着拆去做相关的业务。

“所谓的纵着拆,是说我们可以单卖中央计算平台例如车辆中央控制器(CVC)以及开放服务器平台(OSP)。安波福在国内有这样的量产项目在开发,在相应的方案中就集成了 VCU(整车控制)、BCM的PEPS、灯光、车身控制等,同时还集成了L2的ADAS功能。也就是说,安波福量产开发的中央大脑CVC已经把三个域的逻辑集中在一起,是一个异构的多域的集成式的计算平台。同时我们的区域控制器也可以拆开来卖,例如去给主机厂做架构设计去做中间件等等,我们也在做这类业务的尝试。”

据盖世汽车了解,安波福在功能域控制器方面早有布局,具体有做ADAS、影音娱乐、车身互联对应的域控制器,目前在国内有很多的量产的项目。这方面的背景使得安波福在做跨域计算融合方面有一定优势。不仅如此,安波福在电气板块也深耕已久,这也为其在新一代架构方面的布局提供了助力。

倪志刚表示,在整个电子电气架构的演进过程中,像安波福这样“大脑”比较全,同时电气也比较全的公司,是非常少的,甚至可以说安波福是唯一的一家。“在很多项目中,我们可以跟我们的电气分配系统事业部一起进行开发,同时我们又有做接插件的能力,我们可以用新型的线束和接插件去适应区域架构,去适应自动化、标准化的生产,这是我们跟别的企业的不同,也是优势。”

具体来看,此前整车线束很长,有可能达到5公里甚至更长,生产非常复杂,也非常耗费人工,在区域化之后,整车线束的平均长度减短,可能只有2米左右,这有利于线束生产自动化的提升。当然,在这一过程中,新的线束种类、自动化生产设备以及生产工艺非常重要,这也是安波福将其线束方面的能力称为优势的原因所在。

除此之外,倪志刚还提到另一个重要的思路,也即未来区域控制器会更多和新型的线束技术结合在一起形成一个模块去推动Tier1提升自动化生产助推主机厂自动化安装“新的线束自动化的生产设备、生产工艺原来主机厂主要瓶颈之一就是线束的安装,这个工艺很难做自动化,需要人钻到白车身里面去把卡扣一个个地卡在白车身中,安装起来非常费时费力。而在新的架构中,我们可以把线束与区域控制器做一些预安装,将区域控制器与相关的一些线束做成模块化的产品供给主机厂。安波福与一些全球顶尖的电动车公司正在做这类预研项目。”

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