Galaxy银河国际·EE架构|国内主流OEM的中央计算+区域控制架构信
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  智能座舱、智能驾驶和智能网联的发展将会促使新功能的不断增加。同时,对高算力和大带宽数据传输的需求也会越来越迫切,再加上“软件定义汽车”的理念驱动,共同推动着整车EE架构的升级和变革;目前各车企已经逐步开始从独立功能的分布式架构,走向功能集成的域控制架构,并将最终走向中央计算+区域控制的中央集中式架构。

  1)在分布式架构下,软硬件紧密耦合,OEM对于供应商比较依赖,在合作的过程中,主要只是提供一个技术标准(比如通讯信息-XX信号,通讯形式-CAN/LIN等)给到Tier1,并且每个系统由不同的供应商提供,导致OEM的整车软件成为由很多独立的、不兼容的软件系统组成的混合体。如果主机厂想进行功能变更或者增加新的功能,需要和不同供应商去谈,因此受供应商掣肘十分明显。

  其次,随着ECU越来越多,车内的线束也会越来越长,不仅增加了车重和整车成本,同时也给整车布置及装配带来了很大的困扰。并且,各个ECU之间的计算能力无法协同,产生较大的算力浪费。

  2)在中央计算+区域架构下,算力逐渐向中央集中,先是由多个ECU合并成一个域,慢慢的多个域会继续融合,最终会形成1个中央计算平台+N个区域的终极布局。此时,ECU数量会大大缩减,不仅降低了整车ECU的应用成本和之间的布线成本,也有利于整车的轻量化设计。

  其次,传感器、执行器就近接入到附近的区域中,能够更好的实现硬件的扩展。同时,区域的结构形式也更易于管理,容易实现线束的自动化组装。

  2019年,特斯拉已经在Model3上实现了中央计算+区域的EE架构方案,引领了潮流,那么特斯拉的这种架构究竟有哪些优势呢?

  特斯拉Model3的车电子电气架构分为四大部分:CCM(中央计算模块)、BCM FH(前车身控制模块)、BCM LH(左车身控制模块)、BCM RH(右车身控制模块)。其中CCM(中央计算模块)由三个模块组合而成:信息娱乐系统(IVI),驾驶辅助系统(ADAS)和车内外通信系统。

  2)左车身控制模块:负责左侧用电器的配电,左侧用电器的逻辑控制和驱动,包括左车身便利性控制以及转向、制动等底盘控制等;

  3)右车身控制模块:负责右侧用电器的配电,右侧和背部用电器的逻辑控制和驱动,包括右车身便利性控制、动力系统、空调等。

  1)智能驾驶模块的硬件部分采用了自研的FSD芯片;对于软件部分,操作系统基于开源Linux进行定制化裁剪,同时自研中间件。实现了软硬件自主可控,这样既有利于加快车型功能的的迭代更新速度,又大大降低了整车开发成本。

  特斯拉电子电气架构的先进性是毋庸置疑的,它的中央计算模块-CCM将智能驾驶模块、影音娱乐模块以及车内外网联模块集成在一起,并共用一套液冷系统。基本上实现了中央集中式架构的雏形,但并不是严格意义上的中央集中式架构,业内把这种类型称之为“准中央集中式架构”。

  因此,即便是特斯拉,它距离真正的中央集中式架构也是还有一段路要走。基于当时技术成熟度和成本考虑:

  1)通讯架构依然较为传统,以CAN总线为主,控制仍分布在MCU上,且MCU基础软件统一采用FREE RTOS;

  2)中央计算模块CCM属于分离式:只是形式上将影音娱乐的MCU、智能驾驶的FSD以及车内外外网联模块集成在了一个板子上,但是每个模块依然是独立运行各自的操作系统,并独立完成各自的任务。

  即使如此,特斯拉依然是中央计算+区域控制架构最先进理念的践行者,引发了业界其他同行的学习和追赶。

  在智能化和软件定义汽车时代,谁能掌握EE架构和软件的主导权,谁就能占据智能汽车市场的制高点。因此,国内主流整车企业也都在积极进行相关布局,“准中央集中式”架构方案的量产车型集中在2022-2023年左右推出。

  但是,各家OEM规划的中央集中式架构形式上并不是太统一。比如,上汽零束的整车计算平台采用两个HPC高性能计算单元;广汽或者长城的方案采用中央计算平台、智能驾驶域和智能座舱域三大计算平台。但总体上来讲,研发设计理念大同小异:硬件上采用中央计算+区域控制的架构方案,软件上采用SOA软件架构的设计理念。

  硬件平台方面:由两个HPC高性能计算单元HPC1和HPC2以及四个区域(ZONE)构成。两个高性能计算单元作为整车的计算中心,用于实现智能座舱、智能驾驶以及智能驾驶冗余备份等功能;4个区域用于实现各自不同区域的相关功能。

  1)2021年8月,上汽零束与芯驰科技达成战略合作,将基于零束银河全栈3.0架构,共同制定芯片及整车电子电气架构的发展路线图;同时,双方将围绕芯片级底层软件操作系统、虚拟化平台技术,共同探讨、联合开发适用全栈3.0的狭义操作系统;

  2)2021年9月,上汽零束宣布与创时科技联合设计开发基于“零束银河全栈3.0”的云管端一体化舱驾融合HPC。

  1)软件平台与硬件芯片以及操作系统解耦,即使不同EE架构平台的芯片类型和操作系统不一样,软件平台依然可以平移过来复用。比如零束的1.0架构平台和3.0架构平台,虽然底层硬件和操作系统不一样,但依然采用的是同一个软件平台。

  2)在应用层,通过中间件和SOA原子服务层,使得向上能够提供统一、标准的API接口,能够让应用层开发更轻松,复用性更高。同时,再加上软件平台SDK,可以让OEM、供应商、第三方开发者和用户都可以加入到应用开发中来,实现应用生态共创。

  1)硬件平台方面:星灵架构由数字镜像云 、3个核心单元模块和4个区域(左/右/前/后)构成。其中,3个核心计算机模块包括中央运算单元、智驾域控制模块和座舱域控制模块;中央运算单元涵盖了新能源控制模块和车身控制模块,负责控制车辆行驶、制动和车辆设备等功能。

  中央运算单元搭载NXP S32G399网关计算芯片,由8个A核+4个M核构成,并且内置LLCE+PFE加速引擎,通信延迟≤20μs

  座舱域控制模块搭载高通8155/8295芯片,7nm制程,具备105K DMIPS算力,支持3D人物形象渲染、人脸识别、AR-HUD等功能

  智驾域控制模块搭载华为昇腾610高性能芯片,7nm制程,支持200~400TOPS的算力拓展,ISP的图像处理能力可达2.4GPix/s,能够应对高速、城市等复杂道路情况。

  该软件架构实现了组件服务化、原子化和标准化,软硬件解耦,提升OTA能力和速度,同时实现硬件的即插即用——增加新的应用模块即可实现新的场景。

  1)硬件平台方面:GEEP4.0架构由中央计算平台(CCU)、智能座舱模块(HUT)、智能驾驶模块(ICU),以及3个区域(VIU_L 、VIU_R以及VIU_F)组成。

  中央计算单元CCU的主要职责是把辅助自动驾驶、动力、底盘、车身、空调、车身状态以及模式管理等各个域的功能做集中的处理,在高阶自动驾驶配置下,CCU可以作为L3域的备份,实现最低风险条件。

  3个区域:是一个标准化的控制单元,按照车身域进行划分、部署和开发,分别布置在左边、右边和前边,负责将周边的一些MCU就行整合,也就是将ECU、电源、、输入/输出做一个整合。目前三个VIU的大部分软件算法已经上移到CCU中,由长城软件团队开发,VIU仅仅保留了很少一部分逻辑,更多是承担驱动I/O的作用。

  在不同核部署不同域的软件 - MCU核采用CP Autosar,在多个MCU核分别部署不同域电控软件;HPC核采用Linux OS和AP Autosar中间件;

  通过在不同的核部署不同域的软件,在横向打通了多域之间的融合,在纵向打通了底层硬件、操作系统(CP autosar、Linux OS)、中间件(AP autosar)、协议栈以及应用软件之间的通讯;

  2021年11月,小鹏汽车在广州车展上发布了小鹏G9,计划于2022年上市;该车采用小鹏全新的X-EEA 3.0架构。目前小鹏官方关尚未透露过多具体的技术细节,笔者整理了以下几点信息供大家参考:

  在传统分布式架构下,软件与ECU高度耦合。OEM对Tier1有较强的依赖关系,Tier1占据主导地位,软硬件以打包的方式直接供给OEM。产业链相对比较简单,上游是软件产品供应商/芯片供应商(Tier2),中游是零部件集成商(Tier1),下游便是整车集成厂(OEM)。

  随着电子电气架构的升级变革,硬件逐渐的标准化,软件从硬件中剥离出来,软件和硬件实现解耦,使得由软件来定义汽车成为了现实。因此,OEM对掌握软件定义汽车的能力变得更加的强烈,他们希望能够逐渐的从Tier1手中夺回期盼已久的“主导权”。

  为此,有进取心的OEM开始组建软件团队提升自己的软件研发能力,但毕竟还是有很长一段的路要走。在这样的背景下,一些人看到了车企对“自研可控”合作模式的强烈需求,于是出现了新的物种 — Tier1.5,向上可以支持OEM产品的自定义,向下可集成和整合Tier2的资源,以期能够在这场“主导权”争夺战中分一杯羹。

  与此同时,传统Tier1为了维护自己的主导权地位,也纷纷开始进行垂直整合,打造软硬件全栈的研发能力,由零部件供应商向系统方案解决商转型,即由Tier1提升至Tier0.5 - 不仅可以为OEM提供软硬一体化的产品,还可提供从前期技术研发到后期数据共享等环节的全流程服务,希望能够继续保持和OEM之间的“亲密”关系。

  当前进行先进EE架构研发的企业大致可以分为三类:整车企业、Tier1和科技公司。整车企业掌握中央集中式EE架构核心技术和部件主导权的动机比较强烈,因为他们已经看到了这种主导权给特斯拉带来的好处。但短期内能够实现这些技术和部件全部自研的整车企业仍是少数。大多数整车企业仍将依赖 Tier1 、科技公司以及其他供应商共同去完成。

  整车电子电气架构的开发工程复杂且技术链路长,只有产业链上的玩家在各个环节能够相互协作,发挥各自的优势,并能够形成合力,起到1+1大于2的效果。这样才能帮助整车企业更快地完成架构的升级换代。

  1)对于研发能力较强的头部车企,比如特斯拉,在芯片、操作系统、中间件、域系统集成等关键核心领域都会选择自研,而对于一些硬件的生产会选择外包。

  其次,自动驾驶感知算法相对比较复杂,即使是一些头部车企,在感知算法方面也会选择与业内实力较强的软件公司进行联合开发。在这个过程中,他们多半也会偷师学艺,逐渐提升自己的感知算法能力,最终向全栈自研的目标靠拢。

  2)对于软件研发能力相对较弱的车企,则需要分清楚什么是共性的,什么是个性的。考虑到自身的研发实力及成本的压力,共性部分只能选择战略性地放弃,交给合适的供应商来帮助其完成开发;对于个性的部分,则需要尽自己最大的努力去做好差异化,打造出自己的品牌力。例如域或者中央计算平台,就需要通过有全栈研发能力Tier1或者软件公司来帮助其逐步分层打开,然后自己在应用层做个性化和差异化的开发。

  目前,主机厂的需求是个性化和多元化的,大都倾向于根据自己的需求要求供应商进行定制化开发。同时,OEM也在竭力提升自身的软件开发能力;从长期来看,对于Tier1和打算去做Tier1的科技公司而言,域或中央计算平台的部分软件功能的开发权被主机厂“收回”已是大势所趋。因此,Tier1和科技公司也在极力打造软硬件的全栈技术研发能力,以避免沦为OEM的“硬件代工厂”。

  在智能驾驶进入下半场竞赛的关键时期,OEM开始升级自己的电子电气架构,以应对汽车智能化和网联化的发展。在这个关键的时间窗。


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