电子电气架构设计的取与舍

原创 一名汽车电子硬件工程师 2024-01-20 21:27

我理想中的电子电气架构是什么样子的?这个课题我自己思考过很多次,但是每次都是一些零散的想法,然后因为一些偶然的发现,又自己否定了自己。然后我发现这个事情就跟一千个人眼中就有一千个哈姆雷特一样,没有标准的答案,只有相对合适的答案。


电子电气架构变革的驱动力

新技术的变革我以前也提到过,驱动力主要有两方面:一是提升用户体验;二是降低整车成本。在2021年的时候,那会域控架构的汽车并不是很多,大家还是基于博世的一整套标准答案照抄,透露出来的消息大半都是3Domain+4Zonal的架构。包括目前最火爆的华为iDVP架构,以及广汽的星灵架构都是这种。那会的驱动力很大程度上是为了提升用户体验,软件常用常新,基于SOA服务的软件架构,实现软硬件解耦,提升开发效率,怎么看怎么牛逼,完全没理由不用啊。至于降低成本,从原则上来讲是成本应该要降低,毕竟引入了区域控制器,减少了一些终端的节点,减少了整车的线束,粗略一算,好像是可以降低成本的。

电子电气架构是平台还是基础

研发的极致是平台化,生产的极致是定制化。基于我个人的这个理解,上面这种架构真的好吗?假设是理想汽车,我去汽车之家上看了一下理想L7的配置表,隐藏相同的参数后,三个配置下不同点屈指可数,分别是悬架,智能驾驶硬件(智能驾驶软件自然就不同了),还有车机系统,一共就3个地方不一样,这说明理想汽车在Zonal这块的负载基本上完全一致,平台化与定制化等效了。

假设是一些喜欢多配置让消费者患上选择困难症的一些车企,那对于Zonal控制或者连接的一些外设,就自然存在一些取舍了。假设低配的车没有座椅加热通风,高配的车有,那Zonal里面到底要不要做座椅通风加热模块的电路?做了浪费生产成本,不做浪费研发成本。

在一个独立的控制器上,如果针对车辆的不同配置会出现一些硬件冗余的情况,那就要慎重地考虑这个功能是否要做进来,或者这个功能是否要变成标配,否则很难做到研发与生产的双赢。

所以重新理解一下什么叫平台,是做一个大而全的东西,通过裁剪向下兼容?还是针对最低配置的需求做一个最小系统,通过增加配置向上兼容?其实这个也没有绝对正确的答案,也要根据现实情况来做决定。对于华为来说,华为的Huawei Inside模式就一定是通过剪裁向下兼容,这样才能最大限度地降低华为匹配不同车企时的增量开发内容。当然华为肯定比我聪明,这种模式带来的硬件冗余,需要车辆的高溢价能力来弥补。余大嘴也说:我们不做低端车(我也不知道他到底说没说过,算他说过吧)。

对于多配置的传统车企,是不是针对低配做最小系统,通过增加配置向上兼容更合适?我觉得这样可能更合适一点,毕竟传统车企中规划的高配,顶配实际销量很低。这种更接近生产极致的定制化能保障最大的收益。

那如果是传统车企做最小系统的域控架构,还是按照3domain+3zonal的方式,成本会低吗?那自然不会低啊。刨去座舱域控制器和智驾域控制器相对独立之外,与车身,动力,底盘等领域相关的就是一个车身中央域控的domain带着他的4个zonal小弟。这5个控制器通常是集成了哪些功能呢,无外乎就是取代传统的继电器盒子的配电功能再加上BCM、空调、座椅、网关、门模块、尾门模块之类的一些东西以及Zonal就近原则所省下的线束成本,有一些厂家可能会将温控领域的一些东西也进行集成。这些玩意发展了很多年了,价格已经从以前的脱水到烘干了,越来越低的门槛给予了整车厂物美价廉的选择。

所以电子电气架构架构究竟是做成大而全的平台还是做成小而精悍的基础?废话了以上一大堆:看情况来选择。

组织架构决定电子电气架构

在特斯拉入局以前,大家觉得域控架构是遥不可及的,毕竟在燃油车时代,我发动机就是发动机,变速箱就是变速箱,底盘就是底盘,BCM就是BCM,等等。按照这种趋势一致发展了很久,零件也慢慢趋于同质化,就像ABS、ESP等零件一样,可能博世、大陆这些巨头造出来的零件能够作为一个平台供给全世界所有的车企。但当特斯拉出来之后,好像一切都变了,博世的域控架构进化阶梯让世界上的主机厂看到了希望。国际大厂里面,第一个就忽悠到了大众,MEB平台一经推出,简直惊为天人,给了传统车企极大的信心。

于是越来越多的传统车企和新势力车企都开始根据博世的架构天梯榜来设计自己的电子电气架构,把自己往里面套。于是以前燃油车时代那种一个零件供给全国所有车企的玩法开始发生了变化。因为没有了标准答案,只给大家划了一个范围的框架,让各自有了极大的发挥空间。

以小鹏G6为例,我觉得这是一个针对小鹏体系来讲这是一个非常棒的架构,精简,干练,从需求出发,强定制化并且自主化程度相当高。因为小鹏G6跟理想的玩法也一样,除了续航,电机数量和智驾的等级,其余与车身强相关的配置全部都是标配。所以这一套电子电气架构既是平台,又是基础。而且也并没有盲目的跟随博世的3domain+4zonal的方式,而是仅仅只做了左右两个区域控制器。将3domain中的中央车身预控功能下放到左右两个车身域控制器内部去了。极大地提升了zonal里面MCU的利用效率。

庞大接口的MCU通常对应的是强大的算力。如果zonal仅仅只是做一些IO驱动的功能,那MCU的负载率可就极其低下了,浪费严重。并且对于原本VCU的扭矩控制功能,兼并到其中一个区域控制器中,MCU核的可靠性经过长期并且庞大数量的市场验证,从我个人的认知来看,他还是要比ARM核更靠谱一点的嘛。所以我是想夸一下小鹏,毕竟在模仿特斯拉这一块,他们说第二,还没人敢说第一。但起码小鹏也并不是盲目的照搬,经过G3,P7的两轮迭代,在G6、G9上已经逐渐趋于完善,形成了自己的一套电子电气架构开发体系。
上图摘自“小鹏、蔚来、比亚迪、智己电子架构最新情况梳理 (360doc.com)”,如果作者介意,我就删了。

但为什么这一章要说组织架构决定电子电气架构呢?因为小鹏作为一个新势力,成立之初并没有太多的历史包袱,对于各种控制器的归属,有一个统一调配的大团队。能够充分调动相关控制器的合并和转移,更加的灵活,并且小鹏前期对于核心零部件的研发一直很坚持,让他们内部团队在这块有了更快速的响应。

而对于传统的车企,各种组织架构在燃油车时代基本上就固化了。等过渡到新能源汽车,就是增加了大三电,小三电这些控制器,大家一直处于自己玩自己的状态。那么对于传统车企,对于domain的划分,可能就是在博世的框架里面野蛮生长了。

上面这个图就是极氪001的电子电气架构,相比于小鹏,在中央域控方面,就多了一个车辆动力域控,一个车身域控。而且这两个的级别是Domain级别。其实这样相比于小鹏有什么问题吗?我觉得其实也没问题,也挺好的。只是我搜不到什么更详细的信息了,不知道这个电子电气架构是属于平台还是属于基础。因为我在汽车之家上看到2023款的极氪001不同配置车型的配置真的还挺多不同的。研发成本跟生产成本应该是存在一定的浪费的。

自研OR外购

自从汽车发展进入新四化之后,各个主机厂自研的比例一直在逐渐提高。15年到20年电动化发展迅猛的时候,家家都是自研VCU软件,自研BMS软件,电机,电池的自研比例也是很高。因为每家的产品定义都有所不同,电动化的发展还没有形成统一标准的模式,外面很难买到完全符合要求的产品,只有自研才能满足快速迭代与完美契合需求的产品。

最近这几年,网联化、智能化带来的电子电气架构变革中,催生了很多新的说法,软件定义汽车(SDV)便是其中一种。汽车变得越来越像一个可以跟随大家需求随时升级的大家电一样,丰富的生态与当时特斯拉最早提出的软件OTA升级,让大家对汽车有着苹果手机升级软件那般的期待。所以鉴于这种方式,域控架构与面向服务的软件架构(Service Oriented Architecture, SOA)带来的优势就完美地契合了这种需求,为软件定义汽车提供了一套良好的解决方案。

对于新的应用,定义好应用服务,只需要在SOA的顶层做好平台服务的定义,就能实现软件的快速持续迭代,而不用一个新功能涉及好几个控制器,软件更新和变更的节奏更快乐,代价更小了。用户通过各种设置来满足自己的个性化需求,千人千面,确实是一种非常好的体验。但这一切的基础都是需要强大的自研体系来支持的。

所以如果换一种电子电气架构架构,而架构中新增的核心零部件还需要外购或者软件外包的方式来进行开发,那这种新架构带来的优势将会荡然无存,供应商的资源不是围绕着一家主机厂来转的,缓慢的应对方式无法适应市场的快速变化。带来源源不断的用户升级与体验。而外购的方式,项目结束后,组织架构的变化导致没有人再去关注已经量产的项目。所谓的软件常用常用都只是一纸空谈,偶尔的软件升级也是迫不得已地修复bug而已。

另外外购意味着除了给自己企业内部用于匹配开发对接的员工支付薪酬和必要的内部开发费,还需要支付昂贵的外部开发费。而在这个越来越卷的时代,不给开发费,通过前期的零件均摊的方式来收取开发费,已经变成一种常态了。主机厂用这种方式将自己跟Tier1绑起来,荣辱与共,共命运,同进退。这就导致汽车行业的发展形成了一种恶性循环,外购核心零件导致应对市场变化缓慢,车型竞争力不足,并且高配的车成本很高,开发费又很贵,无法应对市场的降价,企业陷入亏本,进一步降低研发投入,新产品更加没有竞争力的无限死循环中。

所以在这个软件定义汽车的时代,真的需要相当强大的软件自主研发能力,才能撑得起应对复杂市场变化下的重担。如果一个电气架构只是依靠一个车型做到量产,而车企自己没有掌握核心的软件,当这个架构想移植到其他项目上,又要花费巨额的研发费用来做匹配,来做调教。那平台化就是伪平台化了。

舱驾一体的融合

中央运算单元作为博世架构天梯榜的顶端的存在(刨去目前还摸不着边的云计算),一直都是各大芯片厂和主机厂所幻想的终极解决方案。这一解决方案首先要解决的是芯片问题,前几年作为座舱和智能驾驶的战国时代,在座舱领域NXP的i.max6,8这个系列、瑞萨的H3e等在座舱领域尚有一席之地,等到高通发现原来车机就是手机的时候,高通以席卷之势迅速占领了这个市场。在智能驾驶领域,Mobileye以其超牛逼的识别算法拔得头筹,后知后觉的英伟达发现这原来是我擅长的领域,立马取代Mobileye成为当前绝对的一哥。

基于以上内容,你觉得谁会成为未来舱驾一体融合的领头羊呢?目前高通最牛逼的8295仅仅只有30TOPS的AI算力,跟英伟达已经量产一段时间的Orin相比简直没眼看,更不谈英伟达明年即将出来的Thor芯片了。好像高通取代英伟达的那一部分功能看起来遥遥无期,英伟达目前也好像没什么想法去做这个事情。

所以难道舱驾一体的最终解决方案是一个板子贴两个芯片来做电路层级或者干脆一个盒子里面放2个板子做物理层级的集成?不过事情总是朝着理想的方向慢慢发展的,可能终究有一天,会做出来兼顾豪华座舱与强大智驾的SOC芯片。

理想的电子电气架构

以上可能说了很多不相关的内容,所以最终总结一下,理想的电子电气架构总是有很多前置条件的。对于类似理想、特斯拉、蔚来这些车企,入门即豪华,关于车身的各种舒适性配置拉满,不存在高低配的车辆在这块存在差距。那电子电气架构就适合做平台化的架构,同一个系列的车完全沿用,极大的将生产成本与研发成本取到极致,而这种入门即豪华又需要这个品牌的车辆能支撑起相对应的溢价,有一定的品牌影响力。不然在人们眼中低端车的代表五菱就算做一个入门即豪华车型,可能也没有人愿意为之买单。

对于上汽、长安、广汽以及在车型配置上更贴近传统车企的小鹏这一类的车企,我个人觉得电子电气架构更应该算一个平台,对于高配置的车辆,通过在基础架构上增加配置的方式来实现电子电气架构的设计,可能对于硬件成本上来说性价比更高一点。

总之,电子电气架构的设计可能牵涉从品牌定位,车型定位到销售目标各方面的思考,才能制定出一个具有竞争力的电子电气架构。


总结

在这个越来越卷的时代,中国汽车迎来了飞速发展的时期,从2023年上海车展到2024年的CES,越来越多的中国企业开始在汽车发展的舞台前沿,这是一个危险与机遇并存的时代。

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