【投稿】高集成化，未来汽车的必然之选

汽车电子设计 2021-07-26 07:30

精密双向电流传感放大器：精准测量，守护电流安全 超越传统分流器：探索新型电流传感解决方案

未来智能汽车会是什么样子？我想我们很多人都有畅想过，要智能，要无人驾驶，要无限续航，要空间舒适……无论你是在行业内，还是行业外。而这基本上都建立在我们今天要讨论的话题上，汽车的高集成化。

高集成化可以充分扩展车辆的使用空间，使汽车从一种驾驶工具到成为一种舒适的移动大空间；高集成化可以充分降低车辆的重量，达到汽车的轻量化和续航提升，同时也能更有益于降低车辆重心的设计，从而达到更好的驾驶操控性；高度集成化是满足未来车辆更强大通信和运算能力的基础，从而更进一步提升车辆的智能化和无人驾驶能力。

接下来我们来看怎么做及为什么？

大小三电的集成化
车辆EEA架构的进一步集中化
空间布置

大小三电的集成化

对于一辆智能电动汽车，我们来看一下主要部件，通常可以划分为：

车身部分（车辆的车壳和车壳上的各种部件），

底盘部分（前后桥及其连接部件，制动转向系统，悬架系统，电池pack/电池CTC（cell to classis，电池电芯集成到底盘）的支撑结构），

大小三电部分（一般三电指：电池，电机，电控组成的电驱系统，为大三电，当然也还有小三电：OBC车载充电机，DC-DC电压转换，PDU高压配电盒组成的高压系统），

自动驾驶部分（自动驾驶感知及运算部分，当然感知部分基本上集成在车壳上，运算部分占用空间也较小），

座舱部分（主要为娱乐大屏及移动通讯和运算部分，集成性也较高相对占用体积较小），

（考虑到空调蒸发冷凝和各温度交换体系体积的原因，我们也算入空气&温控系统，但由于其功能较单一，通常将其整合入车身域中。）

整体来看，除去车内座椅外，最影响车内空间布置的就是三电和空气&温控系统，这样我们势必就要对其做进一步的集成化。从而不仅可以在空间上可以得到极大的节约，在整体重量和成本控制上也能得到极大的改善。（本篇不对空气&温控系统的集成做讨论，目前最高集成方案可参照Model S Plaid热泵，Model 3八通阀和电机堵转过载生热来研究）。

对于大三电（电池，电机，电控）和小三电（OBC，DC-DC，PDU）行业较先进的方案主要分为：

1.Tesla的三合一电驱（电机+电控+减速器）+小三电整合到电池pack或者CTC底盘上

OBD充电机，DC-DC电压转换，PDU高压配电这些通常比较占用车辆空间布置的部件，被Tesla整合到了电池pack/CTC底盘上，给车辆的乘客空间留出了更多的富余。

可以看到在Tesla Model S Plaid中这种整合又做了更进一步的提升，OBD+DC-DC+PDU的整合包体积做了进一步减小。

2.六合一/七合一电驱系统+电池Pack/CTC（cell to classis电芯集成到底盘）电池底盘。

这里的代表为华为的七合一和比亚迪的六合一，可以说都是行业内相当先进的方案。

比亚迪电驱总成集成了：电机+电控+减速器+OBC+DC-DC+PDU，为目前行业接近量产集成度最高的电驱系统。

华为DriveONE电驱系统除了集成传统三合一电机+电控+减速器，小三电OBC+DC-DC+PDU外，进一步集成了BCU（电池控制单元）。

以上两大方案方向还需市场进一步检验，但是唯一可以确认的是大小三电的进一步整合与集成是大势所趋，也在近些年必然会加速进行。

车辆EEA架构的进一步集成化

说到车辆的EEA架构的进化，我们必然会提到博世提出的EEA发展路线图。

EEA架构从分散的各功能模块的独立感知，独立运算控制，再通过can网关与其他独立功能模块连接起来进行信息通信（图中的一二三层），发展到至今已车辆上已经有近百个独立的控制器，不仅相互间连接繁杂，导致通信和电力线路冗长，而且各控制器大多由各独立供应商提供，相互间的协同作用难以开发；

到逐渐进化到区域内或功能域内进行独立的感知和运算控制，整车的控制器上得到了极大的降低（图中的第四层），像Tesla Model 3，整车主要只有四个大的主控制器（智能驾驶&智能座舱域，左车身域，右车身域，和前车身域）；

Model 3网络拓扑结构（图片来自微博@冷酷的冬瓜）

如图，整车主要由四大控制器进行控制，在几个主控制器周围环聚了不同种类的传感器，通过can总线，以太网以及Lin线和各主控制器连接，进行运算处理，同时对于部分对实时性要求极高的功能，如ESP等则保留独立运算能力，当然也接入到总线中。

再到未来进一步的整车只留下一个大的主控制器（图中第五层），整车功能模块不再区分车身域，底盘域，自动驾驶域，座舱域，三电域，各车身功能模块只留下感知能力和执行能力，运算控制能力统一上移，所有感知得到的信号统一集中到中央处理器，进行集中控制，集中协调和集中管理，运算后发送控制信号到各功能模块进行执行。

这其实很像我们的手机产品，手机周边各模块也是将感知信号传递到中央处理器进行统一运算处理，再输入到执行模块，只是汽车这个产品的外延感知及执行模块比手机多出了太多。

这样做的好处是，我们可以彻底把汽车的硬件和软件进行分离，人们不需要再关心车辆的硬件是什么样子，只需要关心有没有这个硬件能力，把硬件的能力虚拟化，抽取出各标准的能力接口，对外释放，大家只需要在软件层面根据场景和功能对接口进行组合开发，进行持续的功能迭代升级，这样汽车的智能化可以得到极大的提升。同时每一代汽车也可以进行标准化智能化了，像我们的手机一样可以进行持续的迭代升级。

安波福的SVA域架构（各区域绿色的6个域控制器+中间的中央控制器）

再者SOA（Service-Oriented Architecture,面向服务的架构）域架构方案，可以极大的减少车辆内部连接线路的长度（目前阶段车辆线材长度通常在3公里以上）。像musk说的那样，未来我们很有可能把车辆的线材降低到100m以内，这样不仅可以极大的减少线材上的成本和整体重量，也可以大大的降低车辆的组装难度（机器人对软材的操作较有难度），其实想想好像也不是不可能，一圈低压通信和供电线路连接上车身各功能执行模块和各传感器，然后总接入到中央控制器进行统一管理控制。

在接下来的汽车中，这一切将很快到来。

空间布置

以上我们讨论了车辆的电气化高集成和通过EEA的升级集成达到进一步智能化升级的能力，这一部分我们来讲空间布置，高集成最直观的表现就是车辆内部空间的扩大化。