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中央计算+区域控制架构

西部证券智能电动行业深度报告指出,中央计算+区域控制架构是汽车电子电气架构域集中的确定性演进方向。博世提出的EEA演进路径清晰显示了从分布式到域集中再到中央集中式的技术路线。2018年特斯拉Model 3首次采用中央计算+区域控制架构,2024年成为吉利、小米、长安、哪吒、智己、岚图等传统主机厂集中量产区域控制器的元年。区域控制器通过节约ECU、简化线束实现显著降本,正从0到1的导入期迈入高速成长期。

EEA架构演进:从分布式到中央计算+区域控制的确定性路径

汽车电子电气架构的演进路径在行业内已形成共识。博世提出的EEA演进趋势图清晰勾勒出从分布式(模块化→集成化)、域集中(域控制集中→跨域融合)到中央集中式(中央计算+位置域→车-云计算)的三阶段路径。这一演进并非跳跃式切换,而是循序渐进的持续过程,整车厂根据自身技术上限、研发规划和开发成本选择所处阶段。目前行业中多个阶段并存,但向中央计算+区域控制方向演进已是确定性趋势。

分布式架构时代,汽车内的ECU通过CAN或LIN总线连接到一起。随着人们对汽车安全、效率、舒适等要求的提高,ECU数量快速增长至几十甚至上百个,分布式架构受到严峻挑战。大量的ECU单元导致电子软件开发复杂性大大增加,开发者开始追求模块化、可移植性强、易于管理的架构,域的概念由此被提出。域控制EEA按功能划分,控制逻辑清晰,便于定位问题,但对线束铺设和算力协同提出了新要求。

中央计算+区域控制架构是EEA演进的最终方向。这一架构引入位置域概念,按照物理布置方案划分(如中域、左域、右域),采用就近原则,由各ZCU之间的交互实现整车功能。传感器、执行器就近接入附近的ZCU中,更好实现硬件扩展。位置域实现就近布置线束,降低成本,减少通信接口,更易于实现线束的自动化组装从而提高效率。只需对中央计算平台进行OTA即可,软件更新更加灵活。

特斯拉引领+传统主机厂跟进,2024年成量产元年

2018年,特斯拉Model 3首次采用中央计算+区域控制架构,成为行业标杆。特斯拉的架构分为四部分:CCM(中央计算模块,集成信息娱乐、驾驶辅助和通信系统)、BCM FH(前车身控制模块,负责电源分配和前舱用电器控制)、BCM LH(左车身控制模块,负责左侧配电和底盘控制)、BCM RH(右车身控制模块,负责右侧配电、动力系统和空调控制)。特斯拉的先行探索验证了中央计算+区域控制架构的技术可行性和商业价值。

2022年起,国内新势力车企开始跟进。小鹏X-EEA3.5采用“中央计算+域集中式”混合架构,拥有左右两个区域控制器,在性能提升50%的同时节约40%成本。广汽星灵架构采用“中央超算+区域控制”构型,算力提升50倍,数据传输速率提升10倍,线束回路减少约40%,控制器减少约20个。零跑四叶草架构将ECU从42个减少至28个,整车线束缩短至1.5km以内,重量减轻至23kg。

2024年成为多家传统主机厂集中量产中央计算+区域架构的元年。吉利、小米、长安、哪吒、智己、岚图均于2024年推出搭载区域控制器的新车型。20-22年多家主机厂研发并展示下一代EEA方案,量产新型架构需要2-3年周期,与24年集中量产的时间节点完全吻合。问界M9硬件已实现中央环网架构,线束长度做到3公里。长安SDA架构下整车线束长度减少10%-20%。智己中央计算+区域控制策略将实现域控制器数量减半、数据带宽提升5倍、线束长度减少30%、OTA速度提升70%。伴随传统主机厂规模切换新车型搭载平台,区域控制器出货量自2024年起将快速提升。

区域控制器核心优势:节约ECU、简化线束、智能配电

中央计算+区域控制架构的最大优势在于降本和减重,主要体现在节约ECU数量和线束长度上。根据特斯拉AI DAY数据,与Model S相比,Model 3的线束减少了17公斤。根据Munro & Associates的对比数据,特斯拉Model Y ECU数量为26个,是大众ID4(52个)的一半,福特MachE为51个。配电模块方面,Model Y仅3个,大众ID4达30个,福特MachE为3个。保险丝数量Model Y为7个,大众ID4为77个,福特MachE为88个。继电器Model Y为0个,大众ID4为70个,福特MachE为22个。

区域控制器作为节点扮演着集线器的角色,满足车辆空间内物理设备的配电和数据连接需求。安波福在一项针对某家整车制造商的研究中发现,使用区域控制器可以整合9个ECU,并少用数百根单独电线,使车辆重量减少8.5千克。区域控制器的采用简化了线束,在未来更有希望实现自动化线束组装,减少人力成本。使用区域控制器可以减少门槛关键区域的布线需求,安波福能够通过缩小线束组件的直径,将所占空间减少4倍。

区域控制器还通过e-Fuse实现智能配电,相比传统配电可以实现更精细化的控制。区域控制器按照物理位置就近整合周围电子系统,集成BCM、动力、底盘、热管理、网关等功能,连接的传感器和执行器工作电压不一致,需要负责区域内用电器的供电与电源管理,提高用电效率与安全性。联合电子ZCU采用e-Fuse实现智能配电,支持故障诊断和fuse自恢复,可使整车线束长度减少25%,线束路径优化28%,整车配电路数减少10%。

软硬解耦与SOA:迈向软件定义汽车的关键一步

中央计算+区域控制架构下,I/O从计算设备中抽离出来,实现软硬件分离,主机厂更容易开展跨域功能融合。区域控制器作为区域内I/O控制中心,除了整合空调控制、车门控制、座椅控制等单独的车身域控制器功能外,未来还将逐步集成更多跨域功能模块,如悬架的控制、雷达接口等。软件部分的逻辑计算将大部分上移到中央计算平台中,区域控制器只负责最底层的信号采集和硬件驱动。

这一架构成为迈向软件定义车辆的必经之路。区域控制器实现数据和能源网关的功能,通过若干个区域控制器和CCU实现环网架构,各个区域控制器按照就近原则分布,连接简单的ECU和执行器,并接收传感器数据,通过软件算法实现整车功能需求。区域控制器作为区域数据中心,配备丰富的网络接口如ETH、CAN和LIN,扮演区域网关和交换机的角色。作为区域IO中心,支持各类传感器、执行器和显示器接口。

集中架构下算力集中化,有助于提高算力利用率。在实际运行过程中,汽车的大部分时间只有部分芯片在执行计算工作,分散的独立功能ECU的计算能力处于闲置状态,采用计算集中架构方式可以在综合情况下最大化利用处理器算力。车身域控预留以太网通讯,可以支持SOA面向服务的架构开发,支持快速原型开发,整车厂可以自定义整车舒适域控制逻辑。通过SOA实现功能调用,有助于跨域融合,区域控制器的迭代升级过程正是不断集成跨域功能、省去ECU的过程。
点击阅读报告原文: 智能电动行业深度研究报告:中央计算+区域控制千亿蓝海电子电气供应链重构-241106(41页)
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