智能电动汽车EE架构的演进路线

一、EE架构发展的驱动因素二、行业EE架构发展趋势三、各功能域的发展趋势四、未来EE架构发展技术方向 一、EE架构发展的驱动因素 1.1电动智能汽车快速发展 新能源汽车，特别是智能电动汽车将是下一代汽车主要战场，核心竞争在于智能化产品 •普通新能源将在未来5年逐渐增长平缓，而智能电动汽车将在未来5年强势增长；电动化是载体，智能化是核心•特斯拉Model 3的成功案例和2022年俄乌冲突因素,加快推进了智能电动汽车的增长速度•电动汽车用户群体由低端、高端向10~20万左右的主流中端用户群体渗透 一、用户对整车述求的变化及需求一、EE架构发展的驱动因素 1.2用户需求驱动 用户在消费电子领域的使用习惯向汽车产品迁移，推动了传统汽车向智能汽车快速发展。智能汽车具备了功能可扩展，软件产品可持续迭代的特征，给用户带来常用常新，千人千面的体验 一、EE架构发展的驱动因素 1.3新商业模式驱动 传统汽车的结构件、内外饰已经没有更多的发展空间，不能给汽车产业链创造更多的价值；智能化产品进入快速发展阶段，不断给用户创造新的价值体验，也催生了新的产品/商业模式 •产品价值链：智能化产品的价值在汽车中的比重越来越高，而且发展空间潜力巨大•商业模式：围绕智能体验，软件赋能，打造差异和稀缺性，进行产品、商业模式创新,让不断更新的售后技术服务成为了新的赢利点 一、EE架构发展的驱动因素 1.4数据驱动 功能的数量和复杂度不断增加，软件代码数据量成指数级增长。控制器内部的数据对于芯片算力和存储空间提出了更高的要求；控制器间的数据交换，推动着通讯技术不断发展 •汽车软件代码数据量：汽车软件代码数据量已超过OFFICE,F-35战斗机的代码量，而且还在快速增长；•汽车芯片发展：控制器主芯片由单核—>多核—>异构芯片发展，芯片的算力和存储能力显著增加；•车载通信发展：主流的CAN/ETH技术快速发展，不断提升通讯带宽； 芯片技术发展 汽车软件代码量增加 车载通信发展 一、EE架构发展的驱动因素 1.5成本驱动 芯片的发展助力控制器的更新换代降低成本；由于电池容量直接关系到续航里程，电车对于能耗更加注重，电动车上能耗降低带来的成本收益更加明显，推动了智能电源管理技术的普及应用 •半导体对汽车行业成本影响：半导体行业性价比不断提升，汽车特别是新能源汽车功能数量不断增加，但是车辆的售价却在逐步降低；•能耗与成本的关系：基于智能配电和智能电源管理策略实现低压用电器电耗的降低，可实现较大收益 半导体对汽车行业成本影响 当前锂电池价格：每kwh电约800元整车功耗降低100W:1）按照500km纯电续航可增加约13km；按照15kwh/100km电耗，需消耗1.95kwh电量，相当于节约电池成本1560元 二、行业EE架构发展趋势 2.1 EE架构演进路线 为应对各种因素变化，行业EE架构进行不断演变，总体沿着分布式→域→中央的路线发展 •分布式架构：功能的传感、控制、执行部分都分散在各个控制器；形成若干个独立控制器组成的架构•域架构：同类型功能的逻辑集中，形成以（功能）域控制器为特征的架构•准中央架构：通过SOA将不同域控进行算力共享，达到类似一个中央计算平台的作用•中央架构：功能逻辑进行集中到1个中央控制器 二、行业EE架构发展趋势 2.2电动汽车EE架构发展现状 行业发展的趋势表明在2022年之后,ECU集成度不断提升,行业已投产车型陆续进入到域控制器时代，并逐渐向准中央架构过渡，电动汽车的EE架构演进步伐明显领先于传统汽车 三、各功能域的发展趋势 3.1整车功能域的划分 整车按照功能可分为整车控制、智能驾驶、智能座舱、智能网联四大域；整车控制包含了车身、动力、底盘、被动安全；智能网联域包含云和端交互的功能 •整车控制：以高低边驱动I/O为主，相对简单的控制逻辑、简单的算法，一般只需要较少的CPU算力•智能座舱：主要处理图像声音数据，少量识别算法，GPU算力要求高，部分NPU算力需求•智能驾驶：目标识别、融合算法为主，NPU、CPU算力要求高•智能网联：主要是提供可靠、足够带宽的数据通道 三、各功能域的发展趋势 3.2整车控制域发展趋势 整车控制域低压控制器已实现了多功能域跨域集成，动力相关的高压控制器也在逐步实现集成 •低压控制器集成趋势：传统的BCM发展成为BDC/VIU，集成度逐步提升，集成范围也从传统的车身，扩展到动力、底盘、热管理等域；集成度的提升使得I/O数量增加•高压控制器集成趋势：各主机厂相继推出高集成度多合一电驱，集成了IPU、OBC、DCDC/DCAC等高压控制器 高压控制器集成 低压控制器集成 从BCM到VIU,集成I/O数量由100+增加到800+，通过分成几个区域控制器（VIU）的方式实现可减少单控制器体积 高 集 成 电 驱 控 制 器 ， 实 现 了IPU、OBC、DCDC/DCAC等高压控制器集成 三、各功能域的发展趋势 3.3座舱域发展趋势 座舱域由车机+仪表独立控制器的形态，发展成为座舱域控制器，实现了音视频相关的交互、娱乐、安全辅助相关的功能的集成,外设的数量和类型不断增加，算力需求特别是GPU和NPU需求快速增加 •多功能集成：座舱域控制器既集成了传统座舱中的仪表和车机，又要兼容更多的新功能如IMS、DMS、HUD等•多外设接入：座舱智能化，和用户交互的需求显著提升，需要支持更多的屏幕、摄像头、扬声器、麦克风等•算力需求：大屏、多屏的高清图像、3D动画、渲染特效对于GPU算力需求显著增加，语音、人脸、手势等AI识别对于NPU需求也有一定增加 三、各功能域的发展趋势 3.4驾驶域发展趋势 智能驾驶正在向L3突破，目标向着L4、L5迈进，所配备的传感器数量增多，需求的算力剧增，安全冗余设计也成为了必须考量的设计因素 •传感器数量增多：智能驾驶等级越高，覆盖的场景就越多，所需要的感知能力就越强，所配备的传感器就越多。当前典型高阶智能驾驶传感器数量达到2L+11V+6R+12U。•算力指数型增长：当前智能驾驶正在L3等级，所需的AI算力在200T以内；未来随着智能驾驶覆盖的场景越来越复杂 多变，所处理的数据量进一步增大，L4预估所需的算力达1000T，L5预估所需的算力达超过2000T。•冗余型域控制器：双SOC芯片互为冗余，构建高安全可靠的域控制器。 四、未来EE架构发展技术方向 4.1未来EE架构设计理念 汽车设计由“功能汽车”向”智能汽车”转变，智能汽车由“可持续迭代升级”向”拟人化设计”进行转变 拟人化设计：具备感知、认知、交互、学习、执行能力 可持续升级，为用户带来常用常新的体验 四、未来EE架构发展技术方向 4.1未来EE架构设计理念 未来EE架构不再以功能域作为控制器设计对象，将参照人的各种能力构建智能汽车的能力，控制器算力决定了汽车的感知、交互、逻辑能力；传感器和执行器决定了汽车的基本行为和运动能力； 四、未来EE架构发展技术方向 4.2感知能力共享 随着汽车智能化的发展，实现汽车感知的传感器越来越多，未来EE架构将弱化功能域的概念，整车感知需求整体考虑设计，感知模块同时给多个功能域服务，实现能力共享 以雷达和摄像头类传感器为例：可实现驾驶、座舱、车控、底盘多个功能域能力共享： •车外摄像头用途：360全景、驾驶辅助、电子外后视镜、流媒体后视镜、AR导航、人脸进入、雨量识别•车内摄像头用途：车内影像监控、疲劳监测、活物监测、人脸识别、手势识别•雷达用途：驾驶辅助、安全辅助、电动门 四、未来EE架构发展技术方向 4.3控制器设计分层解耦 控制器软硬件设计分层解耦，提升了设计效率和质量，未来控制器将实现白盒化设计，做到软硬、软软、服务的分层解耦设计； 控制器设计工作与炒菜类似：炒菜：要想做出色香味俱全且安全卫生的菜品，就需要分工合作，各司其职，每个环节做到标准化和高质量； 控制器软硬件设计：工作分层解耦，让复杂的设计工作分解为多个版块，各板块工程师做到术业有专攻； 星级饭店分工： 全能型路边摊厨师： 买菜、切菜、做饭、服务、洗碗全部包干 1.食料采购 2.墩子3.厨师4.服务员5.洗碗工 软硬分层解耦 服务分层解耦 软软分层解耦 四、未来EE架构发展技术方向 4.4接口标准化 个人电脑经历了几十年的快速发展，目前接口逐渐统一；汽车的接口目前类型繁多，但标准化也是必然趋势；接口标准化可以推动零部件的平台化，降低成本，提升开发效率 •I/O接口类型的合并与统一：需要汽车电子电气行业共同努力；•接口标准化：包括了物理接口与电路标准化、底层和中间层协议标准化、应用层数据接口标准化，也需要行业共同推动； PC曾经用过的各种数据、电源、音频、视频、网卡接口 最新笔记本电脑接口：有线：TYPE C+HDMI无线：WIFI+蓝牙 四、未来EE架构发展技术方向 4.5集成与区域化 集成化是整车降本最重要的手段，车身域内功能集成已广泛应用，越来越多的跨域集成方案；区域化是跨域集成设计必然的产物，可以减少线束，实现算力资源共享 •集成化：目前行业整车控制域已实现各种类型的驱动集成，车身域、空调热管理、动力域、底盘域功能集成；•区域化：可以节省线束；通过I/O与计算分离，逻辑集中设计，实现算力资源共享 1）驱动与逻辑集成:可减少整车ECU数量，降低整车成本； 1）必然因素：主机厂/OEM横向设计能力提升（掌握了多个域的设计能力），更多的域具备自主设计能力，2）带来的效益：节省线束，实现算力资源共享； 整车控制域已集成了传统的车身、热关联、及部分动力、底盘、BMS低压控制部分的功能； 2）逻辑集成:实现“驱控分离”，将控制逻辑上移到区域控制器，由区域控制器实现逻辑处理并向上提供开放接口，可降低执行模块的芯片复杂度。 四、未来EE架构发展技术方向 4.6驾舱融合 智能驾驶和智能座舱系统都是高算力需求的系统，而且行车辅助、泊车辅助、座舱功能之间交互数据量巨大。通过融合可以更充分地实现算力共享，减少域间通讯的成本，节约带宽资源 •短期实现行泊融合或舱泊融合：由于芯片算力和算法生态的约束，短期内先实现行车、泊车融合，或者座舱与泊车融合•长期实现舱行泊融合：随着智能驾驶功能等级的提升和逐步普及，基于高算力计算中心的舱行泊解决方案也即将到来 四、未来EE架构发展技术方向 4.6端云一体化 构建车端、云端、生态统一协同的端云一体技术业务架构。车端数据能力对外开放；云端数据通过车联网回传到车端实现数据闭环；车、云、生态数据共享实现第三方应用生态闭环 •数据能力开放：车端向云端开放服务接口和数据共享，OEM私有云向生态云开放生态应用和数据接口•数据闭环：车端数据上传到云端，进行清洗存储和挖掘后•生态闭环：车机、OEM私有云与第三方应用通过生态闭环实现应用共享，让用户消费电子的应用和个性化数据延续到车端 四、未来EE架构发展技术方向 4.7低压电源分配与管理智能化 配电方式由传统保险盒配电向区域控制器配电方式转变，实现线束节约；依托于智能配电技术实现智能电源管理实现可动态管理、可升级，达到优化低压能耗的目的 •区域配电：区域控制器直接配电相对于传统配电方式减少一层级，且就近对传感、执行模块供电，实现了线束节约；•智能电源管理：HSD、E-fuse的智能配电替代传统继电器+保险丝的方案，实现多场景电源管理，且策略可OTA升级； 智能电源管理 传统电源管理 区域配电设计 传统配电设计 基于功能场景、智能配电技术实施智能电源管理： 依托于控制器自己电源、网关管理策略： 电源—>区域控制器—>感执行器 电源—>保险盒—>各控制器—>传感执行器 1.开放电源管理能力，实现多场景的电源管理；2.动态电源管理，可升级策略3.智能电源故障诊断； 1.电源档位；2.OFF档延时供电； 四、未来EE架构发展