电子电气架构--- 架构演进驱动下OEM多重变化

汽车   2024-08-26 08:18   中国  

我是穿拖鞋的汉子,魔都中坚持长期主义的汽车电子工程师。

老规矩,分享一段喜欢的文字,避免自己成为高知识低文化的工程师:

屏蔽力是信息过载时代一个人的特殊竞争力,任何消耗你的人和事,多看一眼都是你的不对。非必要不费力证明自己,无利益不试图说服别人,是精神上的节能减排。
无人问津也好,技不如人也罢,你都要试着安静下来,去做自己该做的事.而不是让内心的烦躁、焦虑、毁掉你本就不多的热情和定力。

时间不知不觉中,快要来到夏末秋初。一年又过去了一大半,成年人的时间是真的不经过。

本文主要分享电子电气架构 — 架构演进驱动下OEM多重变化

一、架构演进,汽车软件所有权逐渐收归主机厂

汽车电子架构迈向中央计算, ECU 数量减少,意味着原先软硬一体的模块拆解出来,再进行域控制器的集中, 而这并非简单的物理集成,越来越多的主机厂正在收拢更多主导权, 从应用层软件到中间件,到底层软件,甚至到核心硬件,都希望实现全栈覆盖, 这个过程是主机厂将原先软硬一体的供应商的软件部分抽取出来聚集于自身的过程。受制于现存供应链和自身软件实力弱,这会是一个渐进的过程。一旦电子电气架构进入中央计算+区域控制阶段以后,汽车软件所有权将主要属于主机厂,主机厂将长期享有软件红利,比传统车时代拥有更强的产业链话语权,主机厂将把产品持续更新的命脉握在自己手中。

汽车行业与手机、电视行业的区别在于,在汽车上运行的软件是量身定制的。因此除汽车外,汽车制造还将在很长一段时间内拥有软件带来的机遇。这与手机行业有着本质上的不同,除了少数几家手机制造商之外,他们基本无法从软件中获益。而车企可以,前提是他们必须先打造一辆可编程的汽车,如果汽车无法运行优质软件,那么他们能够提供给客户的软件就会相对有限。

软硬件解耦与域控制器集中

随着ECU(电子控制单元)数量的减少和功能的集中,汽车内部原本分散的软硬件模块被重新整合。这种解耦不仅提高了系统的灵活性和可扩展性,也为后续的软件升级和功能迭代提供了便利。域控制器的引入,如动力域、底盘域、车身域、座舱域等,使得各个系统能够更高效地协同工作,同时也降低了系统的复杂性和成本。

全栈覆盖的野心

主机厂希望实现从应用层到中间件、底层软件乃至核心硬件的全栈覆盖,这背后是对软件定义汽车(Software-Defined Vehicle, SDV)趋势的深刻洞察。通过掌握全栈技术,主机厂能够更直接地控制产品的功能和性能,加速产品的迭代和创新,从而在竞争激烈的市场中保持领先地位。

供应链关系的重构

这一过程对供应链关系产生了深远影响。传统上,主机厂依赖于供应商提供完整的软硬件解决方案。但在中央计算架构下,主机厂需要更多地参与到软件的开发和集成中,这可能导致与供应商的合作模式发生变化。一些主机厂甚至开始自建研发团队,以掌握关键技术和知识产权。

软件红利的长期享有

随着汽车电子电气架构进入中央计算+区域控制阶段,软件在汽车产品中的价值将进一步提升。主机厂通过掌握软件所有权,能够长期享有软件更新、升级和服务带来的红利。这不仅有助于提升产品的附加值和竞争力,还为未来可能的车载软件订阅服务、OTA升级等商业模式提供了基础。

挑战与机遇并存

这一转型过程并非一蹴而就。主机厂面临着来自供应链、技术实力、人才储备等多方面的挑战。特别是在软件开发领域,主机厂需要投入大量资源来构建和完善自身的软件能力。但与此同时,这也为主机厂带来了前所未有的发展机遇,使其能够更深入地参与到汽车产品的全生命周期管理中,掌握产品持续更新的命脉。

分布式架构下,主机厂相当于一个硬件集成者, Tier1 把上游的 Tier2(嵌入式软件供应商、 芯片供应商)打包后提供给主机厂, 为提高产品把控权,主机厂在功能车时代一般选择自研高价值模块,也是消费者能感受到的差异化部分,即动力总成部分。

第二阶段的功能域部分,类似功能合并为域,软件逐步从过去的黑盒中分离,主机厂出于原有供应链和自身软件能力的考虑,选择直接与原来的 Tier1/2合作,在应用软件层,可能选择合作模式,也可能选择自研模式,比如小鹏、长城的自动驾驶算法选择自研,而其它一些主机厂选择与百度、 momenta、 小马智行、华为进行合作。这时主机厂根据能力不同,对域控制器的软硬件部分参与程度不一,由此域控制器供应商的服务也不同,对于自研程度深的主机厂,域控制器供应商相当于纯代工角色,对于自研程度浅的主机厂来说,域控制器供应商相当于全方位的“保姆”角色。

第三阶段跨出功能域框架, 进入中央计算+区域控制阶段以后,大部分 ECU消失,各传感器/执行器被中央计算单元支配,原属于 Tier1的大部分策略层的软件由主机厂主导, 主机厂对软件中的高价值模块的介入程度渐深, 因此主机厂必须要有专业的软件团队,以集成自研与外包软件,软件所有权主要属于汽车制造商。大众汽车计划到 2030年将软件自研比率提升到 60%(聚焦于人工智能、大数据、保密以及安全), 虽然自研比例大幅提升,外采软件总规模也将增长,但大众将定义车载软件的标准和路线图。CARIAD业务规划主要涵盖四块内容:

1)电子电气架构 E³架构;

2) VW.OS(大众汽车操作系统);

3) VW.AC(大众汽车云);

4)关键应用。

自研高价值模块的多少将很大程度决定不同主机厂的盈利能力,类似于不同消费电子品牌有着巨大的盈利能力差异。主机厂根据自身业务体量、 研发实力、 现金流状况、 历史包袱等评估适合自己的路径。平价与豪华,燃油与电动都将做出截然不同的转型选择。

-> 1、第一梯队,比如特斯拉,实现芯片、 操作系统、 中间件、 域控制器系统集成等核心领域全自研,硬件外包。

-> 2、选择一到两个核心技术上重点突破。比如自动驾驶感知算法是否选择自研。从自动驾驶算法自研落地节奏看,小鹏、长城、华为相对靠前。也有主机厂选择自研座舱芯片,比如吉利汽车旗下的亿咖通。

-> 3、 多手准备。主机厂一方面组建自己的软件团队,另一方面积极同科技企业/互联网公司建立合作联盟,在自身拥有成熟的软件开发能力之前,基础软件,软硬件架构方案仍依赖 TIER-1 或新兴软件企业。比如上汽集团的零束,目前跟外部各类企业合作较多,涵盖SOC 芯片企业、算法公司、域控制器供应商等(高通、地平线、联合电子、 momenta)。

-> 4、车企只做品牌运营, 软件开发主要外包, 零部件作为一个系统整体打包给大型供应商或者互联网企业。

随着电子电气架构演进,从安全、数据、用户三个维度看主机厂的地位变化:

-> 电子架构向车云一体发展将使得智能车成为一个更加开放的智能触点,安全要求大幅提高,整车厂是第一责任体。

-> 选择辅助驾驶自研的主机厂,辅助驾驶功能将越用越好。随着辅助驾驶渐进式演进,越来越多原先做 L4 的算法公司开始与主机厂合作,这也说明有效里程产生的数据成为下一阶段辅助驾驶能力能否领先的关键点。

-> OEM 将在车辆全生命周期内实时直链用户,与 C端粘性显著增强, 用户运营、远程诊断与服务将成主机厂基于存量车的业务触发点。

传统车企的 V 型研发模式(包含机械硬件测试、供应链协同、造型设计等)需要 5-7年的研发周期,无法适应移动服务的快速迭代和存量用户的运营。未来软硬件分离研发,在软件上变革为闭环开发模式,快速迭代,而硬件可提前预埋并在相当长时间保持原状。

传统OEM开发模式

-> 各 Tier1 完成所有功能的软件开发

-> 各系统较封闭从而形成信息孤岛,外部开发者无法介入开发

-> 代码无法复用,大量软件工作用于适配不同硬件

-> 硬件产生价值

面向软件定义汽车的开发模式

-> OEM 不仅仅只是架构的定义者以及系统集成者,还主导脱离底层操作系统以及硬件的基础软件平台和大部分策略层面软件的开发。

-> 各系统 Tier1 完成底层软件的开发。

-> 开放的应用服务生态,即插即用的高效可扩展性。

-> 软件产生价值,满足千人千面的用户需求

在分布式 ECU 时代,车企只需要做集成硬件即可完成产品生产交付;到了功能域控制器时代,软件从分布式 ECU 回收上移至功能域控制器,但各部门依然按照功能划分,比如划为智能座舱、智能驾驶和智能车控三个部门;功能域再往前演进,在中央计算平台时代,硬件完成大一统整合,软硬件开发解耦,软件与分层解耦,开发团队的调整不可避免, 烟囱式的以功能划分的组织设计将被打破。因此近年来主机厂纷纷成立数字化中心、软件中心等新的组织,就是为了适应这种发展趋势。

强后台就是储备最优质、更前沿的技术,通过大量、前沿的预研投入保持领先。广义的后台除技术外,还包括机制质量、人力资源政策、战略布局和资本运作等内容;大中台在小前台的作战中,随时给予及时的补给和支援, 以面向用户的小前台为核心,形成“一车一品牌一公司” 的组织形态,打造出了若干个运营组织。目前看,车企都在通过各种组织创新以顺应电子电气架构演进趋势。

二、架构升级使得主机厂盈利模式多样化成为可能

基于迈向中央计算的电子电气架构,主机厂原有盈利模式将被大幅拓宽。由于车企拥有大量移动终端,未来将拥有海量数据(涉及车身数据,环境数据,驾驶数据,车内人的各类数据), 并可在全生命周期直达用户, 据此可衍生出多类业务模式,如软件算法、虚拟司机、出行服务、运营平台、售后服务及诊断等;更长远地看,无人驾驶出现后,车辆出现的软件生态还拥有更广阔的想象空间。目前一些整车品牌已在进行车辆静止状态下的座舱创新,以激发并满足日益增加的娱乐、休憩等各类需求,这也使得车辆超越了单纯物理移动的意义,类似于智能手机早就超越了单纯的通信意义。

数据驱动的业务模式创新

在拥有海量数据的基础上,主机厂可以运用先进的算法和模型,提供精准的服务和个性化的体验。例如,通过分析驾驶数据和车辆状态,可以优化车辆性能,提供预测性维护服务,减少故障发生;通过分析车内人的行为数据,可以定制化推送娱乐内容、健康建议等,提升用户体验。

软件算法与虚拟司机

随着自动驾驶技术的不断发展,软件算法将成为车辆的核心竞争力之一。主机厂可以通过自主研发或合作,开发先进的自动驾驶算法,提供从辅助驾驶到全自动驾驶的解决方案。此外,虚拟司机概念的提出,也预示着未来车辆将能够自主完成更多任务,如自动泊车、自动充电等,进一步提升用户便利性和安全性。

出行服务与运营平台

基于车辆和数据的优势,主机厂可以拓展出行服务领域,如网约车、共享汽车等。通过建立运营平台,整合车辆资源,提供灵活多样的出行方案。同时,平台还可以收集用户出行数据,进一步优化服务质量和用户体验。

售后服务与远程诊断

通过车联网技术,主机厂可以实现对车辆状态的实时监控和远程诊断。这不仅可以提高售后服务效率,降低维修成本,还可以提前发现潜在问题,预防故障发生。此外,基于大数据分析的预测性维护服务也将成为售后服务的重要组成部分。

无人驾驶与软件生态

无人驾驶技术的出现将进一步拓宽车辆的应用场景和盈利模式。在无人驾驶模式下,车辆将不再仅仅是交通工具,而是成为移动的生活空间、工作场所或娱乐中心。主机厂可以围绕这一趋势,构建丰富的软件生态系统,提供多样化的服务和应用程序,满足用户的多元化需求。

座舱创新与用户体验

正如您所提到的,一些整车品牌已经开始在车辆静止状态下进行座舱创新,以满足用户日益增长的娱乐、休憩等需求。这种创新不仅提升了车辆的附加值和竞争力,还使得车辆超越了单纯物理移动的意义,成为用户生活的一部分。未来,随着技术的不断进步和用户需求的变化,座舱创新将持续深化和拓展。

特斯拉车内已内置 22种游戏,技术部门正努力将 steam 上的游戏库引入旗下车辆,未来特斯拉车机将支持流畅运行 steam。硬件上, 2022年特斯拉全系车辆将搭载 AMD Ryzen芯片组,性能上媲美最新款的索尼游戏主机 Playstation5。随着内容生态的日渐丰富, 未来汽车可能参与内容的分成,这可能成为一个空间巨大的收入来源。

总结

中央集中式电子电气架构是软件定义汽车的前提。随着整车电子电气产品应用的增加,单车 ECU数量激增,分布式电子电气架构由于算力分散、布线复杂、软硬件耦合深、通信带宽瓶颈等缺点而无法适应汽车智能化的进一步发展,正向中央计算迈进:汽车将以少量高性能计算单元替代大量 ECU,为日益复杂的汽车软件提供算力基础;实现软硬件解耦+软件分层解耦,使得汽车软件可经 OTA 实现快速迭代;大带宽通信架构以适应车辆日益激增的数据量和低时延要求。

领先的电子架构是车企在智能化上保持领先的前提。电子电气架构由分布式迈向中央计算,把原本高度分散的控制功能逐步整合并收归是车企的全新一课,基于现存研发组织架构及整零关系,架构演进呈渐进式。特斯拉与造车新势力历史包袱相对较轻,但也需 3代车型方可进化到跨域融合式架构, Model 3开启电子架构全面变革,实现了中央集中式架构的雏形,基于此特斯拉实现了辅助驾驶软硬件高度垂直整合,保有车辆亦可实现相关功能的常用常新和持续领先。传统车企电子架构仍多处功能域早期,呈“分布式 ECU+域控制器”的过渡形态。

架构演进驱动主机厂多重变化。架构演进过程背后,是主机厂把原属于供应商的软硬一体的部件中的控制功能提取出来收归融合于自身的过程,主机厂的软件自研比例将显著上升,汽车软件所有权逐渐收归主机厂。在此过程中,主机厂将根据不同的品牌定位及自身实力决定自研高价值模块的多少、介入程度的深浅,如特斯拉核心模块全自研,硬件外包,也可能存在做品牌运营,软硬件均大比例外包的整车品牌。

架构演进改变汽车开发模式、研发人才结构及组织形式、整零关系。主机厂利润池大幅拓宽,将长期享有软件红利,通过硬件预埋及可插拔+用户付费解锁服务,主机厂可于保有车辆上实现软件、内容盈利变现,亦增强品牌的用户粘性。

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