电子电气架构---EEA的发展趋势

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

一、EEA的发展趋势

域控制架构：传统的分布式ECU架构正在向域控制架构转变，即将车辆划分为几个功能域（如动力域、底盘域、车身域、信息娱乐域等），每个域由一个或多个高性能计算平台控制，以提高系统的集成度和响应速度。

软件定义汽车：随着软件在汽车功能中占比的增加，EEA越来越注重软件的可升级性和可重用性。这要求EEA设计时考虑到软件的模块化、标准化和接口的统一性，以便在不改变硬件结构的情况下通过软件升级来优化车辆性能或增加新功能。

高速网络通信：为了支持更高带宽的数据传输和更复杂的车辆功能，EEA正在逐步采用更先进的通信协议和技术（如Ethernet、CAN FD等），以提高网络通信的效率和可靠性。

智能化和网联化：随着自动驾驶和智能网联技术的发展，EEA需要支持车辆与外部环境的实时交互和智能决策。这要求EEA具备强大的数据处理能力、高精度的定位能力以及与云端服务的无缝连接能力。

二、汽车电子电气架构向中央计算迈进

汽车分布式电子电气架构已不能适应汽车智能化的进一步进化。高度集成是解决之道。 基于少量高性能处理器打造汽车的“大脑”，通过一套新型的电子电气架构，形成快速传递信息的“神经网络”和“血管”，以控制和驱动所有电子件和传感器。

高度集成的优势：

-> 性能提升：采用少量高性能处理器作为核心处理单元，能够大幅提升计算能力和处理速度，满足复杂算法和实时数据处理的需求。

->成本降低：通过减少处理器数量和优化硬件设计，可以有效降低材料成本和制造成本。同时，集成化设计也简化了布线，减少了连接器和线缆的使用，进一步降低了成本。

->可靠性增强：高度集成的系统减少了部件间的接口和连接点，从而降低了故障发生的概率。同时，通过冗余设计和故障隔离机制，可以提高系统的整体可靠性和稳定性。

->软件升级便捷：集成化的架构使得软件更新和升级变得更加简单快捷。通过OTA（Over-the-Air）技术，可以远程推送软件更新，不断优化车辆性能并引入新功能。

->信息传输高效：新型电子电气架构采用高速通信协议和总线技术（如CAN FD、Ethernet AVB/TSN等），确保车辆内部信息能够快速、准确地传递，为实时控制和高精度决策提供支持。

实现路径：

->模块化设计：将车辆功能划分为多个独立的模块，每个模块负责特定的功能域（如动力、底盘、车身、信息娱乐等），并通过统一的接口与中央处理器进行通信。

->中央计算单元（CCU）：部署高性能的CCU作为车辆的“大脑”，负责处理来自各个模块的数据，并发出控制指令。CCU应具备强大的计算能力和灵活的扩展性，以应对未来技术的不断升级。

->区域控制器（ZCU）：在车辆不同区域设置ZCU，负责该区域内传感器和执行器的信息收集和指令执行。ZCU通过高速总线与CCU进行通信，形成分布式控制网络。

->软件定义汽车（SDV）：采用SDV理念，将软件视为车辆的核心价值之一。通过不断迭代和优化软件，实现车辆功能的持续升级和个性化定制。

少量的高性能计算单元替代过去大量分布式 MCU（微控制单元），多个分散的小传感器集成为功能更强的单个传感器，汽车功能逐步整合集中， ECU的减负意味着把整车原先搭载的几十上百个 ECU逐一进行软硬件剥离，再把功能主要通过软件迁移到域控制器（ 域控制器是指域主控硬件、操作系统、算法和应用软件等几部分组成的整个系统的统称）中， 如自动驾驶、娱乐、网关等，在域控制器架构的基础上，更进一步把不同功能的域进行整合，就到了跨域融合阶段，再进一步到中央计算+位置域阶段。华为判断到 2030 年电子电气架构将演进为中央计算平台+区域接入+大带宽车载通信的计算和通信架构。

汽车电子电气架构的升级主要体现在硬件架构、软件架构、通信架构三方面： 硬件架构从分布式向域控制/中央集中式方向发展、 软件架构从软硬件高度耦合向分层解耦方向发展、 通信架构由LIN/CAN 总线向以太网方向发展。

模块化阶段: 一个 ECU 负责特定的功能，比如车上的灯光对应有一个控制器，门对应有一个控制器，无钥匙系统对应有一个控制器。 随着汽车功能增多这种架构日益复杂无法持续。 2） 集成化阶段，单个 ECU 负责多个功能， ECU数量较上一阶段减少。 在这两个阶段，汽车电子电气架构仍处于分布式阶段， ECU 功能集成度较低。

功能域控阶段: 功能域即根据功能划分的域控制器，最常见的是如博世划分的五个功能域（动力域、底盘域、车身域、座舱域、自动驾驶域）。 域控制器间通过以太网和 CANFD（ CAN with Flexible Data-Rate）相连，其中座舱域和自动驾驶域由于要处理大量数据，算力需求逐步增长。动力总成域、底盘域、车身域主要涉及控制指令计算及通讯资源，算力要求较低。

跨域融合阶段: 在功能域基础上，为进一步降低成本和增强协同，出现了跨域融合，即将多个域融合到一起，由跨域控制单元进行控制。比如将动力域、底盘域、车身域合并为整车控制域，从而将五个功能域（自动驾驶域、动力域、底盘域、座舱域、车身域）过渡到三个功能域（自动驾驶域、智能座舱域、车控域）。

中央计算+位置域阶段。 随着功能域的深度融合， 功能域逐步升级为更加通用的计算平台， 从功能域跨入位置域（如中域、左域、右域）。 区域控制器平台（ Zonal Control Unit， ZCU）是整车计算系统中某个局部的感知、数据处理、控制与执行单元。它负责连接车上某一个区域内的传感器、执行器以及 ECU等，并负责该位置域内的传感器数据的初步计算和处理， 还负责本区域内的网络协议转换。 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。

传感器、执行器等就近接入到附近的区域控制器中，能更好实现硬件扩展，区域控制器的结构管理更容易。 区域接入+中央计算保证了整车架构的稳定性和功能的扩展性，新增的外部部件可以基于区域网关接入，硬件的可插拔设计支持算力不断提升，充足的算力支持应用软件在中央计算平台迭代升级。

汽车电子电气架构的演进为软硬件解耦提供了有力支撑， 高度中心化的电子电气架构带来计算集中化、软硬件解耦、平台标准化、功能定制化:

-> 1、算力趋向于集中，众多的 ECU集中到几个强大的算力平台，为软件运行提供了算力基础；

随着自动驾驶、人工智能等技术的快速发展，车辆对算力的需求急剧增加。传统的分布式电子控制单元（ECU）架构已难以满足这种需求，因此，算力趋向于集中成为了一个重要的发展方向。通过将众多的ECU集中到几个强大的算力平台上，如中央计算单元（CCU）或高性能域控制器，可以为车辆上的软件应用提供充足的算力支持，确保复杂算法和实时数据处理的高效执行。

-> 2、底层软件和代码开始打通，操作系统为核心的软件生态开始建立，软件可以实现持续迭代， OTA 发展提速；

在高度集成的电子电气架构中，底层软件和代码的打通是实现软件定义汽车（SDV）的基础。这意味着不同域、不同功能之间的软件可以相互兼容、相互协作，形成一个统一的软件生态。同时，以操作系统为核心的软件架构开始被广泛应用，它为上层应用提供了统一的开发接口和运行环境，使得软件可以实现持续迭代和快速部署。通过OTA（Over-the-Air）技术，车辆可以远程接收软件更新，不断提升性能和功能，为用户提供更加个性化、智能化的驾驶体验。

-> 3、域控制器+时间敏感以太网可以实现数据的高速处理和传输，为软件应用的发展创造了条件。

在高度集成的EEA中，域控制器作为车辆各个功能域的核心控制单元，负责该区域内传感器和执行器的信息收集和指令执行。同时，时间敏感以太网（TSN）等高速通信协议的应用，为域控制器之间的数据传输提供了强有力的支持。这种通信方式具有低延迟、高可靠性和确定性等特点，可以确保车辆内部数据的高速处理和实时传输，为软件应用的发展创造了条件。例如，在自动驾驶系统中，高清地图、传感器数据、控制指令等信息的实时传输和处理是实现安全、高效自动驾驶的关键。

集中式电子电气架构是软件定义汽车的基石

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