未來汽車EE架構(gòu)趨勢(shì)

多種趨勢(shì)推動(dòng)著電動(dòng)汽車（EV）、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）和插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（PHEV）的發(fā)展。城市化和可持續(xù)發(fā)展的壓力促使各國(guó)政府出臺(tái)支持性法規(guī)，使制造商從中受益，而稅收優(yōu)惠政策則促使消費(fèi)者采用電氣化車型。2023 年，純電動(dòng)汽車的銷量將達(dá)到輕型汽車總銷量的 13%，其中有五個(gè)國(guó)家處于領(lǐng)先地位。在挪威，2022 年電動(dòng)汽車銷量占所有乘用車銷量的 80%；冰島占 41%；瑞典占 32%；荷蘭占 24%；中國(guó)占 22%。

目前，高壓推進(jìn)系統(tǒng)和汽車電氣架構(gòu)的快速創(chuàng)新正在推動(dòng)對(duì)低壓電氣和電子（E/E）架構(gòu)以及這些平臺(tái)的相關(guān)布線和連接器組件進(jìn)行徹底的反思和重新設(shè)計(jì)。許多全球汽車項(xiàng)目已經(jīng)從傳統(tǒng)的分布式 E/E 架構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)轭I(lǐng)域集中式 E/E 架構(gòu)，并將需要再次轉(zhuǎn)變?yōu)榉謪^(qū) E/E 架構(gòu)，以容納為 ADAS 和自動(dòng)駕駛功能供電的復(fù)雜高壓系統(tǒng)。

盡管目前只有 2% 的汽車采用分區(qū) E/E 架構(gòu)，但預(yù)計(jì)到 2034 年，這一比例將達(dá)到 38%。上汽、零跑、Nio、Stellantis 和特斯拉等汽車制造商已經(jīng)推出了采用分區(qū)架構(gòu)的汽車，推動(dòng)了其他汽車制造商更快地采用這種架構(gòu)。

如今，電氣化汽車制造商不僅利用軟件來提高安全性、舒適性和信息娛樂功能，還利用軟件來提高電氣化程度、ADAS/AV 功能、共享交通服務(wù)和互聯(lián)交通系統(tǒng)。未來，車輛功能和相關(guān)軟件的開發(fā)將獨(dú)立于其運(yùn)行所依賴的硬件，并在車輛的整個(gè)生命周期內(nèi)不斷更新，這就是 "軟件定義車輛"（SDV）。

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，汽車行業(yè)正在學(xué)習(xí)電信和計(jì)算機(jī)行業(yè)著名的軟件架構(gòu)和開發(fā)方法，并以更先進(jìn)的方式加以采用。我們面臨的挑戰(zhàn)是如何將技術(shù)行業(yè)的優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為汽車行業(yè)更高的要求，同時(shí)在復(fù)雜的供應(yīng)鏈環(huán)境中協(xié)調(diào)必要的設(shè)計(jì)變更和硬件開發(fā)。

以下是電氣系統(tǒng)（包括其線路和連接）如何影響汽車 E/E 架構(gòu)的變化：

摒棄 "分布式架構(gòu)"。在分布式架構(gòu)下，汽車制造商可以在空間允許的情況下，通過添加新的電子控制單元（ECU）來實(shí)現(xiàn)新的功能。采用分布式架構(gòu)的豪華車型使用 100 多個(gè) ECU，引擎蓋下的線束長(zhǎng)達(dá) 4 公里（2.5 英里）。

然而，出于成本和安全方面的考慮，分布式架構(gòu)已不再適合未來的發(fā)展。一方面，基于軟件的新功能（例如，使用來自不同域的傳感器信息）導(dǎo)致集成成本上升。另一方面，"智能網(wǎng)聯(lián)?"更多的 ECU 由于有多個(gè)來自外部的潛在數(shù)字接入點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)攻擊的機(jī)會(huì)也更多。因此，有必要對(duì) E/E 架構(gòu)進(jìn)行修改，從而對(duì)電氣系統(tǒng)進(jìn)行修改。

采用域架構(gòu)：域架構(gòu)使系統(tǒng)具有邏輯組織性，并適用于云連接。例如，ADAS、信息娛樂系統(tǒng)、遠(yuǎn)程信息處理系統(tǒng)和網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)都被分組，每個(gè)系統(tǒng)都有自己的處理器。盡管域架構(gòu)是分布式架構(gòu)的一大進(jìn)步，但它增加了布線和連接的數(shù)量，因此增加了車輛重量和成本。因此，這些域架構(gòu)最終不是組織車輛電氣系統(tǒng)的最有效方式。

轉(zhuǎn)向分區(qū)架構(gòu)：在分區(qū)架構(gòu)中，系統(tǒng)在邏輯上和物理上被劃分為多個(gè)區(qū)域，這些區(qū)域可以被有效地組織起來。在每個(gè)區(qū)域內(nèi)，所有系統(tǒng)都由相同的處理器管理，擁有各自的配電裝置，并通過網(wǎng)關(guān)連接到以太網(wǎng)，然后再連接到中央車輛計(jì)算機(jī)。幾個(gè) ECU 就能管理整個(gè)車輛，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高級(jí)功能。豪華車型將擁有更多的分區(qū)，以提供更先進(jìn)的功能，而基本車型將擁有更少的分區(qū)和系統(tǒng)。此外，低壓數(shù)據(jù)連接和高壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是分開的，但同時(shí)工作。

在分區(qū)布置中，由于 ECU 與執(zhí)行器和傳感器的距離更近，因此所需的布線和連接更少。制造商可通過實(shí)現(xiàn)高效連接、減輕重量和降低成本以及提高整體可靠性而獲益。

域架構(gòu)通過結(jié)構(gòu)合理、簡(jiǎn)潔安全的軟件代碼促進(jìn)控制，同時(shí)可帶來新的、復(fù)雜的軟件功能，例如更高級(jí)別的自動(dòng)駕駛功能，從而幫助汽車制造商更快地開發(fā)和部署高級(jí)別的自動(dòng)駕駛功能。

空中下載（OTA）更新：原始設(shè)備制造商只需 "閃爍 "新功能或更新即可輕松更新軟件，從而提高軟件的穩(wěn)定性和安全性。

訂閱服務(wù)：軟件定義的汽車能夠提供車載訂閱服務(wù)。消費(fèi)者在購買新車時(shí)可能會(huì)選擇基本、中級(jí)或豪華套餐。然而，OTA 意味著他們還可以隨時(shí)添加或取消其他服務(wù)。例如，消費(fèi)者可能會(huì)在冬天選擇加熱座椅，或在公路旅行時(shí)添加豪華信息娛樂套餐。

通過優(yōu)化設(shè)備位置，布線長(zhǎng)度大大縮短；通過功能集成，可省去一些電纜。扁平柔性電纜 (FFC) 和柔性印制電路 (FPC) 等圓形絞合導(dǎo)線的替代品越來越多地進(jìn)入市場(chǎng)，從而提高了生產(chǎn)和處理的自動(dòng)化程度。隨著行業(yè)不斷實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，重量更輕但功能更強(qiáng)的新解決方案將繼續(xù)提高運(yùn)營(yíng)效率并節(jié)約成本。

采用分區(qū)架構(gòu)，硬件和軟件分離。這使原始設(shè)備制造商能夠并行創(chuàng)新，并通過 OTA 推出新功能和服務(wù)。

由于采用了集中化和分區(qū)架構(gòu)，集成度更高的設(shè)備數(shù)量更少。將多個(gè)功能系統(tǒng)集成到一個(gè)設(shè)備中可減少包裝空間，降低連接的復(fù)雜性。

自動(dòng)化是降低成本和提高質(zhì)量的驅(qū)動(dòng)力。更輕的線束更容易用機(jī)器人安裝，機(jī)器人也不會(huì)疲勞，從而提高產(chǎn)量。此外，原始設(shè)備制造商可以實(shí)現(xiàn)子線束標(biāo)準(zhǔn)化，簡(jiǎn)化操作并降低開發(fā)成本。

市場(chǎng)將轉(zhuǎn)向標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的解決方案，使汽車制造商能夠?yàn)槠渌到y(tǒng)節(jié)省空間。子線束將安裝在這些模塊中，然后集成到汽車架構(gòu)中。對(duì)于原始設(shè)備制造商來說，這意味著在組裝地點(diǎn)和方式上獲得更大的自由度。

汽車輕量化也有利于消費(fèi)者，內(nèi)燃機(jī)汽車可提高燃油效率，電氣化車型可延長(zhǎng)行駛里程。

電氣化代表著汽車設(shè)計(jì)、集成和交付方式的重大轉(zhuǎn)變。要實(shí)現(xiàn)分區(qū)架構(gòu)的承諾，需要進(jìn)行的變革包括。

在高壓應(yīng)用方面，電池、電機(jī)、電力電子設(shè)備和材料供應(yīng)商將合作設(shè)計(jì)新系統(tǒng)。在低壓方面，半導(dǎo)體制造商、材料和元件供應(yīng)商將攜手降低成本，提高可靠性。

從歷史上看，汽車制造商及其一級(jí)供應(yīng)商在設(shè)計(jì)硬件時(shí)，主要關(guān)注新系統(tǒng)所需的軟件。而采用分區(qū)架構(gòu)后，情況正好相反。原始設(shè)備制造商將設(shè)計(jì)和開發(fā)軟件來控制分區(qū)，然后再考慮如何改變硬件以支持分區(qū)--硬件必須緊跟軟件。這就實(shí)現(xiàn)了軟件開發(fā)主權(quán)從一級(jí)供應(yīng)商向原始設(shè)備制造商的轉(zhuǎn)移。通過中間件層將硬件與軟件嚴(yán)格分離，可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的軟件/硬件開發(fā)流程和生命周期。

原始設(shè)備制造商將控制大部分軟件開發(fā)，并將幫助引領(lǐng)硬件分銷的標(biāo)準(zhǔn)化和簡(jiǎn)化。它們還將把電子設(shè)備等系統(tǒng)模塊化。這將為汽車制造商帶來更大的價(jià)值，使他們能夠在更多車型范圍內(nèi)使用系統(tǒng)。原始設(shè)備制造商將通過提高運(yùn)營(yíng)效率和降低成本而受益。

幾十年來，12 伏電源系統(tǒng)一直是標(biāo)準(zhǔn)配置。采用分區(qū)架構(gòu)后，將需要 48 伏電壓來支持系統(tǒng)更高的功耗和冗余要求。48 伏電源網(wǎng)可降低功率損耗，使線束更輕便。

越來越多的原始設(shè)備制造商意識(shí)到，他們需要更快地進(jìn)行創(chuàng)新。越來越多的汽車制造商宣布致力于開發(fā)需要分區(qū)架構(gòu)的 SDV。新 E/E 架構(gòu)的開發(fā)速度將加快，以便與電信和數(shù)字行業(yè)已達(dá)到的最先進(jìn)水平保持一致。消費(fèi)者不再接受低標(biāo)準(zhǔn)。

消費(fèi)者和企業(yè)對(duì)電氣化汽車的需求不斷增長(zhǎng)，這意味著每個(gè)人都能找到適合自己的產(chǎn)品。汽車制造商和原始設(shè)備制造商可以合作開發(fā)和裝備新的分區(qū)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)買家夢(mèng)寐以求的先進(jìn)功能和服務(wù)，從而釋放更多的收入和訂閱收入流。

最終，域架構(gòu)需要從根本上重組軟件結(jié)構(gòu)，使原始設(shè)備制造商能夠獨(dú)立、快速、輕松和模塊化地調(diào)整整車控制，同時(shí)最大限度地減少線束的復(fù)雜性和控制設(shè)備的數(shù)量。與此同時(shí)，還能為最終用戶提供更多更高性能的功能和服務(wù)。