隨著人們對汽車性能要求的不斷提高，越來越多的汽車電子/電氣（E/E）架構系統被集成到汽車中，成為智能交通、自動駕駛、智能城市等更廣泛生態系統的組成部分。汽車行業自動化水平的大幅提升，也為汽車E/E架構的發展帶來若干關鍵機遇。

市場研究機構的數據表明，2018年汽車電子/電氣架構市場的價值為632億美元，預計在2018年到2026年期間將以9.9%的復合年增長率增長。這一增長主要歸功于汽車、聯網汽車以及自動駕駛的電氣化程度的不斷提高。此外，ADAS、DMS、HMI、V2X技術中攝像頭、傳感器應用的增加對汽車電子/電子架構市場也產生了積極影響。

01. 三大汽車E/E架構及演進史

在討論汽車E/E架構如何演進之前，我們先來看一下過去幾十年中汽車電氣體系結構系統的發展歷程。

1886年

奔馳發明了世界上第一輛三輪汽車，此時的汽車根本談不上有什么E/E架構，完全是機械操作。直到20世紀30年代，當制造商開始提供真空管收音機時，第一批汽車電氣部件才問世。即使到了20世紀50年代，汽車內也只有很少的電氣設備，幾乎沒有什么電子設備。經過幾十年的發展，越來越多的電子電氣系統逐漸被應用到汽車中。

1991年

世界上首款基于CAN總線的奔馳500E正式量產，這款車型采用了CAN總線系統，車內各ECU之間的傳輸速率為83.3~500kbit/s，用于發動機信號傳輸的CAN總線速度達到500kbit/s。至此E/E架構才真正駛入發展的快車道。

2007年

德爾福首次提出了E/E架構這一概念，并對發動機系統、車窗控制、車載娛樂系統等一切需要電子控制的軟硬件進行系統設計和優化。此時的E/E架構從根本上解決了汽車電子系統的通信和效率問題，汽車的性能、舒適性、安全性變得越來越好。

隨著時間的推移，由于技術的進步和消費趨勢的發展，汽車變得更加復雜。在汽車歷史的大部分時間里，機械系統一直占據主導地位，但電氣和電子系統的占比和復雜程度也在穩步提高。

如今，大多數車輛功能都是由電子部件和基本的E/E架構來輔助或啟用的。發動機管理、制動、轉向、信息娛樂以及其他舒適和便利功能都依賴于電氣和電子系統。嵌入式軟件也開始在車輛功能中發揮主導作用。現代汽車中幾乎包含數百萬行代碼，這些代碼構成了從最先進的信息娛樂、被動安全功能到自動門鎖等各種應用程序。

毫不夸張地說，自動駕駛技術是推動汽車E/E架構高速發展的功臣。正是因為自動駕駛汽車的不斷創新，汽車原始設備制造商（OEM）開始大量引入新一代汽車E/E架構，其中的緣由很大程度上源于快速增長的計算能力對傳統ECU的處理能力帶來了挑戰。比如，在2018年的時候，汽車需要在一眨眼的功夫傳輸15000條數據。而到了2020年，僅僅過了兩年，這個數據量就躍升至10萬條。

更多的功能意味著比以往任何時候都需要更強大的計算能力和數據傳輸能力。隨著汽車逐漸成為一臺超級計算機，傳統的汽車架構不再有效，它的架構或基礎需要徹底改變。此時，只有基于集中計算的E/E架構才能更有效地支持快速攀升的數據量和計算能力。此外，駕駛員輔助系統（ADAS）和V2X技術的日益普及也為汽車E/E體系結構市場的增長提供了助力。

從博世的定義來看，如今的汽車E/E架構正在從分布式ECU架構向域集中方向進化，并最終向著中央集中架構方向發展。分階段演進路徑表現為：分布式架構將從模塊化向集成化方向發展、域集中架構將從域控制集中式向跨域融合方向發展、中央集中架構將從車載電腦（中央計算平臺）向車-云計算（車端計算主要用于車內部的實時處理，而云計算作為車端計算的補充）方向發展。

02. 汽車E/E架構如何升級？

汽車E/E架構通常指整車電子電氣系統的總布置方案，即將汽車里的各類傳感器、處理器、線束連接、電子電氣分配系統和軟硬件整合在一起，以實現整車的功能、運算、動力及能量的分配。汽車E/E架構升級主要體現在硬件架構、軟件架構、通信架構等三個方面。

硬件架構升級

硬件架構升級首先有利于提升算力利用率，減少算力設計總需求。其次，還有利于數據統一交互，實現整車功能協同。再就是能有效縮短線束，降低故障率，減輕車輛的質量。傳統汽車的功能簡單，與外界的交互較少，采用分布式ECU，控制芯片為MCU/MPU。如今的智能網聯汽車，不僅需要與人實現交互，還必須與外界環境甚至數據中心進行交互，有海量的非結構化數據需要處理，對車輛中央計算平臺的數據處理能力提出了極高的要求。為了應對這些挑戰，汽車硬件架構升級勢在必行。根據采用的架構，目前主流的硬件升級路徑可分為三種：分布式架構將從模塊化向集成化發展，域集中架構將從域控制集中向跨域融合方向發展，中央集中式架構將從車載電腦向車-云計算方向發展。

軟件架構升級

隨著汽車電子應用需求日趨復雜，傳統汽車軟件系統的缺陷逐漸暴露。2003年，促進ECU軟件標準化的AutoSAR聯盟成立，其聯盟主導者是以主機廠/傳統Tier 1級供應商為核心的陣營。AutoSAR可提供標準的ECU接口定義，模塊化設計，促使軟硬件解耦分層，實現軟硬件設計分離。軟件的開發更易于管理，方便移植、裁剪和維護。現在，Classic AutoSAR架構逐步向Classic AutoSAR和Adaptive AutoSAR 混合式方向發展。它帶來的好處包括：可實現軟件/固件OTA升級、軟件架構的軟實時、操作系統可移植。

通信架構升級

現在的汽車中采用的傳感器、控制器和接口越來越多，自動駕駛也需要海量的數據用于實時分析決策。比如，一個LiDAR模塊就會產生約70Mbps的數據流量，一個攝像頭將產生約40Mbps的數據流量，一個Radar模塊也有約0.1Mbps的數據流量產生。通常，L2級自動駕駛將使用8個RADAR和3個攝像頭，車內通信最大吞吐速率超過120Mbps，全自動駕駛對吞吐速率的要求會更高。

當車輛使用的LIN/CAN總線向以太網方向發展時，就很好地解決了車內外通信所需的高速傳輸、低延時等性能需求，同時還能減少安裝、測試成本。根據Broadcom和博世的市場調查數據，達到同等性能條件下，通過使用非屏蔽雙絞線（UTP）的以太網電纜和更小的緊湊型連接器，車輛的電氣連接成本最多可降低80％，線纜重量最多可減輕30％。

03. E/E架構升級中的主要力量

在汽車電子架構升級的過程中，活躍著眾多推手，他們從不同層面上為這一進程提供著加速度。

半導體廠商

半導體器件是汽車電氣系統中的關鍵部件。在E/E結構中，這些微小的芯片可以在傳感器系統、數據處理系統和車輛執行器系統等領域找到。博世半導體將它們比作是系統感官和肌肉的一部分。

其實，早在20世紀70年代，博世就已經憑借其開發的基于電子產品的解決方案成為汽車行業創新的重要推動力。比如人盡皆知的ABS防抱死制動系統，就是博世在1978年發明的，并因此引發了一場汽車的數字革命。

在汽車E/E架構演進過程中，其中一個趨勢是將域整合到一個集中的計算機體系結構中，它們不再是具有多個離散ECU的系統，而是全部封裝在一個集中的域控制中。此模型需要無比強大的軟件功能，以及更多的代碼重用和遠程管理。據悉，博世目前約有3萬名專家正在參與開發新的軟件解決方案。

特斯拉

在汽車行業，特斯拉是一個后起之秀，但是其很多創新的理念和“前衛”的做法，對推動行業變革起到了很關鍵的作用。廣受關注的特斯拉Model3的E/E硬件架構已經是中央集中式架構，硬件模塊主要包括自動駕駛及娛樂控制模塊（CCM，為FSD等芯片組成）和3個車身區控制器 BCMFRONT/LEFT/RIGHT等。CCM是整車最高決策者，接管所有輔助駕駛相關的傳感器，例如攝像頭、毫米波雷達等，并管理各核心控制器。前車身控制器主要負責執行自動駕駛模塊、座艙模塊、壓縮機及車前燈等。右車身控制器負責氣囊控制、12個超聲波泊車雷達、熱管理、扭矩控制等。左車身控制器負責內部燈光、后電機控制、充電模塊等。

國內造車新勢力

在很長一段時間內，研發汽車E/E架構屬于Tier 1的專業范疇，而現在情況正在發生變化。隨著以華為公司為代表的國內一批造車新勢力宣布進入汽車行業以來，越來越多的企業開始介入這一領域，開展對新一代汽車E/E架構的研發。他們的進入對原有的汽車產業鏈格局帶來了一定的沖擊。華為提出的E/E架構是基于計算和通信的CC架構，由智能座艙、整車控制、智能駕駛三大域控制器構成，屬于跨域融合架構方案。

在今年4月份的上海汽車展上，從華為展臺上“把數字世界帶入每一輛車”這句話中足以看出他的起點還是很高的，在智能駕駛、智能座艙、智能網聯、智能電動和智能車云等五個方面，華為都有了軟硬件技術方案。

04. E/E架構演進的終極目標：讓汽車成為軟件定義的數字平臺

消費者對汽車安全和軟件功能的需求正以前所未有的速度增長。軟件支持能力的增加影響了信息娛樂、用戶體驗、主動安全和車聯網服務等，并為最終的全自動駕駛鋪平道路。隨著對軟件功能的需求增長，對算力的需求也相應增加。就像最新的iPhone需要增加更多的算力來運行所有新的應用程序一樣，我們也需要給汽車增加更多的算力才能實現最新的功能。現在，車輛中的軟件、電子設備和控制單元的數量正以前所未有的速度增長。車輛中的大多數新功能都是基于軟件創建的，例如ADAS、動力系統和信息娛樂系統等。

尤其是當汽車的功能范圍從實時安全系統向交互式應用程序擴展時，汽車就逐漸成為一個軟件主導的系統。為此，在汽車行業普遍存在這樣一個觀點：

特斯拉是軟件定義汽車的典型例子。與當今市場上的其他傳統車企不同，特斯拉從一張白紙起步，其目標是設計一款由軟件控制并在集中計算平臺上運行的汽車。眼下，特斯拉的汽車基本上被認為是一個軟件定義的汽車，因為幾乎任何新功能或對現有功能的修改，它都可以通過無線發送軟件更新來實現。

現在的汽車已經演變成一個移動的計算中心。就在當下，一輛汽車已經包含大約1億行軟件代碼。未來的汽車，只有擁有廣泛電子和軟件專業知識的公司，才有能力掌控全局。這對現有的汽車產業鏈而言，挑戰是空前的。然而，歷史車輪總是滾滾向前。

審核編輯：郭婷