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一场由汽车“新四化”掀起的技术产品革新不断迫近
2021-09-15 15:19:45 来源:中国汽车报网 编辑:

东软睿驰发布两款新一代标准化域控制器,诺博科技宣布智能座舱域控制器现投入量产,均胜电子计划2023年量产自动驾驶域控制器……最近一段时间,汽车域控制器领域好不热闹。在其背后,一场由汽车“新四化”掀起的技术产品革新不断迫近。

随着汽业电动化、智能化、网联化的发展,电子控制单元数量大幅增加,并逐步向集约式发展。从分布式控制单元到域控制器,再到中央控制器,这条技术变革之路越来越清晰。随着多家企业宣布域控制器产品已经或计划量产装车,新的“蓝海”正在形成,而行业竞争也在升温。

“五域”划分体现技术变革

汽车电子电气架构在向中央集中控制发展的过程中,域控制器似乎成为了当前阶段最为科学合理的模式,从全车100余个电子控制器单元(ECU)到5个域控制单元(DCU),控制功能迅速集中。

DCU的概念最早由博世和大陆等一级汽车零部件供应商提出,旨在解决信息安全和ECU开发的瓶颈难题。其后,业界开始聚焦于将DCU作为更适于整车装载的集成设备。通过集成多达上百个ECU,域控制器可减少电子电气架构的空间、功耗和复杂性,成为解决由于功能过多导致ECU搭载过多的最佳替代方案。

为更方便地对ECU进行管理和分类,DCU也逐渐出现了较为清晰的划分。以博世为例,该公司根据汽车的五大功能领域,将整车域控制器拆分为动力域(安全)、底盘域(车辆运动)、座舱域/智能信息域(娱乐信息)、自动驾驶域(辅助驾驶)和车身域(车身电子)。

惠州华阳通用电子有限公司产品规划总监张海军对《中国汽车报》记者解释道:“域控制器的分类没有统一的标准,但目前行业普遍认可博世划分的经典‘五域’,考虑到其是基于各类汽车产品的相似功能、作用、安全要求等归类划分,具有较强的普适性。”

黑芝麻智能科技(上海)有限公司(以下简称“黑芝麻科技”)系统集成经理白福明认为,域控制器的出现,代表了汽车产业的技术升级。“随着计算机、通信技术的逐步渗透,汽车信息化、智能化的程度越来越高,也带来汽车电子电气架构的变革,从传统的分散式架构,向中央集约式发展,域控制器就体现了这个过程。”他告诉记者,“对于域控制器的分类,不同的厂商有不同的做法,但基本功能大同小异,相同功能属性的ECU归于同一个域,才能发挥出新技术的优势,同时满足传统汽车技术规范和安全的基本要求。”

国汽智控(北京)科技有限公司总经理、国家智能网联创新中心首席技术专家尚进指出:“域控制器本身不是新的概念,电子电气架构和整车平台设计本身就分为这几个域,只不过当前正从每个域的多ECU走向各自的集中化,直到最后的中央集中化。五大经典域以机械功能实现为主,汽车从机械化走向控制化,从控制化走向软件化,再走向数字化的进程,离不开这五大域的网络拓扑和控制器变革。”事实上,当前车企和供应商推出的域控制器产品,主要也是依据这五大经典域进行探索和开发的。

两大热门领域启动量产竞争

对于汽车行业来说,域控制器仍算是一个新鲜领域,企业在涉足时更多基于自身优势考虑,专注于一两个具体的域控制单元做专做精,智能座舱域和自动驾驶域显然是其中的热门和重点。

据了解,华阳集团聚焦智能座舱域控制器,推出了具备高集成度和扩展性的一芯多屏产品;德赛西威以智能座舱域和自动驾驶域作为主攻方向,L4级自动驾驶域控制器产品——IPU04获得了相关项目定点;均胜电子旗下均联智行与华为在智能座舱领域达成合作,同时与黑芝麻科技签署了自动驾驶域控制器开发协议……此外,博世、大陆、安波福、伟世通等诸多外资零部件巨头也在这两个领域展开布局。

企业的这种行为并不难理解。开源证券曾发布研究报告分析称,主要原因不外乎两方面:一是在汽车整体分布式架构集中化的进程中,由中控系统升级而来的智能座舱域与新兴的自动驾驶域,供应体系较为完整。相反,其他各个域是对传统功能系统的进一步集成,因而更容易造成供应商之间的利益冲突;二是动力域、底盘域等不但涉及更高的安全等级,同时还要考虑各部件在配合过程中整体的NVH水平、是否存在相互间的电磁干扰(EMC)以及如何控制和提升整套系统的冷却和效率等多方面因素,因而开发难度较大。此外,由于自动驾驶向更高级别发展,相关域对传感器和控制器方面都有更加精确的时序要求和更严格的最大延时要求,对现阶段多数厂商而言,具有较高的技术壁垒,因此底盘域和动力域暂未成为竞争焦点。而车身域技术门槛和安全要求等级都较低,有望率先融入智能座舱域进行共同开发。同时,新技术的渗透在这两大领域体现得最为明显,集中了经济价值和附加功能,可以带给用户更优质的体验。

在尚进看来,智能座舱域和自动驾驶域的发展是两条不尽相同的路线。域控制器的难点在于重构,不仅涉及硬件平台的重构,更体现在软件基础平台的重构与开发模式的变化上。智能座舱域的重构,优点在于产业链比较成熟,与手机开发及生态相似,所以容易实现快速落地;而自动驾驶域的发展则是“不得不”,作为智能网联汽车发展的首批功能,它是企业竞争的关键。另外,自动驾驶域作为最复杂的架构,如果做好了,也更利于推动其他域控制单元的发展。

复杂度大幅增长带来新挑战

随着技术逐渐成熟以及产业链不断完善,域控制器实现量产的消息一个接一个传来。2020年1月,合众汽车对外宣布,其动力域控制器(PDCS)搭载哪吒汽车测试成功,标志着产品进入量产应用阶段。2021年5月,德赛西威表示,自动驾驶域控制器IPU03已在小鹏汽车上配套量产,后续将应用于其他车型;基于英伟达Orin芯片的下一代自动驾驶域控制器IPU04已与理想汽车达成合作,正在进入量产交付前的关键阶段。6月11日,天际汽车第一台动力域控制器(VBU)从萨康电子的生产线上正式下线。6月23日,亿咖通科技新一代智能座舱系统、伟世通SmartCore座舱域控制器以及第3代高通骁龙TM汽车数字座舱平台,在吉利星越L上首次实现量产。7月底,诺博科技宣布,基于黑莓QNX操作系统打造的智能座舱域控制器已投入量产,率先应用于长城新一代SUV哈弗H6S。

不过,有别于传统零部件拥有多年的技术和产业化积累,域控制器走向量产面对的问题是全新的。白福明直言,全新智能领域的电子零部件给汽车带来了更多的功能和体验,同样也带来了诸多挑战。

记者了解到,企业开发域控制器的投资非常大,很难同时兼具多个项目,因此个性化和平台化的平衡是需要重点考虑的问题。但矛盾在于,域控制器作为当前行业发展的重要趋势之一,其个性化也是企业竞争的主要着力点。白福明向记者表示:“对于域控制器而言,即使做平台化,也是基于软件分层的中间往下比较合适,如中间件、驱动等与大部分传感器接口一致,可以实现共用;但再向上与应用层结合的部分就会存在较大差异,因为不同车企对具体功能的理解和定义不同,会产生个性化的需求,因此这部分产品开发的普适性就没有那么强。”

张海军也指出,目前域控制器多以平台化方式研发,少量接口适配(不同车型、不同车企存在差异),主要通过上层软件定制实现差异化竞争,这也体现了当前流行的“软件定义汽车”趋势。

产品需求不断提升,对所涉及制造工艺的要求也就更为严格,首要面临的是复杂度问题。白福明介绍称:“与传统的汽车功能复杂度相比,功能多样化带来的需求复杂度完全不是一个数量级。一个新功能的增加,可能意味着需要更新数百条系统化的需求。”

“软件架构的复杂度变化也是成倍的。传统ECU一般以典型MCU为系统核心,功能相对单一,软件开发以满足单一功能需求为主。而现在DCU则以多核异构的SoC为主,不同的核心对应不同的服务,多项服务最终形成完整的应用逻辑架构、时间同步架构、不同应用的软件架构,功能安全框架等,随之而来的是需要在带宽、时间/空间效率、计算精度、组合与同步等多个方向上进行有针对性的设计。”他补充道,“总的来说,整体软件的复杂度增加了很多。与此同时,复杂度的增加也会带来研发成本、技术和项目管理难度的增加。”

张海军对此表示认同:“一方面域控制器的技术开发难度、复杂度提升,产品稳定性、可靠性需要市场的检验;另一方面,车企也在考量是否接受一级供应商提供的全套域控制器解决方案。原本各部件由多个一级供应商配套,现在归为一个部件,对车企来讲也是一个挑战。当前存在多种模式,有车企全套自研的、有车企只负责核心部件自研的、也有全套交由一级供应商配套的。”

将是产业链整合与重构的过程

由于功能和应用的变革,相对传统ECU来说,域控制器需要接入新的传感器,采用新的SoC,符合新的安全设计要求,硬件架构会重新设计,这也给产业链上下游的协调和管理带来了新的挑战。

据介绍,域控制器在某种程度上说更靠近ICT产品,架构的设计和生产有不少可以借鉴的地方。尚进就此提出他的观点:“产业链上下游的配合和联动很重要。总体来看,域控制器的产业链仍是一个动态变化的过程,上游是芯片,下游则是软件和系统,不同企业研制全新产品的同时,会出现并形成很多新的产业链和子产业链。所有的联动和配合都是双向或者多边的,起初往往不会平稳、顺利发展,而是一个激烈变动的过程。但随着企业不断创新推动整个行业的发展,未来的产业生态终归会慢慢趋于稳定,届时会有行业“独角兽”脱颖而出。等到成熟的产业生态形成,产业链的发展相信会有更完整的规则。”

在产业链上游,与域控制器关系最密切、影响最直接的,当属半导体厂商的业务。麦肯锡预计,到2030年,全球软件和电子电气组件市场将以每年7%的速度增长,达到整个汽车行业增速的两倍多。

白福明告诉记者:“从芯片行业角度看,域控制器的发展既是挑战,又是机遇。芯片适配一些新进入这一领域车企的产品接口,功能满足商业开发等,都是市场对我们提出的要求。”

“汽车域控制器本身应该是一个开放的行业,没有一个人或团队能够在短时间内解决所有问题,形成一个可落地量产的产品。因此,产业联动是必须的。软硬件的接口应灵活开放,实现不同传感器、操作系统、芯片、中间件等的相互适配,才能满足不同应用场景下成本最优、效率最优等需求。总之,共建生态有助于整个行业发展。”白福明说道,“当下,技术、法规、标准还不够成熟完善,还需要等待真正意义上的中央控制器的出现。”

在域控制器开始实现量产的今天,中央控制器似乎也没有那么遥远了。而中央控制器就是未来汽车电子电气架构的终点吗?不少业内人士对此仍持开放态度。

“中央控制器不该是终点。”尚进对记者表示,“我认为,智能汽车所谓的终点应该类似ICT行业的模式,与5G、边缘计算和云计算融合,达到真正的软硬结合、数据驱动。提到中央域控模式,业界常常联想到特斯拉。未来,其他一些企业应该很快就会在量产车上,将座舱域和自动驾驶域集成于同一硬件,这在某种程度上就属于中央域控。”不过,他也认为,要实现真正的中央集中控制还需要时间,虽然实现技术突破大概只需3~5年,但真正大规模量产可能要5年甚至更久。

张海军告诉记者:“天下大势分久必合,合久必分。中央控制器不一定就是终点,随着新技术的应用发展,有鉴于云计算、5G带来的低延时和高带宽特性,未来也不排除出现轻车端、重云端的配置。”(张雅慧)

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