電子架構(gòu)進(jìn)化論 4億年前的自然選擇如今還在發(fā)生

　　【太平洋汽車(chē)網(wǎng) 技術(shù)頻道】如果我說(shuō)現(xiàn)在的汽車(chē)行業(yè)正經(jīng)歷一場(chǎng)涉及根本的巨大變革之中，你會(huì)想到什么？電動(dòng)新能源還是智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)？要我說(shuō)這些其實(shí)都不是，如今的汽車(chē)行業(yè)正在面臨當(dāng)年手機(jī)從功能機(jī)全面升級(jí)到智能手機(jī)的階段，如果動(dòng)作稍慢上一點(diǎn)點(diǎn)，那下場(chǎng)絕對(duì)不會(huì)比諾基亞好過(guò)。

　　那這汽車(chē)行業(yè)變革的核心競(jìng)爭(zhēng)力是什么？就是電子架構(gòu)。電子架構(gòu)這個(gè)名詞對(duì)普通消費(fèi)者來(lái)說(shuō)其實(shí)非常的陌生，今天就讓我們來(lái)談?wù)勥@個(gè)有些熟悉又很陌生的話題吧。

　　正如手機(jī)功能機(jī)盛行之時(shí)，人們只知道愛(ài)立信、諾基亞或者三星這些手機(jī)品牌，有人會(huì)在意手機(jī)的系統(tǒng)是個(gè)什么玩意兒?jiǎn)幔坎粫?huì)，塞班這個(gè)詞也是要等到安卓和iOS大舉來(lái)犯之時(shí)才開(kāi)始出現(xiàn)在人們視野里的。所以，當(dāng)電子架構(gòu)這個(gè)詞平凡出現(xiàn)在公眾視野的時(shí)候，我們的汽車(chē)行業(yè)其實(shí)已經(jīng)來(lái)到了這個(gè)變革的臨界點(diǎn)上。

　　電子架構(gòu)，也叫做電子電氣架構(gòu)，簡(jiǎn)稱(chēng)E/E系統(tǒng)，電子架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了車(chē)輛的大部分功能，E/E架構(gòu)包括所有的電子的和電氣的部件、互連結(jié)構(gòu)（拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)），以及他們的邏輯功能。說(shuō)人話就是，汽車(chē)?yán)锼型穗姷亩紝儆陔娮蛹軜?gòu)范疇。

　　電子架構(gòu)為什么這么重要？業(yè)內(nèi)大家會(huì)形象的稱(chēng)呼電子架構(gòu)為汽車(chē)的大腦和神經(jīng)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)、處理能力、傳輸速度決定了其效率。如果大家還沒(méi)法意識(shí)到電子架構(gòu)的重要性，下面就給大家講一個(gè)關(guān)于大腦和神經(jīng)系統(tǒng)的故事，這也是為什么脊椎動(dòng)物能夠在自然界漫長(zhǎng)的生物進(jìn)化過(guò)程中脫穎而出的故事。

　　在距今大約4億年前，如今被我們稱(chēng)作古生代第四紀(jì)的泥盆紀(jì)，脊椎動(dòng)物在這個(gè)時(shí)代進(jìn)入飛躍發(fā)展時(shí)期，與此前各個(gè)時(shí)代的霸主不同，脊椎動(dòng)物的代表硬骨魚(yú)首先演化出了有髓神經(jīng)纖維。擁有了髓鞘的神經(jīng)纖維讓信號(hào)的傳輸速率可以達(dá)到100米/秒，至于這有多厲害，我們先來(lái)看看同時(shí)代的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

　　無(wú)脊椎動(dòng)物的神經(jīng)傳輸速率約為1至2米每秒，信號(hào)傳輸速率可能還不如我們走路的速度快，無(wú)論是鱟、角石這些曾經(jīng)稱(chēng)霸的確的生物體型稍大一些就難以驅(qū)動(dòng)身體做精細(xì)運(yùn)動(dòng)了。想象一下，當(dāng)時(shí)的無(wú)脊椎動(dòng)物大腦控制一個(gè)抬手的動(dòng)作可能會(huì)有1秒的延遲，而脊椎動(dòng)物無(wú)論體型大小都已經(jīng)能夠行動(dòng)自如。

　　大腦在此之下隨著感官器官的發(fā)展和大數(shù)據(jù)量的處理需求之下，也開(kāi)始了飛速的進(jìn)步，所以我們?nèi)祟?lèi)遠(yuǎn)在4億年前祖宗通過(guò)神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的進(jìn)化，徹底拉開(kāi)了與其他生物的科技層次，從此地球歸脊椎動(dòng)物所有。

　　電子構(gòu)架作為汽車(chē)的大腦與神經(jīng)系統(tǒng)，來(lái)到了全面升級(jí)換代的時(shí)候，這也是PC電腦從DOS到windows、手機(jī)從功能機(jī)到智能機(jī)都走過(guò)的老路。時(shí)代的變革，再一次降臨在你我身邊，面對(duì)車(chē)聯(lián)網(wǎng)、5G、自動(dòng)駕駛，老一代的電子架構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足超大數(shù)量的數(shù)據(jù)交互和傳輸，各大廠商都在研發(fā)或者已經(jīng)推出了自家最新一代的電子構(gòu)架。

　　下面我們先來(lái)看一看，汽車(chē)電子電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展與方向，博世在2017年的一個(gè)汽車(chē)行業(yè)會(huì)議上分享過(guò)一個(gè)其在整車(chē)電子電氣架構(gòu)方面的戰(zhàn)略圖，下圖清晰的顯示了博世在整車(chē)電子電氣架構(gòu)發(fā)展的6個(gè)階段：模塊化階段，功能集成階段，中央域控制器階段，跨域融合階段，車(chē)載中央電腦和區(qū)域控制器，車(chē)載云計(jì)算階段。

　　我們?nèi)缃竦拇蠖鄶?shù)家用車(chē)輛，都還在使用第一或者第二階段的電子架構(gòu)，每一個(gè)功能都一個(gè)ECU硬件控制處理，或者幾個(gè)功能集成在一個(gè)ECU硬件上，在通過(guò)CAN總線結(jié)構(gòu)連接在一起，用拓?fù)鋱D來(lái)展示會(huì)接近于星形的結(jié)構(gòu)。形象的說(shuō)更像是一座房子里安裝了許多電器，它們各司其職又互不連通，新搬入的家電（新科技新功能）受房間尺寸和預(yù)設(shè)插座限制。好了，告訴大家，傳統(tǒng)車(chē)型電子架構(gòu)下，擁有的控制器（ECU）數(shù)量多的能在100至200個(gè)，少的也在70個(gè)左右，加上CAN總線結(jié)構(gòu)傳輸速率低，整體系統(tǒng)效率較低并且發(fā)展前景已經(jīng)到了上限。

　　中央域控制器階段與跨域融合階段，也就是代表明天的第二第三階段，只是讓一個(gè)EUC解決多個(gè)問(wèn)題，然后做成區(qū)域控制結(jié)構(gòu)，再把與控制器做的再?gòu)?qiáng)大一點(diǎn)，讓域和域之間結(jié)合，讓一個(gè)域控制器來(lái)控制多個(gè)域。然后基于以太網(wǎng)主干網(wǎng)絡(luò)，而非傳統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu)，這帶來(lái)了更大的通訊帶寬和更強(qiáng)的計(jì)算能力。這種以太網(wǎng)主干網(wǎng)絡(luò)的集中式域控制器架構(gòu)，也是如今許多車(chē)企正在研發(fā)或者已經(jīng)發(fā)布應(yīng)用的電子架構(gòu)，它能夠支持智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)的各項(xiàng)需求。

　　從此以后，汽車(chē)不再是一座房子，更像是一個(gè)操作系統(tǒng)，車(chē)輛的各項(xiàng)功能就是一個(gè)個(gè)軟件或者APP，控制油門(mén)剎車(chē)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、天窗開(kāi)閉、多媒體系統(tǒng)所有的一切都由整車(chē)電子平臺(tái)中的軟件系統(tǒng)來(lái)控制，不再是裝到家里的電器一切都是預(yù)設(shè)好的硬件。功能的更新也更為便捷，所有通過(guò)軟件控制的內(nèi)容都能夠通過(guò)OTA遠(yuǎn)程更新，而不再像如今的汽車(chē)，裝好的功能配置需要熬過(guò)整個(gè)車(chē)輛的生命周期。

　　至于代表未來(lái)的第五第六階段電子架構(gòu)，相比第三第四階段則并未有革命性的變化，而是通過(guò)目前可見(jiàn)的科技發(fā)展趨勢(shì)推延出來(lái)的結(jié)果。首先將采用一個(gè)整車(chē)電腦控制車(chē)內(nèi)所有的域，之后將一些運(yùn)算直接放到云端，當(dāng)這兩個(gè)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的時(shí)候，真正的無(wú)人駕駛汽車(chē)將成為可能。

　　在如今這個(gè)房子升級(jí)到操作系統(tǒng)，電子架構(gòu)軟件化的時(shí)代，有哪些車(chē)企已經(jīng)行動(dòng)起來(lái)了呢？要分成兩類(lèi)來(lái)看，第一類(lèi)是傳統(tǒng)汽車(chē)廠商，另一類(lèi)則是新能源廠商（新勢(shì)力）。傳統(tǒng)汽車(chē)OEM廠商，例如寶馬、大眾都給出了未來(lái)電子架構(gòu)的發(fā)展方向，有著明確的計(jì)劃，可以預(yù)見(jiàn)在用不了多久就能落地實(shí)現(xiàn)。還有一些廠商則走了彎路，例如領(lǐng)克最新的CMA電子構(gòu)架已經(jīng)采用總線結(jié)構(gòu)，只不過(guò)是傳輸效率更高的FlexRay電子構(gòu)架，比CAN總線傳輸效率高10倍，但卻沒(méi)有以太網(wǎng)解決方案的潛力。

　　目前，唯一將全新一代電子架構(gòu)搬上新車(chē)的傳統(tǒng)車(chē)企，有且只有一個(gè)，那就是——通用。全新凱迪拉克CT5將搭載通用全新一代電子架構(gòu)，新車(chē)計(jì)劃于10月20日在中國(guó)上市。通用全新一代電子架構(gòu)官方?jīng)]有透露過(guò)多的技術(shù)細(xì)節(jié)，但是從已經(jīng)披露的數(shù)據(jù)上就能一窺端倪。

　　快速高效的通信能力，這套電子架構(gòu)系統(tǒng)每小時(shí)能夠處理多達(dá)4.5TB（=4608GB），數(shù)據(jù)處理速度提升5倍，車(chē)輛內(nèi)部外部通信有100Mbps、1Gbps及10Gbps高速以太網(wǎng)的支持。根據(jù)測(cè)算，一臺(tái)自動(dòng)駕駛車(chē)輛每小時(shí)處理的數(shù)據(jù)大約在4TB左右，也就是說(shuō)通用這套電子架構(gòu)系統(tǒng)已經(jīng)能夠滿(mǎn)足所謂L5級(jí)別自動(dòng)駕駛的需求。同時(shí)通用也宣稱(chēng)采用全新一代電子架構(gòu)的車(chē)型將搭載Super Cruise自動(dòng)駕駛系統(tǒng)。通用官方表示，這套全新一代的電子架構(gòu)系統(tǒng)將在2025年搭載到通用一半以上的車(chē)型中。在系統(tǒng)安全問(wèn)題上，官方表示其對(duì)標(biāo)的是航空業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)部通信與外部通信系統(tǒng)互相隔離保障車(chē)輛安全。支持整車(chē)級(jí)別OTA升級(jí)，如智能手機(jī)般，車(chē)輛上大多數(shù)通過(guò)軟件來(lái)控制的子系統(tǒng)都能夠通過(guò)OTA遠(yuǎn)程升級(jí)與刷新，包括了發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱控制模塊、車(chē)載通信娛樂(lè)系統(tǒng)和車(chē)身控制系統(tǒng)等。

　　當(dāng)然先從塞班升級(jí)到安卓的，并不代表就穩(wěn)了，實(shí)質(zhì)上受到傳統(tǒng)汽車(chē)開(kāi)發(fā)影響更少的純電動(dòng)車(chē)廠商以及造車(chē)新勢(shì)力，他們的產(chǎn)品天生就需要迎合如今這個(gè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，車(chē)聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)駕駛都是必須要實(shí)現(xiàn)的功能，所以許多廠商在電子構(gòu)架方面有著更進(jìn)一步的想法。國(guó)內(nèi)的例如零跑汽車(chē)自研芯片、合眾汽車(chē)（哪吒汽車(chē)）做軟件平臺(tái)，蔚來(lái)的產(chǎn)品都已經(jīng)在使用千兆以太網(wǎng)作為總線結(jié)構(gòu)。

　　最出類(lèi)拔萃的其實(shí)還要屬特斯拉，Model S還在大量使用CAN/IAN作為主干網(wǎng)，已經(jīng)有較為明顯的域劃分，全車(chē)僅有72個(gè)ECU控制器節(jié)點(diǎn)，總的來(lái)看平平無(wú)奇，但Model S上市于2012年，并且CenterDisplay（中控顯示）作為中央網(wǎng)關(guān)，接入更多節(jié)點(diǎn)，基本上就相當(dāng)于前文中博世描繪的戰(zhàn)略圖中第五階段中央控域制器階段模式的雛形了，7年前特斯拉就已經(jīng)開(kāi)始了這樣的電子架構(gòu)設(shè)計(jì)的確令人驚嘆。特斯拉Model 3的電子構(gòu)架更絕，整個(gè)系統(tǒng)分為三個(gè)域，自動(dòng)駕駛及娛樂(lè)控制模塊、右車(chē)身控制器、左車(chē)身控制器。

　　縱觀特斯拉的產(chǎn)品，在電子架構(gòu)層面從Model S到Model 3，車(chē)輛功能控制已經(jīng)完全變了樣，使用新的電子架構(gòu)平臺(tái)，將功能從供應(yīng)商軟硬件打包變成了自己研發(fā)軟件來(lái)控制所有功能。特斯拉的作法就像是蘋(píng)果的iOS，整個(gè)系統(tǒng)更封閉，幾乎所有控制軟件都采用自研的方式，真正做到了軟件定義汽車(chē)。然而如今的挑戰(zhàn)者出現(xiàn)了，通用全新一代電子架構(gòu)迅速上馬，CT5說(shuō)來(lái)就來(lái)，通用也是最早推出高級(jí)別自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的廠商，通用會(huì)成為下一個(gè)安卓和特斯拉分庭抗禮嗎？

　　就如同4億年前的泥盆紀(jì)適者生存，擁有更優(yōu)秀大腦和升級(jí)系統(tǒng)的生物獲得了大自然的選擇，如今還是這樣，只有能夠搭載更多未來(lái)創(chuàng)新科技的電子構(gòu)架能夠生存下來(lái)。進(jìn)化論時(shí)至今日，在人類(lèi)自己的造物之中依舊發(fā)揮著作用，這些鋼鐵之軀是否就是下一個(gè)時(shí)代的主宰呢？如果說(shuō)第一個(gè)人工智能生物是一臺(tái)車(chē)而非人形物體，我一點(diǎn)都不會(huì)驚訝。（圖/文/攝：太平洋汽車(chē)網(wǎng) 洪曉峰）