近幾年汽車(chē)行業(yè)關(guān)于EEA的討論一直熱度不減，各大整車(chē)企業(yè)也紛紛宣布推出域集中、區(qū)域集中乃至中央集中式的EEA。EEA是電子電氣架構(gòu)（Electrical/Electronic Architecture）的英文名稱(chēng)縮寫(xiě)，這個(gè)概念最早出現(xiàn)在汽車(chē)從完全機(jī)械化產(chǎn)品向電氣化、電子化發(fā)展之時(shí)。然而到了電動(dòng)化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化的今天，“架構(gòu)”一詞的外延更加豐富，“電子電氣”又關(guān)聯(lián)廣泛，EEA常常與芯片、軟件、網(wǎng)絡(luò)、線束、電子電氣硬件等概念一起出現(xiàn)，實(shí)際上出現(xiàn)不少問(wèn)題，真的有必要對(duì)EEA進(jìn)行系統(tǒng)清晰的梳理?；蛟S正是因?yàn)橄嚓P(guān)話題中混雜了太多的細(xì)節(jié)，一些企業(yè)高層對(duì)于EEA的理解與認(rèn)知也缺乏戰(zhàn)略高度，導(dǎo)致企業(yè)對(duì)于集中式EEA的落地規(guī)劃陷入了誤區(qū)。為了助力行業(yè)形成共識(shí)、加快智能汽車(chē)EEA的發(fā)展演進(jìn)，蓋斯特咨詢研究團(tuán)隊(duì)圍繞大家最關(guān)注的以下8個(gè)EEA問(wèn)題，分享我們對(duì)于EEA最新發(fā)展趨勢(shì)的系統(tǒng)研究和深度思考。
? 從傳統(tǒng)汽車(chē)到智能汽車(chē)，EEA的內(nèi)涵發(fā)生了什么變化？
? EEA包含哪些關(guān)鍵要素？EEA在智能汽車(chē)技術(shù)全景圖中的定位是什么？
? EEA對(duì)于智能汽車(chē)具有什么作用和意義？
? EEA的總體發(fā)展趨勢(shì)是什么？
? EEA的評(píng)價(jià)維度有哪些？
? EEA的演進(jìn)將分成幾個(gè)階段？
? 集中式EEA演進(jìn)著面臨哪些挑戰(zhàn)？
? 整車(chē)企業(yè)如何推動(dòng)集中式EEA的落地？
一、從傳統(tǒng)汽車(chē)到智能汽車(chē)，EEA的內(nèi)涵發(fā)生了什么變化？
1.EEA的概念定義
首先從基本概念上，EEA就是電子電氣器件的架構(gòu)，體現(xiàn)了整車(chē)電子電氣器件之間的連接關(guān)系。廣義上EEA包含器件及其連接關(guān)系。我們可以進(jìn)一步把EEA分為“電子架構(gòu)”和“電氣架構(gòu)”，它們分別承載整車(chē)信息和能量的流動(dòng)。
其中，“電子器件”一般指供電電壓小于/等于48伏、基于電子電路實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能的低壓/弱電設(shè)備，包括車(chē)載傳感器、芯片、顯示屏等，主要負(fù)責(zé)完成信息/數(shù)據(jù)的采集、處理與利用?！半娮蛹軜?gòu)”負(fù)責(zé)整車(chē)電子器件之間的信息交互，決定了電子器件的連接關(guān)系。這種連接關(guān)系通常用“網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹眮?lái)表示，即以連接各種電子器件的通信線束所構(gòu)成的通信網(wǎng)絡(luò)的物理空間布局，因此“電子架構(gòu)”也可以稱(chēng)為“通信架構(gòu)”和“網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)”。
“電氣器件”一般指供電電壓高于48伏的高壓/強(qiáng)電設(shè)備，包括電池、電驅(qū)等，主要負(fù)責(zé)完成能量的轉(zhuǎn)換?！半姎饧軜?gòu)”負(fù)責(zé)整車(chē)用電設(shè)備（包括高壓和低壓）的供電配電，并決定了電氣器件的連接關(guān)系。這種連接關(guān)系通常用“電氣拓?fù)洹眮?lái)表示，即連接各種電氣器件所用的電氣線纜的物理空間布局。
此外還需要注意以下幾點(diǎn)：第一，雖然電子器件的供電配電也是由電氣架構(gòu)負(fù)責(zé)，但是電子器件之間不涉及能量的流轉(zhuǎn)，因此電氣架構(gòu)對(duì)其連接關(guān)系不起決定性作用；第二，電子架構(gòu)和電氣架構(gòu)是兩套完全不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即使在物理空間上存在某些重合，但實(shí)際用到的線束/線纜是不同的；第三，電氣架構(gòu)中的高壓和低壓的供配電并非完全獨(dú)立，一方面，低壓供配電的能量是通過(guò)高壓電源變壓而來(lái)；另一方面，部分電子器件與電氣器件在物理空間上會(huì)集成在一起，比如電驅(qū)總成內(nèi)集成一個(gè)ECU（電子控制單元），因此高壓和低壓會(huì)同時(shí)存在于某些零部件。
2.EEA的內(nèi)涵變化
具體到EEA的內(nèi)涵，從傳統(tǒng)汽車(chē)發(fā)展到智能汽車(chē)的變化非常大。筆者將EEA的內(nèi)涵劃分為物理連接關(guān)系、計(jì)算通信架構(gòu)和能量配給平臺(tái)三個(gè)層面，其中計(jì)算通信架構(gòu)包括計(jì)算節(jié)點(diǎn)和通信網(wǎng)絡(luò)，能量配給平臺(tái)又可以區(qū)分為低壓平臺(tái)和高壓平臺(tái)。EEA的內(nèi)涵在各個(gè)層面的變化如圖1所示。
圖1傳統(tǒng)汽車(chē)EEA與智能汽車(chē)EEA的差異
在物理連接關(guān)系層面，傳統(tǒng)汽車(chē)EEA采用分布式架構(gòu)，電子控制設(shè)備（通常是ECU）分布在各功能子系統(tǒng)/模塊中。隨著智能化帶來(lái)的功能數(shù)量激增，如果繼續(xù)沿用分布式架構(gòu)將導(dǎo)致ECU數(shù)量越來(lái)越多、布線愈發(fā)復(fù)雜，使得架構(gòu)難以持續(xù)拓展。因此，智能汽車(chē)EEA將向集中式架構(gòu)發(fā)展，即將各功能子系統(tǒng)/模塊交由集中式電子器件（比如計(jì)算平臺(tái)或域控制器）統(tǒng)一控制，從而簡(jiǎn)化硬件的物理空間布局、連接與布線。
在計(jì)算通信架構(gòu)層面，傳統(tǒng)汽車(chē)EEA采用以MCU（微控制單元）為核心、以ECU作為計(jì)算節(jié)點(diǎn)、以CAN總線（控制器局域網(wǎng)總線）作為通信網(wǎng)絡(luò)的主干網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)是面向各ECU信號(hào)的通信。隨著智能化帶來(lái)的軟件集中與復(fù)雜度提高，汽車(chē)需要更大的算力來(lái)支撐軟件運(yùn)行，因此以異構(gòu)SoC（系統(tǒng)級(jí)芯片）為核心的計(jì)算平臺(tái)將成為主要的計(jì)算節(jié)點(diǎn)。此外，智能汽車(chē)要求軟件能夠靈活調(diào)用硬件，這需要更大的通信帶寬和更靈活的通信機(jī)制，因此車(chē)載以太網(wǎng)將成為新的主干網(wǎng)，支撐上層實(shí)現(xiàn)面向服務(wù)的通信。計(jì)算節(jié)點(diǎn)和通信網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)也將反過(guò)來(lái)進(jìn)一步促進(jìn)EEA的集中化。
在能量配給平臺(tái)層面，傳統(tǒng)汽車(chē)由于高壓器件較少，主要采用基于蓄電池的低壓供電以及基于電磁繼電器的靜態(tài)配電。而電動(dòng)化作為智能化的有力支撐，動(dòng)力電池、電驅(qū)等三電及其附帶的高壓器件均會(huì)搭載在智能汽車(chē)上，智能汽車(chē)EEA也將新增高壓供電配電網(wǎng)絡(luò)。此外，智能化也要求低壓平臺(tái)采取更加安全、節(jié)能和靈活的電源管理策略，這需要基于芯片實(shí)現(xiàn)智能動(dòng)態(tài)配電。
二、EEA包含哪些關(guān)鍵要素？EEA在智能汽車(chē)技術(shù)全景圖中的定位是什么？
對(duì)于智能汽車(chē)而言，EEA在“能量配給平臺(tái)”層面的內(nèi)涵并非重點(diǎn)，因此在大部分語(yǔ)境中，狹義上的EEA通常指的是電子器件的連接關(guān)系，即通信網(wǎng)絡(luò)。而廣義上的EEA則包含“計(jì)算通信架構(gòu)”中的所有電子電氣器件及其連接關(guān)系，為汽車(chē)軟件提供基礎(chǔ)能力支撐與可供調(diào)用的硬件資源來(lái)源?？紤]到狹義EEA可談?wù)摰膬?nèi)容有限，本文后續(xù)內(nèi)容主要討論廣義EEA。
圖2展示了EEA在智能汽車(chē)技術(shù)架構(gòu)中所處的位置、構(gòu)成要素，以及其與其他要素之間的關(guān)系?？梢钥闯?，EEA既是軟件運(yùn)行與交互的支撐，又是硬件接入與集成的平臺(tái)。
EEA構(gòu)成要素之一是傳感器、執(zhí)行器等功能硬件，它們通過(guò)硬件接口和線束接入整車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)。這些硬件所提供的功能性能是實(shí)現(xiàn)整車(chē)體驗(yàn)的基礎(chǔ)能力。在軟硬解耦趨勢(shì)下，未來(lái)功能硬件的相關(guān)控制模型將實(shí)現(xiàn)知識(shí)化、抽象化，從而允許通過(guò)軟件將硬件功能封裝成為基礎(chǔ)服務(wù)單元，支撐構(gòu)建上層SOA（面向服務(wù)的架構(gòu)）。
EEA構(gòu)成要素之二是計(jì)算平臺(tái)/控制器，它們是所有車(chē)載軟件最終部署的地方，通過(guò)提供計(jì)算與存儲(chǔ)資源來(lái)支撐軟件的運(yùn)行。計(jì)算平臺(tái)/控制器的數(shù)量可以是一個(gè)或多個(gè)，這既與車(chē)載軟件的集中程度有關(guān)，又與芯片技術(shù)的發(fā)展有關(guān)，具體將在后文詳細(xì)介紹。
EEA構(gòu)成要素之三是通信網(wǎng)絡(luò)，主要負(fù)責(zé)硬件的連接與信號(hào)的傳輸。首先，通信網(wǎng)絡(luò)需要建立不同計(jì)算平臺(tái)之間的連接，從而支持跨域/跨平臺(tái)的軟件交互；其次，通信網(wǎng)絡(luò)需要建立功能硬件與計(jì)算平臺(tái)之間的連接，從而支持部署在計(jì)算平臺(tái)上的軟件能夠靈活調(diào)用底層功能硬件；最后，通信網(wǎng)絡(luò)需要提供以太網(wǎng)等硬件層通信協(xié)議，從而支撐上層復(fù)雜的軟件層協(xié)議，比如實(shí)現(xiàn)SOA所必需的面向服務(wù)的通信。
圖2智能汽車(chē)技術(shù)架構(gòu)
三、EEA在智能汽車(chē)具有什么作用和意義？
筆者此前的微信文章《“新汽車(chē)”SOA發(fā)展趨勢(shì)與實(shí)施策略研究》中曾經(jīng)提到，智能汽車(chē)中軟硬解耦趨勢(shì)本質(zhì)上就是邏輯與物理分離的過(guò)程，而軟件架構(gòu)決定邏輯連接關(guān)系，EEA決定物理連接，兩者是靈魂和軀體的協(xié)同共生關(guān)系。
如果把整車(chē)架構(gòu)設(shè)計(jì)類(lèi)比為城市規(guī)劃，那么以SOA為代表的軟件架構(gòu)對(duì)應(yīng)一種特殊的城市運(yùn)行機(jī)制，EEA則對(duì)應(yīng)城市總體布局。下面根據(jù)“軟件先行”的SOA架構(gòu)設(shè)計(jì)流程，說(shuō)明SOA與EEA之間的緊密聯(lián)系，以及EEA對(duì)于智能汽車(chē)的重要意義：
第一，EEA決定了整車(chē)軟件在硬件上的部署。設(shè)計(jì)SOA的第一步是進(jìn)行服務(wù)的劃分與定義，即確定服務(wù)集合、服務(wù)顆粒度、服務(wù)功能性能，類(lèi)似于城市規(guī)劃中明確城市的正常運(yùn)轉(zhuǎn)需要具備哪些功能；而設(shè)計(jì)EEA時(shí)就需要考慮為每種服務(wù)提供必要的底層硬件支撐，包括傳感器、執(zhí)行器、計(jì)算、存儲(chǔ)、通信帶寬等資源，類(lèi)比城市規(guī)劃就是明確承擔(dān)城市各功能的建筑物以及配套設(shè)施。
第二，EEA不僅影響整車(chē)功能的橫向打通，還影響企業(yè)內(nèi)部研發(fā)組織的橫向劃分。設(shè)計(jì)SOA的第二步是明確服務(wù)之間的打通交互關(guān)系，類(lèi)比城市規(guī)劃就是使城市功能實(shí)現(xiàn)充分協(xié)同；理想情況下SOA的服務(wù)之間能夠彼此相互打通、靈活訪問(wèn)，但這受限于EEA的集中程度，比如部署在同一域控制器上的軟件往往比跨硬件的軟件更容易打通，類(lèi)比城市規(guī)劃就是只有城市形成集群才能實(shí)現(xiàn)更充分的協(xié)同，而不同的城市集群又需要不同的管理組織。
第三，EEA為軟件的靈活交互提供了通信的硬件支撐。設(shè)計(jì)SOA的第三步是定義服務(wù)之間的通信規(guī)則，不同服務(wù)之間的通信規(guī)則是不同的，就好比城市中的物流運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)和醫(yī)療急救轉(zhuǎn)運(yùn)網(wǎng)絡(luò)需要不同的運(yùn)營(yíng)調(diào)度機(jī)制；但軟件層面不論設(shè)計(jì)規(guī)則如何，服務(wù)交互最終都要轉(zhuǎn)化為EEA中通信線束上的物理信號(hào)，就好比無(wú)論是物流車(chē)還是救護(hù)車(chē)都必須跑在交通道路上。
第四，EEA的設(shè)計(jì)決定軟件復(fù)雜度的上限，也影響外部功能生態(tài)的接入。設(shè)計(jì)SOA的第四步需要從可拓展性的角度對(duì)架構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，類(lèi)似在城市規(guī)劃中經(jīng)常強(qiáng)調(diào)城市功能的多元化與轉(zhuǎn)型升級(jí)；但就像城市的土地空間資源都是有限的，EEA提供的算力、通信帶寬、硬件接口等硬件資源也是有限的，只有做好相應(yīng)的預(yù)留才能支持軟件的靈活拓展和升級(jí)，因此EEA的設(shè)計(jì)對(duì)于外部功能生態(tài)的接入以及車(chē)載軟件復(fù)雜度的上限都有決定性影響。
第五，EEA支持硬件的平臺(tái)化設(shè)計(jì)、硬件的靈活替換與升級(jí)。設(shè)計(jì)SOA的第五步是對(duì)架構(gòu)進(jìn)行跨車(chē)型、跨平臺(tái)、跨硬件適配，即強(qiáng)調(diào)架構(gòu)的復(fù)用性，就好比北京和上海雖然是不同的城市，但在整體的城市運(yùn)行機(jī)制上有很大一部分的機(jī)制相似；但這種相似是建立在城市建設(shè)中存在很多國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的基礎(chǔ)上，對(duì)于EEA來(lái)說(shuō)就是要實(shí)現(xiàn)硬件接口的標(biāo)準(zhǔn)化，因此可以說(shuō)EEA支持著硬件的平臺(tái)化設(shè)計(jì)以及可插拔式替換與升級(jí)。
綜上所述，EEA為整車(chē)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提供了物理層面的“總體布局”，同時(shí)影響著硬件、軟件以及企業(yè)組織，所以EEA和SOA都是智能汽車(chē)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中首要考慮的關(guān)鍵要素。
四、EEA的總體發(fā)展趨勢(shì)是什么？
汽車(chē)智能化發(fā)展驅(qū)動(dòng)汽車(chē)軟硬解耦，解耦后的軟件和硬件分別在邏輯維度和物理維度上集中，因此需要更高性能、更低成本、更加靈活的EEA。所以在討論EEA的發(fā)展方向之前，首先要了解智能汽車(chē)的發(fā)展趨勢(shì)與需求，筆者將其歸納為三點(diǎn)：一是，智能化時(shí)代技術(shù)發(fā)展快，用戶需求變化也快，導(dǎo)致汽車(chē)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)迭代的周期也必須加快；二是，智能化功能需求呈現(xiàn)多樣化，導(dǎo)致汽車(chē)上硬件的種類(lèi)與數(shù)量增多；三是，用戶更加追求整體體驗(yàn)，要求汽車(chē)上功能之間的協(xié)同要增加，導(dǎo)致功能邏輯的設(shè)計(jì)越來(lái)越復(fù)雜。以上每一個(gè)趨勢(shì)都對(duì)整車(chē)EEA提出全新的需求。
第一，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)迭代加速，意味著傳統(tǒng)的軟硬件綁定的開(kāi)發(fā)模式必然走向沒(méi)落，取而代之的是軟硬解耦，讓軟件能夠脫離硬件實(shí)現(xiàn)更快的迭代，這對(duì)應(yīng)到EEA層面即前文所述的邏輯與物理分離。
第二，分布在物理空間中的硬件越多，意味著車(chē)上的線束連接越多、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)越復(fù)雜，而要避免車(chē)內(nèi)空間的限制，就需要將原本由多個(gè)ECU承擔(dān)的功能集中至一個(gè)或幾個(gè)具備大算力的域控制器或計(jì)算平臺(tái)上，并使得傳感器和執(zhí)行器盡可能就近接入，即所謂的物理集中。
第三，功能邏輯設(shè)計(jì)越復(fù)雜，意味著負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)這些邏輯策略對(duì)硬件進(jìn)行控制和調(diào)用的軟件需要更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、更多的組件，而要降低軟件的開(kāi)發(fā)難度，就要將原本針對(duì)特定硬件、采用不同軟件系統(tǒng)的多個(gè)邏輯策略集中至一個(gè)軟件系統(tǒng)內(nèi)重新設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)（比如SOA），即所謂的邏輯集中。
因此，汽車(chē)EEA的演進(jìn)趨勢(shì)可以歸納為“集中化”，并且是分別從邏輯和物理兩個(gè)維度實(shí)現(xiàn)集中。
五、智能汽車(chē)EEA的評(píng)價(jià)維度有哪些？
優(yōu)秀的智能汽車(chē)EEA應(yīng)具備三個(gè)屬性：高性能（支撐更復(fù)雜的軟件更好更快地運(yùn)行）、靈活可拓展（支持產(chǎn)品在更長(zhǎng)的周期中持續(xù)進(jìn)化）、合適的成本（有利于整體研發(fā)和制造的成本控制）。EEA的集中化恰好能夠在這三個(gè)維度都實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。
從性能維度看，邏輯集中通過(guò)讓軟件在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)充分共享數(shù)據(jù)，甚至部分軟件可以進(jìn)行合并融合，使得軟件的運(yùn)行與交互效率都更高；物理集中通過(guò)提高算力，能夠處理更多的數(shù)據(jù)、支撐更復(fù)雜的功能。
從靈活性維度看，邏輯集中后通過(guò)對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行SOA設(shè)計(jì)，使得軟件高內(nèi)聚、低耦合、靈活訪問(wèn)，允許對(duì)軟件組件（服務(wù)）進(jìn)行靈活升級(jí)以及往架構(gòu)中靈活增加新組件；物理集中則留出了更多的布置空間，支持更多傳感器和執(zhí)行器的靈活接入。
從成本維度看，邏輯集中后通過(guò)對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行SOA設(shè)計(jì)，使得軟件組件的復(fù)用性增強(qiáng)，避免了重復(fù)性開(kāi)發(fā)，降低了研發(fā)成本；物理集中通過(guò)減少硬件數(shù)量與算力冗余降低了控制器的物料成本，另外通過(guò)簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使得線束的成本與重量都得到了降低。
未完待續(xù)，請(qǐng)繼續(xù)關(guān)注《蓋斯特研報(bào)：智能汽車(chē)EEA最新發(fā)展趨勢(shì)與實(shí)施策略研究（下篇）》
