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

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

　　那這汽車行業(yè)變革的核心競爭力是什么？就是電子架構(gòu)。電子架構(gòu)這個名詞對普通消費(fèi)者來說其實(shí)非常的陌生，今天就讓我們來談?wù)勥@個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，人們只知道愛立信、諾基亞或者三星這些手機(jī)品牌，有人會在意手機(jī)的系統(tǒng)是個什么玩意兒嗎？不會，塞班這個詞也是要等到安卓和iOS大舉來犯之時才開始出現(xiàn)在人們視野里的。所以，當(dāng)電子架構(gòu)這個詞平凡出現(xiàn)在公眾視野的時候，我們的汽車行業(yè)其實(shí)已經(jīng)來到了這個變革的臨界點(diǎn)上。

　　電子架構(gòu)，也叫做電子電氣架構(gòu)，簡稱E/E系統(tǒng)，電子架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了車輛的大部分功能，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。說人話就是，汽車?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)大家會形象的稱呼電子架構(gòu)為汽車的大腦和神經(jīng)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)、處理能力、傳輸速度決定了其效率。如果大家還沒法意識到電子架構(gòu)的重要性，下面就給大家講一個關(guān)于大腦和神經(jīng)系統(tǒng)的故事，這也是為什么脊椎動物能夠在自然界漫長的生物進(jìn)化過程中脫穎而出的故事。

　　在距今大約4億年前，如今被我們稱作古生代第四紀(jì)的泥盆紀(jì)，脊椎動物在這個時代進(jìn)入飛躍發(fā)展時期，與此前各個時代的霸主不同，脊椎動物的代表硬骨魚首先演化出了有髓神經(jīng)纖維。擁有了髓鞘的神經(jīng)纖維讓信號的傳輸速率可以達(dá)到100米/秒，至于這有多厲害，我們先來看看同時代的競爭對手。

　　無脊椎動物的神經(jīng)傳輸速率約為1至2米每秒，信號傳輸速率可能還不如我們走路的速度快，無論是鱟、角石這些曾經(jīng)稱霸的確的生物體型稍大一些就難以驅(qū)動身體做精細(xì)運(yùn)動了。想象一下，當(dāng)時的無脊椎動物大腦控制一個抬手的動作可能會有1秒的延遲，而脊椎動物無論體型大小都已經(jīng)能夠行動自如。

　　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，也開始了飛速的進(jìn)步，所以我們?nèi)祟愡h(yuǎn)在4億年前祖宗通過神經(jīng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的進(jìn)化，徹底拉開了與其他生物的科技層次，從此地球歸脊椎動物所有。

　　電子構(gòu)架作為汽車的大腦與神經(jīng)系統(tǒng)，來到了全面升級換代的時候，這也是PC電腦從DOS到windows、手機(jī)從功能機(jī)到智能機(jī)都走過的老路。時代的變革，再一次降臨在你我身邊，面對車聯(lián)網(wǎng)、5G、自動駕駛，老一代的電子架構(gòu)設(shè)計已經(jīng)無法滿足超大數(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。

　　下面我們先來看一看，汽車電子電氣架構(gòu)設(shè)計的發(fā)展與方向，博世在2017年的一個汽車行業(yè)會議上分享過一個其在整車電子電氣架構(gòu)方面的戰(zhàn)略圖，下圖清晰的顯示了博世在整車電子電氣架構(gòu)發(fā)展的6個階段：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，車載中央電腦和區(qū)域控制器，車載云計算階段。

　　我們?nèi)缃竦拇蠖鄶?shù)家用車輛，都還在使用第一或者第二階段的電子架構(gòu)，每一個功能都一個ECU硬件控制處理，或者幾個功能集成在一個ECU硬件上，在通過CAN總線結(jié)構(gòu)連接在一起，用拓?fù)鋱D來展示會接近于星形的結(jié)構(gòu)。形象的說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，少的也在70個左右，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EUC解決多個問題，然后做成區(qū)域控制結(jié)構(gòu)，再把與控制器做的再強(qiáng)大一點(diǎn)，讓域和域之間結(jié)合，讓一個域控制器來控制多個域。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)，這帶來了更大的通訊帶寬和更強(qiáng)的計算能力。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)汽車的各項需求。

　　從此以后，汽車不再是一座房子，更像是一個操作系統(tǒng)，車輛的各項功能就是一個個軟件或者APP，控制油門剎車、驅(qū)動系統(tǒng)、天窗開閉、多媒體系統(tǒng)所有的一切都由整車電子平臺中的軟件系統(tǒng)來控制，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，所有通過軟件控制的內(nèi)容都能夠通過OTA遠(yuǎn)程更新，而不再像如今的汽車，裝好的功能配置需要熬過整個車輛的生命周期。

　　至于代表未來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，而是通過目前可見的科技發(fā)展趨勢推延出來的結(jié)果。首先將采用一個整車電腦控制車內(nèi)所有的域，之后將一些運(yùn)算直接放到云端，當(dāng)這兩個目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的時候，真正的無人駕駛汽車將成為可能。

　　在如今這個房子升級到操作系統(tǒng)，電子架構(gòu)軟件化的時代，有哪些車企已經(jīng)行動起來了呢？要分成兩類來看，第一類是傳統(tǒng)汽車廠商，另一類則是新能源廠商（新勢力）。傳統(tǒng)汽車OEM廠商，例如寶馬、大眾都給出了未來電子架構(gòu)的發(fā)展方向，有著明確的計劃，可以預(yù)見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)搬上新車的傳統(tǒng)車企，有且只有一個，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)，新車計劃于10月20日在中國上市。通用全新一代電子架構(gòu)官方?jīng)]有透露過多的技術(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)每小時能夠處理多達(dá)4.5TB（=4608GB），數(shù)據(jù)處理速度提升5倍，車輛內(nèi)部外部通信有100Mbps、1Gbps及10Gbps高速以太網(wǎng)的支持。根據(jù)測算，一臺自動駕駛車輛每小時處理的數(shù)據(jù)大約在4TB左右，也就是說通用這套電子架構(gòu)系統(tǒng)已經(jīng)能夠滿足所謂L5級別自動駕駛的需求。同時通用也宣稱采用全新一代電子架構(gòu)的車型將搭載Super Cruise自動駕駛系統(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型中。在系統(tǒng)安全問題上，官方表示其對標(biāo)的是航空業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)部通信與外部通信系統(tǒng)互相隔離保障車輛安全。支持整車級別OTA升級，如智能手機(jī)般，車輛上大多數(shù)通過軟件來控制的子系統(tǒng)都能夠通過OTA遠(yuǎn)程升級與刷新，包括了發(fā)動機(jī)與變速箱控制模塊、車載通信娛樂系統(tǒng)和車身控制系統(tǒng)等。

　　當(dāng)然先從塞班升級到安卓的，并不代表就穩(wěn)了，實(shí)質(zhì)上受到傳統(tǒng)汽車開發(fā)影響更少的純電動車廠商以及造車新勢力，他們的產(chǎn)品天生就需要迎合如今這個互聯(lián)網(wǎng)時代，車聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛都是必須要實(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。國內(nèi)的例如零跑汽車自研芯片、合眾汽車（哪吒汽車）做軟件平臺，蔚來的產(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，全車僅有72個ECU控制器節(jié)點(diǎn)，總的來看平平無奇，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)開始了這樣的電子架構(gòu)設(shè)計的確令人驚嘆。特斯拉Model 3的電子構(gòu)架更絕，整個系統(tǒng)分為三個域，自動駕駛及娛樂控制模塊、右車身控制器、左車身控制器。

　　縱觀特斯拉的產(chǎn)品，在電子架構(gòu)層面從Model S到Model 3，車輛功能控制已經(jīng)完全變了樣，使用新的電子架構(gòu)平臺，將功能從供應(yīng)商軟硬件打包變成了自己研發(fā)軟件來控制所有功能。特斯拉的作法就像是蘋果的iOS，整個系統(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。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說來就來，通用也是最早推出高級別自動駕駛系統(tǒng)的廠商，通用會成為下一個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創(chuàng)新科技的電子構(gòu)架能夠生存下來。進(jìn)化論時至今日，在人類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時代的主宰呢？如果說第一個人工智能生物是一臺車而非人形物體，我一點(diǎn)都不會驚訝。（圖/文/攝：太平洋汽車網(wǎng) 洪曉峰）