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智能座艙域和自動駕駛域“領跑” 汽車域控制器處在量產“前夜”

來源:中國汽車報 瀏覽次數:80 發布日期:2021-09-15

東軟睿馳發布兩款新一代標準化域控制器,諾博科技宣布智能座艙域控制器現投入量產,均勝電子計劃2023年量產自動駕駛域控制器……最近一段時間,汽車域控制器領域好不熱鬧。在其背后,一場由汽車“新四化”掀起的技術產品革新不斷迫近。

隨著汽業電動化、智能化、網聯化的發展,電子控制單元數量大幅增加,并逐步向集約式發展。從分布式控制單元到域控制器,再到中央控制器,這條技術變革之路越來越清晰。隨著多家企業宣布域控制器產品已經或計劃量產裝車,新的“藍海”正在形成,而行業競爭也在升溫。

“五域”劃分體現技術變革

汽車電子電氣架構在向中央集中控制發展的過程中,域控制器似乎成為了當前階段最為科學合理的模式,從全車100余個電子控制器單元(ECU)到5個域控制單元(DCU),控制功能迅速集中。

DCU的概念最早由博世和大陸等一級汽車零部件供應商提出,旨在解決信息安全和ECU開發的瓶頸難題。其后,業界開始聚焦于將DCU作為更適于整車裝載的集成設備。通過集成多達上百個ECU,域控制器可減少電子電氣架構的空間、功耗和復雜性,成為解決由于功能過多導致ECU搭載過多的最佳替代方案。

為更方便地對ECU進行管理和分類,DCU也逐漸出現了較為清晰的劃分。以博世為例,該公司根據汽車的五大功能領域,將整車域控制器拆分為動力域(安全)、底盤域(車輛運動)、座艙域/智能信息域(娛樂信息)、自動駕駛域(輔助駕駛)和車身域(車身電子)。

惠州華陽通用電子有限公司產品規劃總監張海軍對《中國汽車報》記者解釋道:“域控制器的分類沒有統一的標準,但目前行業普遍認可博世劃分的經典‘五域’,考慮到其是基于各類汽車產品的相似功能、作用、安全要求等歸類劃分,具有較強的普適性。”

黑芝麻智能科技(上海)有限公司(以下簡稱“黑芝麻科技”)系統集成經理白福明認為,域控制器的出現,代表了汽車產業的技術升級。“隨著計算機、通信技術的逐步滲透,汽車信息化、智能化的程度越來越高,也帶來汽車電子電氣架構的變革,從傳統的分散式架構,向中央集約式發展,域控制器就體現了這個過程。”他告訴記者,“對于域控制器的分類,不同的廠商有不同的做法,但基本功能大同小異,相同功能屬性的ECU歸于同一個域,才能發揮出新技術的優勢,同時滿足傳統汽車技術規范和安全的基本要求。”

國汽智控(北京)科技有限公司總經理、國家智能網聯創新中心首席技術專家尚進指出:“域控制器本身不是新的概念,電子電氣架構和整車平臺設計本身就分為這幾個域,只不過當前正從每個域的多ECU走向各自的集中化,直到最后的中央集中化。五大經典域以機械功能實現為主,汽車從機械化走向控制化,從控制化走向軟件化,再走向數字化的進程,離不開這五大域的網絡拓撲和控制器變革。”事實上,當前車企和供應商推出的域控制器產品,主要也是依據這五大經典域進行探索和開發的。

兩大熱門領域啟動量產競爭

對于汽車行業來說,域控制器仍算是一個新鮮領域,企業在涉足時更多基于自身優勢考慮,專注于一兩個具體的域控制單元做專做精,智能座艙域和自動駕駛域顯然是其中的熱門和重點。

據了解,華陽集團聚焦智能座艙域控制器,推出了具備高集成度和擴展性的一芯多屏產品;德賽西威以智能座艙域和自動駕駛域作為主攻方向,L4級自動駕駛域控制器產品——IPU04獲得了相關項目定點;均勝電子旗下均聯智行與華為在智能座艙領域達成合作,同時與黑芝麻科技簽署了自動駕駛域控制器開發協議……此外,博世、大陸、安波福、偉世通等諸多外資零部件巨頭也在這兩個領域展開布局。

企業的這種行為并不難理解。開源證券曾發布研究報告分析稱,主要原因不外乎兩方面:一是在汽車整體分布式架構集中化的進程中,由中控系統升級而來的智能座艙域與新興的自動駕駛域,供應體系較為完整。相反,其他各個域是對傳統功能系統的進一步集成,因而更容易造成供應商之間的利益沖突;二是動力域、底盤域等不但涉及更高的安全等級,同時還要考慮各部件在配合過程中整體的NVH水平、是否存在相互間的電磁干擾(EMC)以及如何控制和提升整套系統的冷卻和效率等多方面因素,因而開發難度較大。此外,由于自動駕駛向更高級別發展,相關域對傳感器和控制器方面都有更加精確的時序要求和更嚴格的最大延時要求,對現階段多數廠商而言,具有較高的技術壁壘,因此底盤域和動力域暫未成為競爭焦點。而車身域技術門檻和安全要求等級都較低,有望率先融入智能座艙域進行共同開發。同時,新技術的滲透在這兩大領域體現得最為明顯,集中了經濟價值和附加功能,可以帶給用戶更優質的體驗。

在尚進看來,智能座艙域和自動駕駛域的發展是兩條不盡相同的路線。域控制器的難點在于重構,不僅涉及硬件平臺的重構,更體現在軟件基礎平臺的重構與開發模式的變化上。智能座艙域的重構,優點在于產業鏈比較成熟,與手機開發及生態相似,所以容易實現快速落地;而自動駕駛域的發展則是“不得不”,作為智能網聯汽車發展的首批功能,它是企業競爭的關鍵。另外,自動駕駛域作為最復雜的架構,如果做好了,也更利于推動其他域控制單元的發展。

復雜度大幅增長帶來新挑戰

隨著技術逐漸成熟以及產業鏈不斷完善,域控制器實現量產的消息一個接一個傳來。2020年1月,合眾汽車對外宣布,其動力域控制器(PDCS)搭載哪吒汽車測試成功,標志著產品進入量產應用階段。2021年5月,德賽西威表示,自動駕駛域控制器IPU03已在小鵬汽車上配套量產,后續將應用于其他車型;基于英偉達Orin芯片的下一代自動駕駛域控制器IPU04已與理想汽車達成合作,正在進入量產交付前的關鍵階段。6月11日,天際汽車第一臺動力域控制器(VBU)從薩康電子的生產線上正式下線。6月23日,億咖通科技新一代智能座艙系統、偉世通SmartCore座艙域控制器以及第3代高通驍龍TM汽車數字座艙平臺,在吉利星越L上首次實現量產。7月底,諾博科技宣布,基于黑莓QNX操作系統打造的智能座艙域控制器已投入量產,率先應用于長城新一代SUV哈弗H6S。

不過,有別于傳統零部件擁有多年的技術和產業化積累,域控制器走向量產面對的問題是全新的。白福明直言,全新智能領域的電子零部件給汽車帶來了更多的功能和體驗,同樣也帶來了諸多挑戰。

記者了解到,企業開發域控制器的投資非常大,很難同時兼具多個項目,因此個性化和平臺化的平衡是需要重點考慮的問題。但矛盾在于,域控制器作為當前行業發展的重要趨勢之一,其個性化也是企業競爭的主要著力點。白福明向記者表示:“對于域控制器而言,即使做平臺化,也是基于軟件分層的中間往下比較合適,如中間件、驅動等與大部分傳感器接口一致,可以實現共用;但再向上與應用層結合的部分就會存在較大差異,因為不同車企對具體功能的理解和定義不同,會產生個性化的需求,因此這部分產品開發的普適性就沒有那么強。”

張海軍也指出,目前域控制器多以平臺化方式研發,少量接口適配(不同車型、不同車企存在差異),主要通過上層軟件定制實現差異化競爭,這也體現了當前流行的“軟件定義汽車”趨勢。

產品需求不斷提升,對所涉及制造工藝的要求也就更為嚴格,首要面臨的是復雜度問題。白福明介紹稱:“與傳統的汽車功能復雜度相比,功能多樣化帶來的需求復雜度完全不是一個數量級。一個新功能的增加,可能意味著需要更新數百條系統化的需求。”

“軟件架構的復雜度變化也是成倍的。傳統ECU一般以典型MCU為系統核心,功能相對單一,軟件開發以滿足單一功能需求為主。而現在DCU則以多核異構的SoC為主,不同的核心對應不同的服務,多項服務最終形成完整的應用邏輯架構、時間同步架構、不同應用的軟件架構,功能安全框架等,隨之而來的是需要在帶寬、時間/空間效率、計算精度、組合與同步等多個方向上進行有針對性的設計。”他補充道,“總的來說,整體軟件的復雜度增加了很多。與此同時,復雜度的增加也會帶來研發成本、技術和項目管理難度的增加。”

張海軍對此表示認同:“一方面域控制器的技術開發難度、復雜度提升,產品穩定性、可靠性需要市場的檢驗;另一方面,車企也在考量是否接受一級供應商提供的全套域控制器解決方案。原本各部件由多個一級供應商配套,現在歸為一個部件,對車企來講也是一個挑戰。當前存在多種模式,有車企全套自研的、有車企只負責核心部件自研的、也有全套交由一級供應商配套的。”

將是產業鏈整合與重構的過程

由于功能和應用的變革,相對傳統ECU來說,域控制器需要接入新的傳感器,采用新的SoC,符合新的安全設計要求,硬件架構會重新設計,這也給產業鏈上下游的協調和管理帶來了新的挑戰。

據介紹,域控制器在某種程度上說更靠近ICT產品,架構的設計和生產有不少可以借鑒的地方。尚進就此提出他的觀點:“產業鏈上下游的配合和聯動很重要。總體來看,域控制器的產業鏈仍是一個動態變化的過程,上游是芯片,下游則是軟件和系統,不同企業研制全新產品的同時,會出現并形成很多新的產業鏈和子產業鏈。所有的聯動和配合都是雙向或者多邊的,起初往往不會平穩、順利發展,而是一個激烈變動的過程。但隨著企業不斷創新推動整個行業的發展,未來的產業生態終歸會慢慢趨于穩定,屆時會有行業“獨角獸”脫穎而出。等到成熟的產業生態形成,產業鏈的發展相信會有更完整的規則。”

在產業鏈上游,與域控制器關系最密切、影響最直接的,當屬半導體廠商的業務。麥肯錫預計,到2030年,全球軟件和電子電氣組件市場將以每年7%的速度增長,達到整個汽車行業增速的兩倍多。

白福明告訴記者:“從芯片行業角度看,域控制器的發展既是挑戰,又是機遇。芯片適配一些新進入這一領域車企的產品接口,功能滿足商業開發等,都是市場對我們提出的要求。”

“汽車域控制器本身應該是一個開放的行業,沒有一個人或團隊能夠在短時間內解決所有問題,形成一個可落地量產的產品。因此,產業聯動是必須的。軟硬件的接口應靈活開放,實現不同傳感器、操作系統、芯片、中間件等的相互適配,才能滿足不同應用場景下成本最優、效率最優等需求。總之,共建生態有助于整個行業發展。”白福明說道,“當下,技術、法規、標準還不夠成熟完善,還需要等待真正意義上的中央控制器的出現。”

在域控制器開始實現量產的今天,中央控制器似乎也沒有那么遙遠了。而中央控制器就是未來汽車電子電氣架構的終點嗎?不少業內人士對此仍持開放態度。

“中央控制器不該是終點。”尚進對記者表示,“我認為,智能汽車所謂的終點應該類似ICT行業的模式,與5G、邊緣計算和云計算融合,達到真正的軟硬結合、數據驅動。提到中央域控模式,業界常常聯想到特斯拉。未來,其他一些企業應該很快就會在量產車上,將座艙域和自動駕駛域集成于同一硬件,這在某種程度上就屬于中央域控。”不過,他也認為,要實現真正的中央集中控制還需要時間,雖然實現技術突破大概只需3~5年,但真正大規模量產可能要5年甚至更久。

張海軍告訴記者:“天下大勢分久必合,合久必分。中央控制器不一定就是終點,隨著新技術的應用發展,有鑒于云計算、5G帶來的低延時和高帶寬特性,未來也不排除出現輕車端、重云端的配置。”

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