可曾聽聞動力域時代下的春秋五霸走向大一統(tǒng)


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摘要:動力域控制器是一種智能化的動力總成管理單元,借助 CAN/FLEXRAY 實現(xiàn)變速器管理、引擎管理、電池監(jiān)控、交流發(fā)電機調(diào)節(jié)。其優(yōu)勢在于為多種動力系統(tǒng)單元 (內(nèi)燃機、電動機\發(fā)電機、電池、變速箱)計算和分配扭矩、通過預判駕駛策略 實現(xiàn) CO2 減排、通信網(wǎng)關(guān)等,主要用于動力總成的優(yōu)化與控制,同時兼具電氣智 能故障診斷、智能節(jié)電、總線通信等功能。


動力域:動力域我們可以定義為控制整車電驅(qū)動力系統(tǒng)里面用到的控制模塊。以新能源汽車為例,包含電控系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)(BMS)、以及逆變器、車載充電(OBC)等等。 


動力域中,一般車企會自己研發(fā)電機電控系統(tǒng),現(xiàn)階段主流路線控制器會集成在電機里。而 BMS,逆變器,車載充電等產(chǎn)品供應(yīng)商提供較多。動力域里的產(chǎn)品,會受益于新能源的高速 發(fā)展而發(fā)展。


動力域中的這些控制模塊核心用到的是功率半導體比如 IGBT、 Mosfet、 SiC。現(xiàn)階段 新能源汽車正在由 400V 向 800V 高壓演變,對于逆變器,電機控制等模塊的技術(shù)需求也發(fā)生 了一些要求改變。總體而言,和智能座艙、智能駕駛、底盤、車身有所區(qū)別,需要針對這個細分賽道單獨進行技術(shù)和發(fā)展方向的研究。


下圖以特斯拉新一代電驅(qū)系統(tǒng)為例,集成了電機、減速器、電控于一體,體積非常緊湊, 電機部分如西瓜般大小,電機功率可達 300KW。電控制部分見圖 2,實際包含三層結(jié)構(gòu):分別 有主控制,驅(qū)動電路,以及 IGBT 模塊。


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圖1:特斯拉一體化電驅(qū)系統(tǒng)


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圖2:特斯拉電機控制器內(nèi)部部分結(jié)構(gòu)展示 – 僅為主控制層


EE 架構(gòu)升級的方式


博世將汽車電子電氣架構(gòu)的演進分為三大階段:分布式架構(gòu)、(跨)域集中式架構(gòu)、 車輛集中電子電氣架構(gòu),每個大階段中細分為兩個小階段,從低階到高階依次為:模塊化(每個功能由一個獨立的 ECU 實現(xiàn))、集成化(不同的功能集成到一個 ECU 來實現(xiàn))、域內(nèi)集中(域控制器分別控制不同的域)、跨域融合(跨域控制器同時控 制多個域)、車輛融合(一個車載中央計算器控制全車的域控制器)、車輛云計算(更 多的車輛附加功能由云計算實現(xiàn))。

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圖3:博世DCU電子架構(gòu)

目前汽車廠商的電子電氣架構(gòu)升級都仍處于域集中式架構(gòu)階段,少數(shù)領(lǐng)先的車廠已經(jīng)發(fā)展到了跨域融合階段:大眾:MEB 平臺采用三大控制器來對全車進行控制與功能實現(xiàn)。

市場擔心,長期來看集中式 E/E 架構(gòu)下 ECU 將數(shù)量減少,功能弱化,主導權(quán)可能從供應(yīng)商向主機廠轉(zhuǎn)移 (如特斯拉大面積自研控制器)。但我們認為,中短期來看這一趨勢并不明顯,原因包括以下三點。

第一,并非所有功能域都適合集中化 。經(jīng)典的汽車功能域劃分方式為動力總成域、底盤域、車身域、信息 娛樂域和輔助/自動駕駛域。其中,信息娛樂域、輔助/自動駕駛域采用 DCU 已較為普遍,核心原因是兩者對高 性能定制硬件(性能性 DCU)有剛性需求,前者用于驅(qū)動顯示,后者用于圖像處理和深度學習,相同功能情況 下集中式架構(gòu)比分布式架構(gòu)成本更低。但動力總成域、底盤域和車身域?qū)λ懔σ筝^低,而靈活性和開放程度 要求較高,需要通用計算和通訊資源及標準化軟件平臺(集成型 DCU)。此時 DCU 是新增成本,針對動力總成 域、底盤域和車身域分別設(shè)置 DCU 帶來的物料成本過高,推廣較為困難。

第二,集中化也不意味著所有 ECU 都會被“吃掉”。 作為行業(yè)先驅(qū),特斯拉 Model 3 的區(qū)域集中式 E/E 架 構(gòu)受到廣泛關(guān)注,其前車身控制器、左車身控制器、右車身控制器相當于集成了傳統(tǒng)車的 14 個 ECU。但是需 要指出的是,并非所有 ECU 均適合就近整合,適合整合為區(qū)域 DCU 的主要是離散邏輯和非時間敏感功能,例 如電源分配、車身控制、熱管理和空調(diào)管理等,不適合整合為區(qū)域控制的主要是帶有復雜邏輯或零部件、需要 實時控制的功能,例如發(fā)動機管理、電機控制、車輛穩(wěn)定性控制等。即便對于明確采用 DCU 的信息娛樂域、自 動駕駛域而言,考慮到現(xiàn)有供應(yīng)鏈的成熟性,還是有很多傳感器以及 ADAS 功能模塊會采用獨立 ECU。

第三,大部分車企在中短期內(nèi)不會效仿特斯拉采用如此激進的集中化方案 。從技術(shù)能力來看,大部分傳統(tǒng)整車廠的軟硬件開發(fā)能力遠落后于特斯拉,短期內(nèi)很難效仿。更重要的是,特斯拉的模式不適合大多數(shù)傳統(tǒng)整 車廠。DCU 的核心在于支持特定功能域內(nèi)整車級軟件的集中化,而域內(nèi)ECU 是否與 DCU 硬件集成,則應(yīng)根據(jù) 整車譜系的總體 E/E 架構(gòu)及變形開發(fā)需求來設(shè)計。新勢力造車公司歷史負擔小,通常每代產(chǎn)品只有一款車型, 無須考慮變形開發(fā)及 E/E 架構(gòu)的靈活性,因此更傾向選擇 ECU 與 DCU 硬件集成,降低單車控制器物料成本。傳統(tǒng)車企通常產(chǎn)品譜系廣、范圍大,開發(fā)一套架構(gòu)不但要兼顧高低中配車型,還要考慮全球各地供應(yīng)鏈、產(chǎn)線 的可重用性等一系列問題,因此更傾向于保留 ECU 硬件,通過 ECU 接口標準化將其抽象為標準化傳感器或執(zhí) 行器(只負責信號采集或負載驅(qū)動,不再具有運算功能),有利于車型譜系間的部件重用,降低變形開發(fā)費用, 同時也照顧到現(xiàn)有供應(yīng)商的利益。

格局重塑,巨頭爭霸

汽車控制器在汽車整車及零部件中扮演了“大腦”的角色,也是汽車軟件的物理載體。其中,單一功能控制器被稱為電控單元(ECU),多功能域控制器被稱為域控單元(DCU)。軟件定義汽車浪潮將為汽車控制器行業(yè)帶來深遠影響。一方面,汽車控制器供應(yīng)鏈將重塑,傳統(tǒng) Tier1 巨頭的優(yōu)勢地位已經(jīng)有所松動,無論 ECU 還是 DCU,中國廠商都有機會迎來突破。另一方面,汽車控制器形態(tài)將發(fā)生變化,ECU 可能被 DCU 部分集成(不 代表 ECU 會消失)。傳統(tǒng)汽車供應(yīng)鏈為“Tier2-Tier1-OEM”的塔狀模式,ECU 通常由電控系統(tǒng) Tier1(系統(tǒng)集成商)自主研發(fā)生產(chǎn),博世、大陸、電裝等國際巨頭占據(jù)主要市場份額。ECU 是各類汽車電控系統(tǒng)的“大腦”,軟硬件一體, 且與傳感器、執(zhí)行器高度耦合,技術(shù)門檻較高,國際大廠具備明顯的技術(shù)和成本優(yōu)勢。


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來源:Marklines,中信建投


特斯拉的 Model 3 結(jié)構(gòu)就是車輛集中式電子電氣架構(gòu)(Central & Zone Concept)的典型代表,也是該架構(gòu)下的第一款量產(chǎn)車型。Model 3 全車主要有三 大控制模塊構(gòu)成,一個是類中央控制模塊的自動駕駛及娛樂控制模塊 Autopilot & Infotainment Control Module,另外兩個分別是右車身控制器 BCM RH 和左車身 控制器 BCM LH。

特斯拉之后,全球傳統(tǒng)龍頭車企也紛紛致力于改進自身電子電氣架構(gòu),選擇優(yōu)質(zhì)域控制器供應(yīng)商合作,發(fā)力布局終極階段——車輛集中式電子電氣架構(gòu)。

寶馬和奧迪也進行中央計算平臺的電子電氣架構(gòu)設(shè)計。命名略有不同,奧迪將新架構(gòu)命名為中央計算集群(central computing cluster),而寶馬叫做中央計算平臺(central computing platform)。在寶馬的體系結(jié)構(gòu)中,中央計算平臺劃分主要的軟件功能,這些功能主要在內(nèi)部開發(fā)。這些平臺提供高性能,并滿足最高的安全要求。集成 ECU填充了中央計算平臺和普通 ECU之間的差距——例如,部署需要直接訪問傳感器或執(zhí)行器的時間關(guān)鍵功能。對于簡單和非 特定于OEM的功能,可以接受普通 ECU 和傳感器和執(zhí)行器。理想情況下,這些 ECU、傳感器和執(zhí)行器基于常見的 OEM 或者一級供應(yīng)商的零件。


新的時代正在悄然變革,旺材新媒體作為產(chǎn)業(yè)的瞭望者,也將于2022年6月23-24日在廣東舉辦2022(第二屆)中國國際新能源汽車動力域創(chuàng)新技術(shù)峰會,本次峰會將重點聚焦動力域的發(fā)展與融合、域控制器的技術(shù)開發(fā)、部件開發(fā)協(xié)同與器件升級邀請了國內(nèi)諸多專家學者,進行一次行業(yè)內(nèi)深入的探討。同期還將舉辦IFWMC2022(第三屆)中國國際扁線電機峰會,歡迎各位踴躍參與!      


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