近幾年汽車行業(yè)關于EEA的討論一直熱度不減，各大整車企業(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（Electrical/Electronic Architecture）的英文名稱縮寫，這個概念最早出現在汽車從完全機械化產品向電氣化、電子化發(fā)展之時。然而到了電動化、網聯(lián)化、智能化的今天，“架構”一詞的外延更加豐富，“電子電氣”又關聯(lián)廣泛，EEA常常與芯片、軟件、網絡、線束、電子電氣硬件等概念一起出現，實際上出現不少問題，真的有必要對EEA進行系統(tǒng)清晰的梳理?；蛟S正是因為相關話題中混雜了太多的細節(jié)，一些企業(yè)高層對于EEA的理解與認知也缺乏戰(zhàn)略高度，導致企業(yè)對于集中式EEA的落地規(guī)劃陷入了誤區(qū)。為了助力行業(yè)形成共識、加快智能汽車EEA的發(fā)展演進，蓋斯特咨詢研究團隊圍繞大家最關注的以下8個EEA問題，分享我們對于EEA最新發(fā)展趨勢的系統(tǒng)研究和深度思考。
? 從傳統(tǒng)汽車到智能汽車，EEA的內涵發(fā)生了什么變化？
? EEA包含哪些關鍵要素？EEA在智能汽車技術全景圖中的定位是什么？
? EEA對于智能汽車具有什么作用和意義？
? EEA的總體發(fā)展趨勢是什么？
? EEA的評價維度有哪些？
? EEA的演進將分成幾個階段？
? 集中式EEA演進著面臨哪些挑戰(zhàn)？
? 整車企業(yè)如何推動集中式EEA的落地？
一、從傳統(tǒng)汽車到智能汽車，EEA的內涵發(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，體現了整車電子電氣器件之間的連接關系。廣義上EEA包含器件及其連接關系。我們可以進一步把EEA分為“電子架構”和“電氣架構”，它們分別承載整車信息和能量的流動。
其中，“電子器件”一般指供電電壓小于/等于48伏、基于電子電路實現相關功能的低壓/弱電設備，包括車載傳感器、芯片、顯示屏等，主要負責完成信息/數據的采集、處理與利用?！半娮蛹軜嫛必撠熣囯娮悠骷g的信息交互，決定了電子器件的連接關系。這種連接關系通常用“網絡拓撲”來表示，即以連接各種電子器件的通信線束所構成的通信網絡的物理空間布局，因此“電子架構”也可以稱為“通信架構”和“網絡架構”。
“電氣器件”一般指供電電壓高于48伏的高壓/強電設備，包括電池、電驅等，主要負責完成能量的轉換?！半姎饧軜嫛必撠熣囉秒娫O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系。這種連接關系通常用“電氣拓撲”來表示，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：第一，雖然電子器件的供電配電也是由電氣架構負責，但是電子器件之間不涉及能量的流轉，因此電氣架構對其連接關系不起決定性作用；第二，電子架構和電氣架構是兩套完全不同的拓撲結構，即使在物理空間上存在某些重合，但實際用到的線束/線纜是不同的；第三，電氣架構中的高壓和低壓的供配電并非完全獨立，一方面，低壓供配電的能量是通過高壓電源變壓而來；另一方面，部分電子器件與電氣器件在物理空間上會集成在一起，比如電驅總成內集成一個ECU（電子控制單元），因此高壓和低壓會同時存在于某些零部件。
2.EEA的內涵變化
具體到EEA的內涵，從傳統(tǒng)汽車發(fā)展到智能汽車的變化非常大。筆者將EEA的內涵劃分為物理連接關系、計算通信架構和能量配給平臺三個層面，其中計算通信架構包括計算節(jié)點和通信網絡，能量配給平臺又可以區(qū)分為低壓平臺和高壓平臺。EEA的內涵在各個層面的變化如圖1所示。
圖1傳統(tǒng)汽車EEA與智能汽車EEA的差異
在物理連接關系層面，傳統(tǒng)汽車EEA采用分布式架構，電子控制設備（通常是ECU）分布在各功能子系統(tǒng)/模塊中。隨著智能化帶來的功能數量激增，如果繼續(xù)沿用分布式架構將導致ECU數量越來越多、布線愈發(fā)復雜，使得架構難以持續(xù)拓展。因此，智能汽車EEA將向集中式架構發(fā)展，即將各功能子系統(tǒng)/模塊交由集中式電子器件（比如計算平臺或域控制器）統(tǒng)一控制，從而簡化硬件的物理空間布局、連接與布線。
在計算通信架構層面，傳統(tǒng)汽車EEA采用以MCU（微控制單元）為核心、以ECU作為計算節(jié)點、以CAN總線（控制器局域網總線）作為通信網絡的主干網，實現是面向各ECU信號的通信。隨著智能化帶來的軟件集中與復雜度提高，汽車需要更大的算力來支撐軟件運行，因此以異構SoC（系統(tǒng)級芯片）為核心的計算平臺將成為主要的計算節(jié)點。此外，智能汽車要求軟件能夠靈活調用硬件，這需要更大的通信帶寬和更靈活的通信機制，因此車載以太網將成為新的主干網，支撐上層實現面向服務的通信。計算節(jié)點和通信網絡的升級也將反過來進一步促進EEA的集中化。
在能量配給平臺層面，傳統(tǒng)汽車由于高壓器件較少，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。而電動化作為智能化的有力支撐，動力電池、電驅等三電及其附帶的高壓器件均會搭載在智能汽車上，智能汽車EEA也將新增高壓供電配電網絡。此外，智能化也要求低壓平臺采取更加安全、節(jié)能和靈活的電源管理策略，這需要基于芯片實現智能動態(tài)配電。
二、EEA包含哪些關鍵要素？EEA在智能汽車技術全景圖中的定位是什么？
對于智能汽車而言，EEA在“能量配給平臺”層面的內涵并非重點，因此在大部分語境中，狹義上的EEA通常指的是電子器件的連接關系，即通信網絡。而廣義上的EEA則包含“計算通信架構”中的所有電子電氣器件及其連接關系，為汽車軟件提供基礎能力支撐與可供調用的硬件資源來源。考慮到狹義EEA可談論的內容有限，本文后續(xù)內容主要討論廣義EEA。
圖2展示了EEA在智能汽車技術架構中所處的位置、構成要素，以及其與其他要素之間的關系?？梢钥闯觯珽EA既是軟件運行與交互的支撐，又是硬件接入與集成的平臺。
EEA構成要素之一是傳感器、執(zhí)行器等功能硬件，它們通過硬件接口和線束接入整車通信網絡。這些硬件所提供的功能性能是實現整車體驗的基礎能力。在軟硬解耦趨勢下，未來功能硬件的相關控制模型將實現知識化、抽象化，從而允許通過軟件將硬件功能封裝成為基礎服務單元，支撐構建上層SOA（面向服務的架構）。
EEA構成要素之二是計算平臺/控制器，它們是所有車載軟件最終部署的地方，通過提供計算與存儲資源來支撐軟件的運行。計算平臺/控制器的數量可以是一個或多個，這既與車載軟件的集中程度有關，又與芯片技術的發(fā)展有關，具體將在后文詳細介紹。
EEA構成要素之三是通信網絡，主要負責硬件的連接與信號的傳輸。首先，通信網絡需要建立不同計算平臺之間的連接，從而支持跨域/跨平臺的軟件交互；其次，通信網絡需要建立功能硬件與計算平臺之間的連接，從而支持部署在計算平臺上的軟件能夠靈活調用底層功能硬件；最后，通信網絡需要提供以太網等硬件層通信協(xié)議，從而支撐上層復雜的軟件層協(xié)議，比如實現SOA所必需的面向服務的通信。
圖2智能汽車技術架構
三、EEA在智能汽車具有什么作用和意義？
筆者此前的微信文章《“新汽車”SOA發(fā)展趨勢與實施策略研究》中曾經提到，智能汽車中軟硬解耦趨勢本質上就是邏輯與物理分離的過程，而軟件架構決定邏輯連接關系，EEA決定物理連接，兩者是靈魂和軀體的協(xié)同共生關系。
如果把整車架構設計類比為城市規(guī)劃，那么以SOA為代表的軟件架構對應一種特殊的城市運行機制，EEA則對應城市總體布局。下面根據“軟件先行”的SOA架構設計流程，說明SOA與EEA之間的緊密聯(lián)系，以及EEA對于智能汽車的重要意義：
第一，EEA決定了整車軟件在硬件上的部署。設計SOA的第一步是進行服務的劃分與定義，即確定服務集合、服務顆粒度、服務功能性能，類似于城市規(guī)劃中明確城市的正常運轉需要具備哪些功能；而設計EEA時就需要考慮為每種服務提供必要的底層硬件支撐，包括傳感器、執(zhí)行器、計算、存儲、通信帶寬等資源，類比城市規(guī)劃就是明確承擔城市各功能的建筑物以及配套設施。
第二，EEA不僅影響整車功能的橫向打通，還影響企業(yè)內部研發(fā)組織的橫向劃分。設計SOA的第二步是明確服務之間的打通交互關系，類比城市規(guī)劃就是使城市功能實現充分協(xié)同；理想情況下SOA的服務之間能夠彼此相互打通、靈活訪問，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，類比城市規(guī)劃就是只有城市形成集群才能實現更充分的協(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。設計SOA的第三步是定義服務之間的通信規(guī)則，不同服務之間的通信規(guī)則是不同的，就好比城市中的物流運輸網絡和醫(yī)療急救轉運網絡需要不同的運營調度機制；但軟件層面不論設計規(guī)則如何，服務交互最終都要轉化為EEA中通信線束上的物理信號，就好比無論是物流車還是救護車都必須跑在交通道路上。
第四，EEA的設計決定軟件復雜度的上限，也影響外部功能生態(tài)的接入。設計SOA的第四步需要從可拓展性的角度對架構進行優(yōu)化，類似在城市規(guī)劃中經常強調城市功能的多元化與轉型升級；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，只有做好相應的預留才能支持軟件的靈活拓展和升級，因此EEA的設計對于外部功能生態(tài)的接入以及車載軟件復雜度的上限都有決定性影響。
第五，EEA支持硬件的平臺化設計、硬件的靈活替換與升級。設計SOA的第五步是對架構進行跨車型、跨平臺、跨硬件適配，即強調架構的復用性，就好比北京和上海雖然是不同的城市，但在整體的城市運行機制上有很大一部分的機制相似；但這種相似是建立在城市建設中存在很多國家標準規(guī)范的基礎上，對于EEA來說就是要實現硬件接口的標準化，因此可以說EEA支持著硬件的平臺化設計以及可插拔式替換與升級。
綜上所述，EEA為整車的設計開發(fā)提供了物理層面的“總體布局”，同時影響著硬件、軟件以及企業(yè)組織，所以EEA和SOA都是智能汽車設計開發(fā)中首要考慮的關鍵要素。
四、EEA的總體發(fā)展趨勢是什么？
汽車智能化發(fā)展驅動汽車軟硬解耦，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的發(fā)展趨勢與需求，筆者將其歸納為三點：一是，智能化時代技術發(fā)展快，用戶需求變化也快，導致汽車產品開發(fā)迭代的周期也必須加快；二是，智能化功能需求呈現多樣化，導致汽車上硬件的種類與數量增多；三是，用戶更加追求整體體驗，要求汽車上功能之間的協(xié)同要增加，導致功能邏輯的設計越來越復雜。以上每一個趨勢都對整車EEA提出全新的需求。
第一，產品開發(fā)迭代加速，意味著傳統(tǒng)的軟硬件綁定的開發(fā)模式必然走向沒落，取而代之的是軟硬解耦，讓軟件能夠脫離硬件實現更快的迭代，這對應到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，意味著車上的線束連接越多、拓撲結構越復雜，而要避免車內空間的限制，就需要將原本由多個ECU承擔的功能集中至一個或幾個具備大算力的域控制器或計算平臺上，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，功能邏輯設計越復雜，意味著負責實現這些邏輯策略對硬件進行控制和調用的軟件需要更復雜的結構、更多的組件，而要降低軟件的開發(fā)難度，就要將原本針對特定硬件、采用不同軟件系統(tǒng)的多個邏輯策略集中至一個軟件系統(tǒng)內重新設計開發(fā)（比如SOA），即所謂的邏輯集中。
因此，汽車EEA的演進趨勢可以歸納為“集中化”，并且是分別從邏輯和物理兩個維度實現集中。
五、智能汽車EEA的評價維度有哪些？
優(yōu)秀的智能汽車EEA應具備三個屬性：高性能（支撐更復雜的軟件更好更快地運行）、靈活可拓展（支持產品在更長的周期中持續(xù)進化）、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維度都實現優(yōu)化。
從性能維度看，邏輯集中通過讓軟件在一個系統(tǒng)內充分共享數據，甚至部分軟件可以進行合并融合，使得軟件的運行與交互效率都更高；物理集中通過提高算力，能夠處理更多的數據、支撐更復雜的功能。
從靈活性維度看，邏輯集中后通過對軟件系統(tǒng)進行SOA設計，使得軟件高內聚、低耦合、靈活訪問，允許對軟件組件（服務）進行靈活升級以及往架構中靈活增加新組件；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，邏輯集中后通過對軟件系統(tǒng)進行SOA設計，使得軟件組件的復用性增強，避免了重復性開發(fā)，降低了研發(fā)成本；物理集中通過減少硬件數量與算力冗余降低了控制器的物料成本，另外通過簡化網絡拓撲結構，使得線束的成本與重量都得到了降低。
未完待續(xù)，請繼續(xù)關注《蓋斯特研報：智能汽車EEA最新發(fā)展趨勢與實施策略研究（下篇）》
