(报告出品方/作者:中信证券,杨泽原、丁奇)
1 自动驾驶域控制器:驾驶域大脑,汽车智能化核心自动驾驶域控制器:驾驶功能域的核心计算单元
自动驾驶域控制器的主要功能:DCU 作为功能控制中枢,承担着驾驶相关的车身区 域的“大脑”的角色。域控制器向上通过智能化接口获得传感器、诊断数据与状态数据,向 下通过执行器接口传递相关执行指令,起到该功能域计算大脑的核心角色。除了主 DCU 外,该功能域中还会有部分子 ECU 来执行驱动和特殊逻辑策略的工作。除了驾驶域外, 座舱、动力安全、底盘、车身也逐步开始形成以域控制器为核心的计算中心的架构。
在传统的分布式架构下,主要靠 ECU 和传感器数量的增加来实现功能增加与算力提 升。ECU 是分布于汽车车身各处的小型计算单元,用于处理该部分汽车结构的计算信息。 ECU 的核心是中央处理器 CPU,此外也包括 MPU、MCU,周边包括存储器,输入输出 接口等结构。
车内 ECU 复杂程度提高,集中化成为必要趋势:伴随汽车电子化的发展,车内 ECU数量不断增多,构成汽车的分布式电子电气架构。传统豪车如奔驰、宝马、奥迪等品牌的 E/E 架构中,ECU 的数量达到 100 个左右,最高的达到 150 个。大量的 ECU 通过 CAN 总线(1-2M/s)来进行信息交互。随着车内智能化水平提升,车载屏幕大屏化、高清化, ADAS 辅助功能在车内的不断渗透,导致单车需要承载、传输的信息量呈爆发式增长,带 动 ECU、线束等投入快速增多。
在传统的 ECU 架构下,智能化升级需要依靠硬件数量的叠加,且过渡依赖于 TIER1 厂商的定义能力。比如,在整车热管理控制当中,座舱的温控依赖于驾驶舱空调控制器, 电池包温度管理被集成在 BMS 控制器中,电机及电驱的热管理由 VCU 来实现。不同模块 之间相互独立,完全由 TIER1 负责底层控制逻辑,整车之间难以实现有效的一体化设计与 控制。
这些问题使得传统的 ECU 架构无法满足新的汽车智能化需求,催生了域控制架构的 出现,ECU 按照功能和空间关系开始出现融合。2017 年,德国博世公布其在整车电子电 气架构方面的战略图,将整车电子电气架构的发展分为三大类,分别是模块化和集成化架 构方案(分布式)、集中式域融合架构方案和车载电脑云计算架构方案。目前市面上大多 数车型的架构方案都使用模块化和集成化架构方案。
ECU 的减负,并非单纯的硬件物理层集成,这个过程需要将上百个 ECU 模块逐一进 行软硬件剥离,然后将软件注入集中式的计算单元,逐步催生出各个功能区间的大脑,即 域控制器。传统 ECU 模块开始软硬件分离,硬件被逐步取消,软件被集中到一起,通过 单个计算平台来实现对多个功能的控制。此后,随着进一步演进,将会以整车大脑的形式 布局。
SOA 软件定义汽车模式下,基于域控的汽车 E/E 架构,整合分散的车辆硬件,通过 硬件之间的信息互联互通和资源共享,以及 OTA 可升级的软件能力进行整车功能的定义。 当前车企最典型的功能域分为动力总成,底盘控制,车身控制,ADAS 与座舱域五个域构 成,座舱域与车身域有进一步整合的趋势。
在这五个域当中,由于动力域、底盘域本身由传统功能集成而来,且开发难度较大, 涉及的功能单元与供应商较多,短时间内难以实现统一;而驾驶域与座舱域本身属于新出 现的功能域,供应链体系完整多元,主机厂掌控的可能性较大,且对于人机交互的直观体 验更明显;重要性与可行性使得主机厂商将驾驶域与座舱域视为域控化的焦点。根据 ICVTank 的预测,其市场规模在未来五年将实现 70%-80%的 CAGR。
自动驾驶域的域控化进度是全车各个功能域中最快的。驾驶域需要承载包括感知环境, 数据处理,路径规划与云进行同步通信等诸多功能;此外,不断增加的传感器数量,进一 步需要更高性能和集成化的计算单元,从而来维持对关键安全信息的无延时处理,使得自 动驾驶域控制器成为汽车各个功能域中发展最快速的一个。
ADAS/AD 域控制器方面,目前市场上在用的针对 L1 级辅助驾驶的大多数仍是使用单 独的 ECU 控制,即 AVM 计算单元等独立的计算单元构成。而 ADAS ECU 主要面向 L2 级自动辅助驾驶中 LDW/LKA 与 AEB 的融合处理,到了 L2 、L3、L4 级自动驾驶阶段, 自动驾驶域控制器的需求就会开始爆发。以域控制器为底层算法平台下,L2 级别自动驾驶 算法将会在乘用车上快速实现落地,当前落地最快的功能包括了 ACC、AEB、LDW、BSD、 APS 等。基于 L3 的高算力域控制器,主机厂与算法公司将会进一步迭代包括城市级辅助 巡航在内的高级别自动驾驶功能。
下一步,特斯拉重新划分了“域”的概念,打破了功能与功能之间的壁垒划分和传统 整车架构设计的思维,搭载车载电脑,直接跨入车载电脑和区域导向架构。特斯拉直接按 车身设计空间来进行区域域控的划分,依赖于特斯拉强有力的整车设计与供应链垂直一体 化整合的能力。