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(xiàn)在汽車從完全機械化產(chǎn)品向電氣化、電子化發(fā)展之時。然而到了電動化、網(wǎng)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(wǎng)絡、線束、電子電氣硬件等概念一起出現(xiàn)，實際上出現(xiàn)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(nèi)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(nèi)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(xiàn)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(xiàn)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(shù)據(jù)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(qū)等，主要負責完成能量的轉(zhuǎn)換。“電氣架構”負責整車用電設備（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(zhuǎn)，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(jié)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(qū)總成內(nèi)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(nèi)涵變化
具體到EEA的內(nèi)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(nèi)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(wǎng)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(nèi)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(shù)量激增，如果繼續(xù)沿用分布式架構將導致ECU數(shù)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(wǎng)總線）作為通信網(wǎng)絡的主干網(wǎng)，實現(xiàn)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(diào)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(wǎng)將成為新的主干網(wǎng)，支撐上層實現(xiàn)面向服務的通信。計算節(jié)點和通信網(wǎng)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(qū)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(wǎng)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(xiàn)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(nèi)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(wǎng)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(diào)用的硬件資源來源。考慮到狹義EEA可談論的內(nèi)容有限，本文后續(xù)內(nèi)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。可以看出，EEA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(wǎng)絡。這些硬件所提供的功能性能是實現(xiàn)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(xiàn)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(shù)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(wǎng)絡，主要負責硬件的連接與信號的傳輸。首先，通信網(wǎng)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(wǎng)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(diào)用底層功能硬件；最后，通信網(wǎng)絡需要提供以太網(wǎng)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(xiàn)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(jīng)提到，智能汽車中軟硬解耦趨勢本質(zhì)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(jù)“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(zhuǎn)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(nèi)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(xiàn)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(xiàn)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(wǎng)絡和醫(yī)療急救轉(zhuǎn)運網(wǎng)絡需要不同的運營調(diào)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(zhuǎn)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(jīng)常強調(diào)城市功能的多元化與轉(zhuǎn)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(diào)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(xiàn)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(qū)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(chǎn)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(xiàn)多樣化，導致汽車上硬件的種類與數(shù)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(chǎn)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(xiàn)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(jié)構越復雜，而要避免車內(nèi)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(xiàn)這些邏輯策略對硬件進行控制和調(diào)用的軟件需要更復雜的結(jié)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(nèi)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(xiàn)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(chǎn)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(xiàn)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(nèi)充分共享數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)、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(nèi)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(shù)量與算力冗余降低了控制器的物料成本，另外通過簡化網(wǎng)絡拓撲結(jié)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）》
