2024年智能电动汽车专题分析报告:中央计算+区域控制千亿蓝海,电子电气供应链重构
- 来源:西部证券
- 发布时间:2024/11/07
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智能电动汽车专题分析报告:中央计算+区域控制千亿蓝海,电子电气供应链重构。中央计算+区域控制架构为域集中的确定性演进方向,区域控制器有效降本、减重、智能配电、提高算力利用率和传输效率等,是提升OTA速度、软件定义汽车的必由之路。车辆智能化提速,ECU数量快速增长,汽车电子电气架构逐步从分布式向域控制/中央集成式发展。芯片的发展同样推动E/E架构演进。我们认为,区域控制器迭代升级的过程,是不断集成跨域功能、省去ECU的过程。近年来第一代车身控制系统,不断向第二代车身域控和第三代区域控制器方向迭代,不断集成车身域(如PEPS、空调算法、门控逻辑、胎压监控、智能进入等)、动力、热管理、底盘控制、车辆...
中央计算+区域控制架构为域集中的确定性演进方向
汽车电子电气架构逐步从分布式向域控制/中央集成式发展
汽车电子电气架构将汽车包含的不同类型传感器、电子控制单元、线束拓扑、电子电气分配系统加以组合,由其进行运算、动力、能量的有效分配, 从而实现汽车各项功能的运转。 目前行业内普遍比较认同的是博世提出的汽车电子电气架构(EEA)演进趋势,路径表现为分布式(模块化→集成化)、域集中(域控制集中→跨 域融合)、中央集中式(中央计算+位置域→车-云计算)。 我们认为,对于大多数OEM而言,EEA的进化是一个持续的循序渐进的过程,并非跳跃式切换,技术上限、研发规划和对开发成本的要求决定整车厂 目前处于哪个阶段,目前来看则是多个阶段并存。域控制EEA和中央计算EEA各有优势,域控制EEA的功能划分明确,控制逻辑清晰,分析排查车 辆问题时便于定位问题,同时对软件算法要求较低,实现较容易。中央计算EEA对软件算法要求较高,算法相对集中,需求的控制器数量和线束布 置较少,车辆各控制器之间的信息交互相对较简单,但因为其对软件开发的能力要求较高,实现起来较复杂。
ECU数量增加,分布式架构面对开发复杂性的挑战
传统的汽车架构中,多数系统采用分布式汽车电子电气架构(EEA),汽车内的 ECU 通过 CAN 或 LIN 总线连接到一起。随着 人们对汽车的安全、效率、舒适等要求的提高,车辆的电子化程度迅速发展,汽车上的 ECU 数量快速增长,汽车上的 ECU 基本 上都有几十个,甚至有的已经达到上百个,分布式架构收到了挑战。大量的ECU单元导致电子软件开发复杂性大大增加,开发者 开始追求模块化、可移植性强、易于管理的架构,故域的概念被提出来。
特斯拉引领中央计算+区域控制架构发展,区域控制器常见数量包含2-4个不等
特斯拉Model 3首次采用中央计算+区域控制架构,架构分为四部分:CCM(中央计算模块)、BCM FH(前车身控制模块)、BCM LH(左车身控制模块)、BCM RH(右车身控制模块)。CCM由三模块组 合:信息娱乐系统(IVI),驾驶辅助系统(ADAS)和车内外通信系统。 1)前车身控制模块:负责整车电源分配,车辆前舱用电器的逻辑控制和驱动; 2)左车身控制模块:负责左侧用电器的配电,左侧用电器的逻辑控制和驱动,包括左车身便利 性控制以及转向、制动等底盘控制等; 3)右车身控制模块:负责右侧用电器的配电,右侧和背部用电器的逻辑控制和驱动,包括右车 身便利性控制、动力系统、空调等。
区域控制有效节约成本、减重、智能配电、软硬解耦
中央计算+区域控制架构优势(1):节约ECU、简化线束以降低开发成本
中央计算+区域控制架构为汽车电子电气架构进化的必然路径,最大优势在于降本+减重,主要体现在节约ECU数量和线束长度上。 在车辆中,区域控制器作为节点,扮演着集线器的角色,可满足车辆空间内物理设备(各种传感器、外围设备和制动器)的配电 和数据连接需求。区域控制器看似功能简单,但其对简化汽车架构,进一步提升汽车性能却是至关重要的一步。根据特斯拉AI DAY,与Model S相比,Model 3的线束减少了17公斤。根据Munro & Associates、3IS,特斯拉MY ECU数量为26个,是大众ID4的一 半。根据安波福,安波福在一项针对某家整车制造商的研究中发现,使用区域控制器可以整合9个ECU,并少用数百根单独电线, 从而使车辆的重量减少了8.5千克。区域控制器的采用简化了线束,在未来更有希望实现自动化线束组装,减少人力成本。
中央计算+区域控制架构优势(2):通过SOA实现功能调用,有助于跨域融合
中央计算+区域控制架构下,可以将 I/O 从计算设备中抽离出来,实现软硬件分离,主机厂也更容易开展跨域功能融合。区域控 制器作为区域内I/O控制中心,除了整合如空调控制、车门控制、座椅控制等单独的车身域控制器功能外,未来还将逐步集成更 多跨域的功能模块,比如悬架的控制、雷达接口等。其中,软件部分的逻辑计算将大部分上移到中央计算平台中,区域控制器只 负责最底层的信号采集和硬件驱动,就可以将I/O从中央计算平台中抽离出来,实现软硬件分离,主机厂也更容易开展跨域功能 融合,这成为迈向软件定义车辆的必经之路。
中央计算+区域控制架构优势(3):提高算力利用率和传输效率,智能化配电
区域控制器作为区域数据中心,配备了丰富的网络接口,例如ETH、CAN和LIN,扮演区域网关和交换机的角色,实现网络通信和路由。区域IO中心 支持各种类型的传感器、执行器和显示器接口。作为区域配电中心,ZCU负责将电力传输到控制器和执行器等用电设备。目前,倾向于使用电子保 险丝(eFuse)替代传统的继电器和熔断丝方案,以实现智能管理。
中央计算+区域控制架构集中架构下算力集中化,有助于提高算力利用率,同时区域控制器位置的设计,极大地提升了数据的传输效率与共享程 度。在实际运行过程中,汽车的大部分时间只有部分芯片在执行计算工作,导致分散的独立功能ECU的计算能力处于闲置状态,采用计算集中架 构方式可以在综合情况下最大化利用处理器算力。
区域控制器(ZCU)的另一个重要功能是通过e-Fuse实现智能配电。相比传统配电,智能配电可以实现更精细化的控制,提升车辆的安全性和环 保节能性能。Zonal架构下,汽车的配电方式将由传统保险盒配电向区域控制器配电方式转变。区域控制器按照物理位置就近整合了周围的电子 系统,集成功能包括BCM、动力、底盘、热管理、网关等,连接的传感器、执行器的工作电压不一致。因此,区域控制器需要负责区域内用电器 的供电与电源管理,提高用电效率与安全性。Zonal架构下,区域供电一般采用分级配电的方式:1、一级配电网络(骨干供电网络),需要有 双电源(冗余备份)将电力从主干网输送到区域控制器;2、二级配电网络,区域控制器负责将电力继续向下输送到底层控制器。
24年为传统主机厂区域控制器量产元年
吉利/小米/长安/哪吒/智己/岚图于24年集中开始量产区域控制器
2024年成为多家传统主机厂开始量产中央计算+区域架构的元年。从主机厂车型推出节奏和量产规 划来看,2022年以来,小鹏、零跑、广汽、小米、理想、问界、长安、奇瑞、智己多家主机厂采用 中央计算+区域架构,尤其2024年成为多家传统主机厂开始量产中央计算+区域架构的元年。中央计 算+区域控制架构有效帮助主机厂提升性能(提升数据带宽和OTA速度),降低成本(节约线束和 ECU)。 关于落地时间,我们认为区域控制器于22-24年集中量产的原因在于,20-22年多家主机厂(小鹏、 广汽、蔚来、上汽、华为等)研发并展示下一代电子电气架构方案,加上量产新型电子电气架构需 要2-3年的时间(结合调研)。 我们认为,伴随传统主机厂大规模切换新车型搭载平台+搭载中央计算架构的车型热销,区域控制 器出货量自2024年起将快速提升。
中央/准中央+区域架构助力多款高性价比车型热销
根据佐思汽研,可以看到,零跑C系列、吉利银河E5、智己L6,还有即将交付的岚图知音等,中央/准中央+区域架构已成为各大主机厂的降本利器, 该几款车型销量情况较好。 以吉利汽车为例来看,根据测算,其2024H1电气化率达到34.2%,域集中架构渗透率达到25.4%。伴随2024年8月银河E5上市,预计吉利搭载区域控制 器的车型出货量将快速提升。
区域控制+中央计算蓝海带来供应链深度重构
BCM市场过去被外资垄断,本土供应商加速替代
根据高工智能汽车,2021年中国市场(不含进出口)乘用车新车搭载BCM集成域控制器(处于过渡阶段的产品)上险量为84.23万辆(部分车型搭 载多个域控制器),前装搭载率为4.13%。中国乘用车BCM市场过去主要被大陆集团、海拉、博世-联电等外资TIER1垄断。近年来,在BCM市场, 埃泰克、欧菲光、经纬恒润等本土供应商份额不断提升,科博达、德赛西威等公司也纷纷进入车身域控市场。 我们认为,中国主机厂在智能化进展方面领先全球,区域控制器市场处于蓝海阶段,国产Tier1有望依托在汽车电子(如BCM、空调控制器、PEPS、 灯控、网关、热泵等领域)的技术优势和量产经验,以及定制化服务等优势不断提升区域控制市场的份额。
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