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1.整车电子电气架构向中央集中迈进
伴随汽车的智能化快速演进,汽车产品呈现显著的集成化发展趋势。
•电子硬件集成化少量高性能计算单元代替大量ECU,减少线束与ECU数量,逐步解耦软件与硬件,以承载日益复杂的车辆软件模型。
图1智能车之工具属性与情感属性的分离发展
域控制器是汽车电子电气架构集成化过程中的产物,因此,域控制器发展的前提是整车电子电气架构迈向中央集成。
如果将汽车比作人体,汽车的机械结构相当于人的骨骼,动力、转向相当于人的四肢,电子电气架构则相当于人的神经系统和大脑,是汽车实现信息交互和复杂操作的关键。如果没有先进的电子电气架构做支撑,再多表面智能功能的搭载也无法支持车辆的持续更新和持续领先,更无法带来车辆成本降低和生产研发的高效。
1.1 整车电子电气架构为何必须要走向中央集成
图2分布式的电子电气架构难以适应智能化发展趋势
表1分布式与域控制器集中式电子电气架构的优劣对比
汽车电子电气架构的升级主要体现在硬件架构、软件架构、通信架构三方面:
•硬件架构从分布式向域控制中央集中式方向发展。汽车将以少量高性能计算单元替代大量ECU,为日益复杂的汽车软件提供算力基础。
•软件架构从软硬件高度耦合向分层解耦方向发展。软硬件解耦软件分层解耦,使得汽车软件可经OTA实现快速迭代。
表2 汽车电子电气架构升级带来四大升级趋势
图3 跨域融合下的电子硬件集中化
图4 从分布式到域控,车辆软件架构变迁
1.2 特斯拉引领电子电气架构变革,自主品牌正处加速迭代期
电子电气架构演进路径:分布式架构——功能域——跨域融合——中央计算平台。
Model3开启电子架构全面变革,实现了中央集中式架构的雏形,基于此特斯拉实现了辅助驾驶软硬件高度垂直整合,保有车辆亦可实现相关功能的常用常新和持续领先。传统车企电子架构仍多处功能域早期,呈“分布式ECU+域控制器”的过渡形态,向“中央计算单元区域控制器”迈进的过程可能将耗时3-10年。2022年内小鹏将于G9落地的新一代架构以及长城汽车将落地的第四代架构GEEP4.0迈向跨域融合。到2024/2025年“中央计算区域控制器”将开始落地。
图5 车辆电子电气架构演进趋势
图6 车辆电子电气架构升级路线图
图7 主要车企电子电气架构演进节奏
2017年特斯拉推出的Model 3突破了功能域的框架,实现了中央计算区域控制器框架,通过搭建异域融合架构自主软件平台,不仅实现软件定义汽车,还有效降低整车成本,提高效率。
图8 特斯拉电子电气架构演进历史
其它车企也正处架构的快速迭代期,整体看,自主品牌迭代速度较快,多代架构同步开发,此过程伴随高研发投入、软件人才扩张,研发组织变革、整零关系重塑等,车企从过去的硬件集成者到软件集成者硬件集成者,将软件从过去供应商的“黑盒”中提取出来收归融合于自身的过程是全新和曲折的历程,通过几轮迭代,电子电气架构迈向中央计算是必然趋势,未来车辆软件所有权将主要属于车企,车企将把控汽车进化的命脉,由此基于智能车衍生的利润池将大幅拓宽。
图9 电子架构演进,汽车价值链重构
中央集中式的电子电器架构将车辆的控制程序集中在中央计算平台中。可实现:
2)硬件可插拔,算力可拓展。当不存在新功能对应的原子程序时,可以通过增加硬件、导入新的原子程序,从而实现新功能。当底层算力不足时,由于虚拟化的优势可以更换更高算力的芯片。比如2022年极氪001、蔚来为保有车主更换车机域控制器以提供更好座舱体验。
2.车辆电子架构演进,域控制器价值凸显
电子电气架构演进历程中,主机厂和供应链的地位、合作模式在不断动态变化。
在功能域架构阶段类似功能合并,软件逐步从过去的黑盒中分离,主机厂选择直接与原来的Tier1/2合作,在应用软件层可能选择合作也可能选择自研。主机厂根据能力不同对域控制器的软硬件部分参与程度不一。对于自研程度深的主机厂,域控制器供应商相当于纯代工角色,对于自研程度浅的主机厂来说,域控制器供应商相当于全方位的“保姆”角色,可以实现“交钥匙”式服务。
进入中央计算区域控制阶段以后,大部分ECU消失,各传感器执行器被中央计算单元支配,原属于Tier1的大部分策略层的软件由主机厂主导,主机厂对软件中的高价值模块的介入程度渐深,因此主机厂必须要有专业的软件团队,以集成自研与外包软件,软件所有权主要属于汽车制造商。
随着电子架构集中化,域控制器的功能集成度、算力需求、软硬件复杂度、通信需求将呈指数级增长。
2.1 域控制器的分类
动力域、底盘域、车身域带有较深的传统整零关系烙印。动力域控制器负责三电系统的控制,包括三合一系统、BMS和整车控制器(VCU)。底盘域控制器包括刹车、转向、安全气囊、减震等功能,由于涉及安全要求,且要求响应速度快,低延迟,目前依然以ECU控制为主。底盘与动力域由于涉及供应商较多,且安全性要求高,车企较难实现动力域与底盘域的集成。车身域控制器主要为车身电子部分(雨刮车窗车钥匙)),车身域将率先与座舱域实现融合。
智能座舱域与智能驾驶域是现阶段承载整车个性化智能体验的关键所在,最能体现品牌差异化,对传统供应链依赖度小,是现阶段迭代最快的域,座舱域和自动驾驶域需要处理大量数据,对算力要求较高,而动力总成域、底盘域、车身域,这类域控制器主要涉及控制指令计算以及通讯资源,算力要求相对更低。
无论是新势力还是传统OEM,受限于技术水平均未能在五域均搭载域控制器,一般是优先在智能驾驶与智能座舱域打造域控制器,力求打造更容易被消费者感知到的差异化。智能驾驶域控制器整合的功能多,对安全、时延等要求高,复杂度较高,价值量较大,是目前大部分车企最为关注的功能域。
头部主机厂公布的下一代电子电气架构,将实现车辆功能域的进一步集成:五域(自动驾驶域、动力域、底盘域、座舱域、车身域)逐步向集成度更高的“三域”(自动驾驶域、智能座舱域、车控域、若干网关)迈进,即:除智驾域、座舱域外将底盘、动力传动以及车身三大功能域直接整合成一个整车控制域。
图11 域控制器演进路径:从经典五域——三域——整车中央计算平台
表4整车五大功能域控制器特点
图12 当前车企优先部署用户感知度高的智能驾驶域、智能座舱域
单车价值量方面,不含传感器的高算力自动驾驶域控制器均价约10000元,目前是价值量空间最大的域。动力域控制器单车价值量在6000-10000元之间座舱域和底盘域控制器的单车价值量均位于2000-3000元之间车身域控制器的价值量在1000元以内。
据麦肯锡预测,全球域控制器市场规模在2025/2030年有望达1280/1560亿美元,其中自动驾驶智能座舱域控制器2025/2030年市场规模有望达520/710亿美元。表5 域控制器市场空间预测
2.2 域控制器产业链
软件操作系统及中间件采用复杂的嵌入式操作系统。包含系统内核、基础软件及中间件,负责对硬件资源合理调配,以保障各项智能化功能有序进行。应用算法是基于OS之上独立开发的软件程序,是主机厂未来打造品牌差异化的焦点所在。
图13 域控制器产业链
图14 德赛西威基于Orin-X的域控制器电路板
图15 自动驾驶域控制器软件构成
图16 自动驾驶域控制器软件开发模式变革
域控制器商业模式
相较于传统ECU,域控制器的硬件、软件复杂度大幅上升。由于域控制器尚处于发展初期,有些主机厂对大算力域控制器有较强烈的参与诉求,自研模块较多,也有一些主机厂更在意快速部署并量产上市,对时效性关注度高,对自研模块诉求相对较弱,因此主机厂与域控制器TIER1之间出现各式各样的合作模式,域控制器TIER1可以提供交钥匙方案,也可以作为纯粹的代工厂存在。
主机厂对域控制器的大量差异化需求,以及域控制器的软硬件模块复杂度大幅提升(操作系统各异、算力选择、基于不同整车电子电气架构导致的域控制器上集成的功能各异,比如智能驾驶域控制器集成网关,VCU控制、BCM车身控制、或IMU、GPS定位模块、V2X模块),对于域控制器TIER1来说,需要针对这些差异化诉求提供完整平台化设计,并在此基础上进行差异化定制的更改。因此掌握域控制器全栈能力成域控制器TIER1竞争焦点。
域控制器TIER1与主机厂的几种合作模式:
√硬件代工
√硬件+底层软件
√硬件+底层软件+中间件
√硬件+底层软件+中间件+部分应用算法
√硬件+底层软件+中间件+全部应用算法(全栈交付)
域控制器TIER1的壁垒
此外,由于域控制器集成了多个功能,且主机厂对时效性要求更高,开发周期压缩,供应商需要在主机厂驻厂办公,随着项目数量增加,对Tier1的人员规模有更高要求。
当前域控制器供应商的核心竞争力包括:
√能否提供全栈解决方案。
√快速应对主机厂的差异化需求,提供多样合作模式。
√量产经验、工程能力以保障产品顺利交付。
√跨域能力。三五年内跨域融合将渐成趋势,挑战tier1应对行业新趋势的能力。
随着电子电气架构走向跨域融合(车身域底盘域动力域、舱泊一体、行泊一体、舱驾一体),具备“硬件底层软件中间件系统集成”的软硬件全栈技术能力的供应商有望获得更大市场份额。
图17 域控制器量产的关键能力
3.域控制器核心:大算力主控芯片
域控制器的核心是SOC芯片智能化快速发展之前,没有专门的自动驾驶芯片,相关的功能由ABS、ESP的ECU负责,或者由整车控制器进行决策,车企一般不直接介入芯片选择,智能化使得汽车算力集中,主控芯片算力需求提升,自动驾驶芯片需要满足更高安全等级,每增加一个自动驾驶等级,算力需求就要增加一个数量级。
3.1 域控制器研发,芯片选型先行
域控制器TIER1是作为SOC芯片厂家与车企之间的关键连接点。
SOC芯片在智能车产业链的地位显著提升SOC芯片决定了该域控制器能提供的最大性能,确定域控制器的SOC芯片一般在域控制器量产前的1.52年。由于主控芯片是为了两年之后的车辆应用做准备,因此各大算力芯片厂家的产品路线图也代表了它们对未来几年智能车发展趋势的判断。
大算力芯片相当于一个舞台,在部署各项智能功能之前,先要准备好舞台,同时舞台的搭建方也会提前预测未来几年台上表演的节目的复杂度、演员的规模等可能的应用场景,提前做好准备。
图18 自动驾驶对芯片算力的要求呈指数级上升
图19 智能车电子电气架构演进对车载芯片种类及其算力的要求
图20 SOC芯片取代大量ECU在智能车产业链地位大幅提升
AI芯片在电子架构迈向中央计算的过程中处于智能车产业链核心地位。
车企在选择大算力芯片平台时,不仅仅只是为了满足一款车的需求,而是会同时覆盖多个不同的车型,这要求大算力平台具备足够的灵活性和可拓展性,在软件层面能提供配套的工具链、软件栈等。
整车品牌会根据车型定位决定要实现哪些智能化的功能,结合各家AI芯片企业的特点(评价维度:算力、成本、功耗、易开发性、同构性芯片平台对其它系统的兼容性)及该芯片企业的产品路线图确定选择何种主控芯片,基于该主控芯片打造域控制器。
图21 AI芯片企业在智能汽车产业链中角色的变化
图22 AI芯片企业拥有开放灵活的商业模式,迎合各类客户需求
3.2 大算力芯片格局较为清晰
Mobileye主力芯片是EyeQ4 ADAS市占率高,此前为黑盒方案,基于视觉方案对芯片的利用率较高。
德州仪器:TDA4芯片,算力不高,但芯片的优化、成熟度与开发度非常好,为弥补单片算力不高的缺点,推出双芯片的方案,还会加额外的处理单元来进行优化。
英伟达自动驾驶芯片成国内车企高端车主流选择,英伟达2019年推出Xavier,可以实现L2+甚至L3的功能,成熟度高,国内德赛西威是和英伟达绑定非常深的Tier1。
Mobileye市场份额下滑明显,TDA4很成熟,但大概率只适配于L2级别,L2+/L3以上的市场,英伟达目前处于几乎垄断的地位。
高通的座舱芯片在我国中高端车中占有较高份额,入场做辅助驾驶稍晚,目前客户有长城、宝马、大众。虽然当前英伟达凭借完善的工具链和丰富的算子库取得暂时领先地位,但高通自动驾驶芯片或在2024/2025年获得份额的大幅提升,主要原因是高通的自动驾驶芯片和Mobileye、华为以及国内的主控芯片创业公司走的是ASIC路线,功耗与利用率优于英伟达的GPU方案。
图23 主流自动驾驶芯片及其域控制器平台(单位:AI算力TOPS)表6 典型智能驾驶主控芯片及其搭载情况(单位:AI算力TOPSW,美元)
表7典型智能座舱主控芯片及其搭载情况
3.3 典型芯片产品路线图指向大算力与高融合
高通
高通8155芯片已占据中高端车座舱主控芯片80%份额。2021年高通向汽车制造商销售的芯片金额达到了10亿美元(累计订单接近130亿美元),主要来自车联网和信息娱乐系统。该公司预计,未来五年内,汽车年收入将攀升至35亿美元。
高通智能汽车数字解决方案包含:
√骁龙车云服务平台
√骁龙车联网联平台。
√骁龙自动驾驶平台。基于高通智能驾驶芯片平台并结合Arriver视觉感知软件栈以实现L2+/L3级别自动驾驶。
2020年1月高通发布自动驾驶解决方案Snapdragon Ride,2021年1月高通与维宁尔合作,提供包含预集成和预验证Arriver视觉感知和驾驶策略软件栈的系统级芯片,之后高通买下Arriver业务部门。
Snapdragon Ride视觉系统集成了专用高性能高通自动驾驶芯片和Arriver视觉感知软件栈,支持多个摄像头。软件开发套件采用模块化设计,为主机厂提供扩展灵活性,车企和Tier1可使用高通的完整堆栈或将视觉堆栈与其他供应商开发的驱动策略堆栈集成,可集成其它组件,如地图众包、驾驶员监测系统(DMS)、泊车系统、蜂窝车联网(C-V2X)技术和定位模组。主机厂可以在其产品线中选择采用骁龙数字底盘所涵盖的任一平台或全部平台,并通过云端的持续升级为其产品提供高度定制化体验。
英伟达
英伟达在GTC 2022大会上宣布随着Drive Orin平台投产,英伟达积压订单已高达110亿美元,超过25家车企已采用了英伟达Drive Orin SoC作为其自动驾驶的基础。针对自动驾驶,英伟达有端到端的全栈式解决方案NVIDIA DRIVE,当前车企对英伟达这种全套解决方案有迫切需求。
图24 英伟达智能驾驶解决方案Drive Hyperion 8
图25 英伟达智能驾驶解决方案路线图
图26 英伟达智能驾驶主控芯片AI算力
随着电子电气架构演进,分布式辅助驾驶被智能驾驶域控制器取代,分布式座舱被座舱域控制器取代,再下一步,座舱域和智驾域将走向融合。目前AI芯片巨头的客户拓展情况、产品路线图情况均指向这一融合趋势。
英伟达从自动驾驶开始拓展客户,逐步涉及座舱应用。高通则从智能座舱开始逐步拓展至智能驾驶。国内如地平线、芯擎科技也基本是按照这个趋势在做产品规划和客户拓展。
图27 高通与英伟达在智能座舱和智能驾驶领域的主机厂客户
图28 头部座舱智驾芯片均迈向跨域融合的应用
图29 亿咖通/芯擎科技产品路线图:信息娱乐平台—数字座舱平台—整车计算平台
图30 地平线产品路线图
图31 智能汽车计算平台的演进
04.智能驾驶域控制器:行泊一体将进入快速渗透期
智能化快速发展之前,没有专门的自动驾驶芯片,相关的功能由ABS、ESP的ECU负责,或者由整车控制器进行决策,但随着车辆辅助驾驶能力的提升,传感器数量及精度提高,自动驾驶向着从低速到高速,从封闭到开放的持续演进,分布式架构的辅助驾驶系统无法支持进一步向上演进的需要,集中式架构可实现感知共享、算力共享、电源共享等,软件统一架构,支持功能不断进化迭代,使得“机器司机”自学习、自成长。
4.1 智能驾驶域控制器发展历史
2016年奥迪发布的A8搭载的zFAS取代了ECU相互分离的分布式的辅助驾驶系统,率先实现辅助驾驶功能的集成式控制。供应商主要是:德尔福提供硬件集成,即作为该域控制器Tier1。采用3颗SoC+MCU方案,奥地利软件公司TTTech负责作为中间件供应商,Mobileye提供EyeQ3芯片及对应的软件方案奥迪自研部分上层应用算法。
图32 奥迪A8自动驾驶域控制器zFAS
2017年7月特斯拉MODEL3正式交付,特斯拉经过三代车型的迭代,率先实现整车电子电气架构变革,尤其是在辅助驾驶上快速进化并于2019年基本完成了软硬件垂直整合,自动驾驶域控制器软硬件均自制。
特斯拉自动驾驶解决方案演进路径及其特点:
√传感器方案—够用即可,不堆料。且不根据车型档次取舍传感器数量。
√自动驾驶芯片发展路径为:软硬件均外购(采购Mobileye)—硬件外购软件自研(芯片采购自英伟达)—软硬件均自制。
图33 特斯拉自动驾驶传感器方案演进
图34 特斯拉自动驾驶域控制器FSD
在中国市场,小鹏汽车P7开智驾域控先河,基于英伟达Xavier芯片,自动驾驶算法为小鹏自研,德赛西威为TIER1提供域控制器底层软硬件。
此后,基于英伟达、高通、德州仪器TDA4、高通、Mobileye、华为、地平线等大算力芯片的自动驾驶域控制器陆续定点并量产交付。
理想汽车L9搭载了基于英伟达ORIN计算平台的德赛西威IPU04。上汽第三代荣威RX5基于3颗地平线征程3芯片组成的AI算力平台,实现了NGP(Navigation Guided Pilot)功能和全场景无忧自动泊车功能,地平线征程5为集成自动驾驶和智能交互于一体的全场景整车智能中央计算芯片估计于4Q22在量产整车上SOP,目前宣布的客户有一汽红旗、比亚迪、上汽集团等。表9主要自动驾驶主控芯片厂家及域控制器供应商
4.2 发展空间行泊一体域控制器处爆发前夜
图35 我国自动驾驶技术发展里程碑推进蓝图
2021年我国L2级自动驾驶系统在全口径乘用车市场搭载率已达22.2%,在新能源汽车市场达到38%。但多为分布式方案,即每个辅助驾驶功能对应一个ECU如泊车控制器、全景环视控制器、摄像头一体机等,形成一个个ADAS孤岛,现阶段分布式方案虽成本更低,但没有自学习和自生长属性,数据不能得到高效回传并利用。从360环视开始到低速泊车,辅助驾驶功能的集成化程度逐步提高,泊车相关功能集成于泊车控制单元,行车相关辅助驾驶功能集成到行车控制单元。随着行车功能从最简单的单车道到复杂的城市场景,泊车功能从最简单的泊车辅助到全自动代客泊车,使得双方的软硬件产生了交集从而走向了行泊一体方案。
据高工智能汽车,2021年中国乘用车前装标配搭载行车域控制器(含行泊一体)上险量为52.8万辆(+102%),搭载行泊一体域控制器上险量为37.34万辆(+159%)。2022年15月新车搭载L2级智能(辅助)驾驶的上险179万辆(+47%),其中搭载智能驾驶域控制器的为23.72万辆,随着规模增加,成本逐步降低,高阶智能驾驶功能可逐步由高端车型向经济型车渗透。预计2025年自动驾驶域控制器出货量将接近500万套。
图36 安波福智能驾驶套餐售价及价格构成
根据安波福2018年资料显示,包含传感器在内的各等级辅助驾驶套件成本为2000至30000元不等,其中主控芯片成本占比约50%-60%。为应对不同价格带车型搭载需求,智能驾驶域控制器将呈现轻量级域控制器与高算力域控制器齐头并进的发展趋势。轻量级行泊一体方案支持高速领航与自动记忆泊车等功能,适用于1020万左右的经济型乘用车,较基于英伟达Xavier芯片的高算力方案或有30%-50%的成本优势。高算力域控制器多基于英伟达ORIN、地平线J5、华为昇腾610、EyeQ6、高通Ride8540+9000等高算力芯片,支持激光雷达及800万像素摄像头等多个高精传感器,支持全场景智能驾驶,适用于30万元以上的高端车。表10 中低算力智能驾驶域控制器和大算力智能驾驶域控制器区别
表11 典型行泊一体域控制器(单位:TOPS)
表12 各行泊一体域控制器的功能实现
4.3 市场格局本土供应商有先发优势
中国的驾驶场景较为复杂多样,对行车辅助和泊车辅助均有需求。从大算力主控芯片的定点情况看,本土汽车品牌,尤其是造车新势力及传统车企的高端纯电车品牌在域控制器的搭载速度上明显领先于合资车企,进而培育出成长速度更高的本土域控制器供应商。
ADAS供应商以国外厂商为主,域控制器属于全新赛道,在造车新势力的搭载需求驱动下,本土TIER1取得先发优势,从产能、工艺、交付稳定性角度看,德赛西威、东软睿驰、经纬恒润等域控制器厂商属于国内第一梯队。现阶段规模较大的主机厂一般选择多个智能驾驶域控制器供应商对应不同价格带的整车产品。如前文芯片部分所述,主机厂一般先确定主控芯片,再选择对应的域控制器Tier1。在大算力的域控制器上会选择自研一些关键模块。
智驾域控器市场格局:
以软件切入,实现通用和模块化平台。软硬解耦趋势下域控制器开发可以软件先行。跨域融合软件复杂程度呈指数级上升,东软睿驰、TTTech域控软件平台价值凸显。TTTech是中间件典型代表,其为客户提供MotionWise软件集,包含了工具和中间件,与上汽的联创汽车电子合资成立创时智驾,创时智驾为上汽自主品牌提供自动驾驶域控制器。东软睿驰、映驰科技、诚迈科技、镁佳科技、中科创达等企业都侧重于从软件切入域控制器供应链。
图37 自动驾驶域控制器供应格局表13 部分智能新车智能驾驶域控制器搭载情况 (单位:TOPS)
典型本土域控制器供应商
1、华为MDC(Mobile Data Center)平台
面向自动驾驶,华为提供两种模式:
一种是Huawei Inside模式,提供包含智能驾驶应用软件、计算平台以及传感器在内的智能驾驶全栈解决方案。
另一种是平台模式,即提供MDC智能驾驶计算平台,主要包括基于昇腾SoC的硬件、自动驾驶操作系统AOS和车控操作系统VOS,以及AutoSAR中间件,平台模式相较于Huawei Inside模式,不包含传感器、执行器、智能驾驶算法。
华为MDC810已搭载于北汽极狐阿尔法SHI版。华为MDC实现了硬件工程、软件工程、安全工程全方位的量产突破完成包括电磁、防尘、盐雾、温巡、防水、负荷、抗振、跌落等200多项严苛测试,经过夏测、冬测经受了严酷环境的考验。建立独立生产线,通过自动化生产与人工检视的方式严把生产制造质量关。
搭载华为MDC的阿维塔11、长城沙龙机甲龙、合众哪吒S、广汽埃安AIONLX PLUS大概率将在2022年内实现交付比亚迪高端品牌车、奇瑞高端品牌车、广汽AH8将于2023-2024实现SOP。表14 当前华为MDC 产品型号
图38 华为MDC致力于为产业链生态伙伴提供技术平台
图39华为MDC硬件架构、软件架构
2、德赛西威从“域控”到“中央计算”
德赛西威自2016年开始布局智能驾驶,智能驾驶产品已实现规模化提速,新产品、新技术加速迭代落地,2021年,公司智能驾驶业务销售额同比接近翻番为14亿,智能驾驶产品获得年化销售额超过40亿元的新项目订单,该项业务成为公司的第二增长曲线。
英伟达自动驾驶主控芯片算力水平行业领先,德赛西威为英伟达在全球范围内6家Tier1合作伙伴中唯一一家中国公司。公司在自动驾驶领域已形成自研算法传感器域控制器软硬件的全栈解决方案,其中硬件包括域控制器、传感器等,软件方面则集中在ADAS算法领域开展自研。
公司已有四代自动驾驶域控制器产品:
IPU01/IPU02/IPU03/IPU04,其余硬件设备还包括毫米波雷达、TBOX、V2X等;算法包括360环视、泊车辅助APA、AVP等。
IPU02智能驾驶域控制器(基于TDA4方案)主打轻量级(高性比价比)智能驾驶平台,实现高低速自动驾驶辅助功能融合,公开信息显示,IPU02方案已进入吉利、上汽、长城、广汽、通用以及造车新势力等车企配套体系项目落地高峰或在2023年。
IPU03、IPU04域控制器分别配套小鹏汽车、理想汽车,分别搭载了英伟达Xavier芯片、Orin芯片,均满足车规级要求。IPU03已经在小鹏P7、P5上量产。IPU04定点车企除理想汽车、小鹏汽车外,还包括多家主流传统车企通过不到一年的软硬件研发,系统测试和批量试产,于2022年内开启陆续量产。新项目的规模化量产将成为公司智能驾驶业务快速增长的另一支柱。
据德赛西威李乐乐在汽车之心的访谈表示,目前德赛西威已下线的IPU04主要为搭载单片AI算力254TOPS的OrinX的版本。后续基于英伟达110TOPS Orin芯片的版本也很快会推出。在定价策略上算力110TOPS的Orin主打高性价比它的售价与Xavier相比有一定优势。而算力254TOPS的OrinX售价要高于Xavier但差不多在同一水平线。
在开发速度上,基于英伟达Xavier开发IPU03,德赛西威用了两年时间IPU04开发大幅缩短。IPU04与车企的合作方式更多元IPU03的合作模式是德赛西威提供底层软硬件、小鹏进行全栈算法的自研开发IPU04既可以仅提供单纯的硬件和底层软件,也可以提供全栈的解决方案,也有部分软件模块的服务,有更高的开放性和灵活性。表15 德赛西威自动驾驶域控制器产品及其功能
图40 德赛西威自动驾驶域控制器产品推进路线图
图41 德赛西威中央计算平台 Aurora
3、经纬恒润:覆盖多类功能域
20万元及以下价位新车不管是ADAS还是L2级搭载率都处于相对低位,同时,作为主机厂在这个价位区间主打性价比,对于方案成本以及开发效率要求更高,经纬恒润依托Mobileye打造的ADAS产品成熟度高,价格便宜,有望随着L2级辅助驾驶功能的普及而持续受益。
除Mobileye外,公司新一代车载高性能计算平台HPC选用的是TI的TDA4以及英飞凌的TC397两款芯片。公司在2021年与黑芝麻签署战略合作协议,双方将就自动驾驶(包括域控制器、泊车等)、智能座舱产品以及相关应用开展全面的技术和商务合作。此外公司未来将基于英伟达Orin芯片推出其智能驾驶解决方案。
针对L2+/L3辅助驾驶场景,公司智能驾驶域控制器(ADCU)配套量产红旗EHS9公司智能驾驶域控制器基于MobileyeEyeQ4,针对L2、L3级别的自动驾驶需求设计,支持摄像头、毫米波雷达、激光雷达、高精地图及驾驶员监控等信息接入,除可以实现ADAS产品相关功能外,还可实现包括驾驶员确认换道、高速驾驶辅助、交通拥堵自动驾驶、高速路自动驾驶等高级别的自动驾驶功能。2020年公司自主研发的智能驾驶域控制器(ADCU)量产配套一汽红旗EHS9车型。
针对更高级别辅助驾驶,公司的车载高性能计算平台(HPC)已实现定点。公司从2019年即启动自研HPC产品研发,至今已推出两代产品,新一代HPC产品选用TI TDA4及Infineon TC397两款高性能芯片,支持摄像头、毫米波雷达、激光雷达、高精地图及驾驶员监控等信息接入,为用户提供定制化的系统级高级别智能驾驶解决方案。可实现自动主动换道、自动辅助导航驾驶驾驶等高级别自动驾驶功能,目前公司HPC产品已实现赢彻科技、宝能汽车的定点。
图42 经纬恒润ADAS系列产品及智能驾驶域控制器产品
4、福瑞泰克域控制器进入量产快车道
福瑞泰克成立于2016年,创始人曾在吉利集团、奇瑞等主机厂工作多年。公司是本土全栈式智能驾驶解决方案和产品供应商,产品涵盖ADAS智能驾驶域控制器,还包括相应的软件算法、集成测试能力。2021年公司交付ADAS产品超过40万套,2022年福瑞泰克高阶自动驾驶项目已驶入量产快车道。公司客户主要有一汽红旗、吉利、领克、长安、奇瑞等。
福瑞泰克作为本土TIER1具备几点优势:1)具备全栈自研能力。2)灵活的商业模式(可以交钥匙,也可以与产业链伙伴深度互补)。3辅助驾驶能力覆盖全面,灵活满足各种需求。4)更重视基于本土SOC芯片进行域控制器的开发。
面向可量产的ADAS及自动驾驶场景,福瑞泰克ADAS解决方案包括1V、1V1R以及1V3R;而基于自主研发的ADC域控制器为软件载体平台的福瑞泰克高阶自动驾驶解决方案兼具高效灵活及性价比,既可以支持行泊一体,也可以支持更强大的高性能L2.9行车功能。融合方案利用硬件预埋、数据的不断优化和OTA,实现功能和性能持续成长,系统控制更拟人化。
图43 福瑞泰克智能驾驶解决方案
5、创时智驾:智驾域控制器产品覆盖全面
创时智驾成立于2018年,由上汽旗下的联创汽车电子有限公司与奥地利TTTech Auto AG合资成立。奥地利TTTech即是奥迪自动驾驶域控制器的中间件供应商。创时智驾从事智能驾驶域控制器与云管端一体化舱驾融合HPC的研发与创新,是本土量产智能驾驶域控制器较早的tier1。
从开发效率角度看,创时秉承平台化的开发思路,提供三层平台化的解决方案:硬件平台、软件平台和基于统一可复用的标准客户应用接口。标准接口为客户应用软件的高速迭代开发提供了基础。平台软件让应用和底层硬件隔离,能够实现应用层高速迭代开发,为主机厂提供更多差异化竞争优势。标准接口支持主机厂功能重用,降低功能开发成本。
图44 创时智驾发展历程
图45 创时智驾域控制器产品,主控芯片包括地平线、德州仪器、英伟达
图46 创时智驾域控制器配套上汽旗下车型
6、中科创达:成立畅行智驾,研发基于高通芯片的智驾域控制器
凭借着公司在车载底层软件的较为深厚的技术积累,公司正加快在域控制器方向的部署。2021年11月,中科创达成立了畅行智驾,中科创达旗下子公司畅行智驾基于在操作系统及实时中间件领域的技术优势,可为全球客户提供行业领先的自动驾驶域控产品和开放的智能汽车HPC(高性能计算)软硬件平台。作为中科创达重要的合作伙伴,高通也于2022年7月份投资了畅行智驾。畅行智驾未来将参与智驾域控硬件设计、开发,目前已经推出基于高通8540芯片的首款自动驾驶域控制器产品,主打L2++级市场。此外,畅行智驾还将在2024年推出基于高通QC8650平台打造的中算力智驾域控产品以及基于QC8795平台打造的首款高性能计算平台产品,并于2025年前完成多平台、全覆盖的产品布局。
7、东软睿驰:践行域控开发“软件先行”,掘金域控制器软件价值
东软睿驰汽车技术有限公司依托于东软集团,东软集团长期从事汽车电子业务,由于看好未来智能车的软件附加值将大幅提升,于2015年整合集团内相关技术创建了一家面向未来汽车产业变革的创业公司,即东软睿驰。公司主要提供基础软件、通用域控制器、行泊一体的自动驾驶域控和辅助驾驶技术等。
图47 软硬解耦,硬件标准化,智能车软件价值占比大幅上升
东软睿驰基础软件平台产品
图48 NeuSAR产品特性
东软睿驰通用域控制器
具备丰富的接口协议、高算力硬件平台,可支持网关、车身域、动力域等独立控制器或融合控制器的应用。帮助整车企业实现原型的快速开发,显著降低研发成本投入,提高功能开发效率。东软睿驰总经理曹斌表示,之所以提出标准化的域控制器,就是希望车企在开展域控制器的部署开发和实验时,很多工程化的工作能够集成或者直接使用标准化的产品。
图49 东软睿驰通用域控制器
东软睿驰自动驾驶行泊一体域控制器
当前智驾域相较于其它域控制器,软硬件复杂度高,价值空间大。域控制器属于刚刚起步的全新产品,同时各车企期待快速落地域控制器,加上目前传统车企多品牌并存,多套电子电气架构并存,在这种复杂的背景下,本土域控制器TIER1面临巨大行业机遇。辅助驾驶阶段,博世等国际TIER1走在前列并占据绝大部分市场份额,当前,行泊一体智驾域控制器带有较强本土需求色彩,本土TIER1已取得先发优势,相较而言海外竞争对手动作较慢。全栈服务能力、工程能力、供应链管理能力、量产经验、跨域融合能力将成为域控制器TIER1的关键壁垒所在。
05 座舱域控制器 :一芯多屏 快速渗透
理想L9座舱标配两颗高通骁龙8155芯片5屏交互。除屏幕外L9支持三维空间交互模式,拥有3DToF传感器和6颗阵列式麦克风,可通过手势、语音与车辆进行交互。首创7.3.4全景声音响布局,由全车21个扬声器组成,包含7组扬声器的全车环绕、3个重低音单元的低音矩阵、4个顶部扬声器最大功率达2160W。
5.1 座舱域控制器处发展初期,将快速替代分布式方案
当前汽车座舱正处于智能化的初级阶段。2000年之前为机械时代,机械式仪表盘及简单的音频播放设备提供简单的数据显示及娱乐功能,人机交互主要靠物理按钮。随着汽车电子技术的发展座舱内的电子产品逐步增加,提供给驾驶者的信息增加,2015年之后液晶屏逐步替代传统中控,抬头显、流媒体后视镜逐步增加,人机交互从物理按钮逐步转向触屏,语音控制等方式,智能化程度有所提升,但座舱电子主要是分布式离散控制,解决方案比较碎片化,由于高级别辅助驾驶的应用,以及座舱主控芯片性能提升,一芯多屏、多屏互融逐步登上舞台。
以智能座舱作为切入点提升用户体验成为企业制胜关键,智能座舱以更智能化和个性化的用户体验,实现座舱与人、车、路的智能交互。表16 汽车座舱从电子座舱迈向第三生活空间
在座舱域控制器出现前,由多个分布式ECU来实现包括乘员监控、中控娱乐、抬头显、仪表等多项功能。座舱域控制器可以整合过去舱内离散的各项功能,如信息娱乐、后座娱乐、数字仪表、人机交互甚至部分辅助驾驶功能。硬件上,智能座舱由一颗大算力主控芯片支持,一般有两个以上操作系统,3块以上屏幕,支持5个以上摄像头(DMS/OMS/360环视行车记录仪),这些都集中到一个控制器上。软件上实现软硬解耦,软件可以独立于硬件存在并且可以持续升级。
图51 座舱域控制器在一块SOC芯片中整合座舱内离散的电子控制单元
图52 分布式座舱与域控制器式座舱的区别
采用智能座舱域控制器将成主流,主流车型逐步增加显示屏和摄像头配置以实现更多功能,相较于使用独立控制器产品,采用座舱域控制器的成本优势会越来越明显(博世认为,到2025年主流车型将配置7屏10摄像头,使用域控制器方案将比分布式方案节省成本35%),此外域控制器方案可使得OTA潜力更大,升级也更便捷,提升用户体验。
图53 座舱显示屏和摄像头日渐增加,座舱与控制器相较于分布式方案的成本优势愈加明显
图54 智能座舱系统域控制器主要构成
图55 座舱域控制器拥有丰富外设接口,支持多操作系统满足安全与娱乐需求
5.2 座舱域控制器供应格局
目前智能座舱域控制器参与方主要是三类:传统整车企业、零部件供应商与科技公司。整车企业与科技公司多专注于应用软件或后台软件的开发,一般缺乏嵌入式软件、功能安全开发及大规模交付能力,智能座舱Tier1凭借强大的系统集成能力和嵌入式软件开发能力成为不可或缺的关键参与方。
目前能支撑智能座舱全部应用场景的高算力芯片可选项不多,而且由于对硬件预埋的需求,头部整车企业一般选择主流高端大算力芯片,这使得座舱域控制器Tier1门槛变高。
座舱域控制器之代表企业:
博世+车联天下
车联天下与博世合作紧密,其基于高通8155的座舱域控制器配套长城汽车、奇瑞、吉利汽车、广汽乘用车及埃安、比亚迪等头部自主车企。车联天下作为Tier1,负责项目管理、应用层软件开发、生产组装与产品交付、质量控制与售后服务博世作为Tier2,负责平台化、标准化的部分,实现资源与技术共享。
车联天下作为域控制器Tier1的优势在于:背靠巨擎博世,与其紧密合作。先发优势基于高通8155芯片的座舱域控制器在2021年4月就配套长城汽车。全栈能力大规模量产能力与博世的优势互补使得车联天下具备全栈技术能力,一期域控制生产线可达90万台,且已启动二期项目建设。
图56 车联天下智能座舱系统域控制器产品规划
图57 车联天下与博世在智能座舱系统域控制器产品上的合作模式
诺博科技
诺博科技成立于2019年,主要有智能座舱、智能车控、智能驾驶、智能网联四大产品线,主要聚焦的是硬件、底层软件的开发,未来将以域控制器为核心提供一系列的系统级解决方案。
诺博科技认为未来的座舱是由汽车电子系统主导,联合控制内外饰、座椅的一体化座舱,是硬件、软件和生态共同定义的。因此诺博科技在成立之初就制定了以域控制器为核心,整合内外饰、座椅端技术,打造智能座舱产品群的智能座舱产品战略,致力于为客户提供智能座舱全栈解决方案。
诺博IN9.0座舱域控制器首发前装搭载长城汽车哈弗品牌预计到2022-2023年,诺博科技将推出基于高性能芯片平台的IN NEXT座舱域控制器,最大可以支持12块屏幕,并且可以支持多路超高清摄像头输入、AR实景导航等功能。到2025年左右,诺博科技将推出IN Future座舱域控制器,采用多核异构计算平台,能够支持高级人机互动技术、集成3D全息影像等功能。
随着自动驾驶技术发展速度越来越快,智能座舱作为智能汽车的重要一环,重要性也会越发明显。未来智能座舱将不断向着智能移动空间这一终极阶段迈进。诺博科技将围绕智能座舱这一业务主线,开拓智能车控、智能网联、智能驾驶领域等其他产品线,驾驶域控制器、车身域控制器、雷达等相关产品也有望在2022年年内逐步落地。
域控制器是汽车电子电气架构集成化过程中的产物。智能化功能的日渐增加使得汽车电子架构必将迈向中央集成,整车电子电气架构演进与多核异构大算力芯片催生域控制器这一黄金赛道。随车辆电子架构集成度越来越高,域控制器的功能集成度、算力需求、软硬件复杂度将呈指数级增长。座舱域与智驾域凸显品牌差异度,是当前车企率先部署的域,2021年行泊一体域控制器不到40万套,1H22座舱域控制器搭载量约34万台,我们预计2025年智驾域座舱域搭载量为559/498万套。据麦肯锡预测,全球域控制器市场规模在2025/2030年有望达1280/1560亿美元,其中自动驾驶智能座舱域控制器2025/2030年市场规模有望达520/710亿美元。
域控制器以其日趋复杂的软硬集成度抬高Tier1壁垒,整车快速部署意愿强烈及定制化诉求使得本土Tier1具备相对优势,交钥匙与纯代工等各类商业模式并存。全栈解决方案提供能力、工程能力、域控量产经验、跨域融合能力构筑成域控制器Tier1的护城河。审核编辑j:郭婷
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原文标题:域控制器—汽车电子电气架构演进下的黄金赛道
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