Part 4 底盤與動力系統(tǒng) MCU 市場與技術(shù)展望

4.1 域中心化的汽車動力EE架構(gòu)

技術(shù)趨勢方面，本報(bào)告的2.1章節(jié)已經(jīng)對中央化的汽車EE架構(gòu)做了大致展望，也在2.2章節(jié)簡略提及了域控制器特性。市面上另外討論較多的跨域控制（Cross-Domain control）或區(qū)域架構(gòu)（Zone architecutre）不在本報(bào)告討論范圍內(nèi)。本章節(jié)嘗試聚焦到域中心化的動力EE架構(gòu)，主要參考前兩年已經(jīng)被提出的域中心化汽車動力系統(tǒng)架構(gòu)。54desmc

2.1章節(jié)中提到的功能域中心化趨勢中，每個(gè)功能域可能會出現(xiàn)一個(gè)更強(qiáng)的主控制器，即域控制器（DCU）——它與智能執(zhí)行器通信。不少汽車廠商已經(jīng)在逐步商業(yè)化這類解決方案。因?yàn)槲覀儫o法獲得車廠詳細(xì)的域中心架構(gòu)方案，這里參考此前發(fā)布的研究paper做這類架構(gòu)的介紹。[16]54desmc

在DCU域控制大框架之下（圖4.1.1），DCU負(fù)責(zé)高抽象層級功能實(shí)現(xiàn)。更小規(guī)模的ECU連接到DCU，連接方式基于實(shí)際情況可以是LIN，也可以是車載以太網(wǎng)。ECU包含關(guān)鍵控制軟件，需要具備診斷特性，以及在較薄的軟件抽象層下，面向智能執(zhí)行器和DCU提供接口。54desmc

圖4.1.1：功能域架構(gòu)54desmc

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圖4.1.2：域中心化的汽車動力系統(tǒng)架構(gòu)54desmc

比如說，熱管理系統(tǒng)智能執(zhí)行器能夠讓DCU針對汽車特定部分去請求制熱或制冷，可能是座艙，也可能是電機(jī)。DCU執(zhí)行所有的高層級決策、策略和優(yōu)化，是針對特定域的邏輯。DCU和其他DCU通過高速網(wǎng)絡(luò)連接，車載以太網(wǎng)顯然是個(gè)不錯(cuò)的選擇。54desmc

那么很自然的，這一趨勢下就會出現(xiàn)動力或底盤域控制器。2.2章節(jié)提到動力域控制器肩負(fù)該域的大部分功能，包括高層級的監(jiān)督控制功能、電池系統(tǒng)、電機(jī)系統(tǒng)等，此處不再贅述。54desmc

傳統(tǒng)執(zhí)行器對應(yīng)的ECU，典型包括電機(jī)、電池組及其執(zhí)行器會簡化為在高抽象層級看來簡單的智能執(zhí)行器。與此同時(shí)，會有個(gè)單獨(dú)的智能執(zhí)行器肩負(fù)域網(wǎng)關(guān)職能。提議這種架構(gòu)的研究報(bào)告[16]發(fā)布于2021年，當(dāng)時(shí)得到了FCA和NXP的支持，構(gòu)建起了基于雙方軟硬件的物理原型。現(xiàn)在應(yīng)該是已經(jīng)或部分實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化的。54desmc

圖4.1.2給出了這種包含了動力域控制器的動力系統(tǒng)架構(gòu)，主要描繪了該架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系。這套設(shè)計(jì)方案下，該域作為HiL（hardware-in-the-loop）連接到汽車其他組成部分——其余部分為模擬仿真完成，包括各種硬件細(xì)節(jié)，諸如高壓系統(tǒng)，以及相關(guān)的域通信和智能執(zhí)行器，域之間的通信采用車載以太網(wǎng)。不過域內(nèi)仍然保留了CAN和CAN-FD通信方式——基于歷史兼容性和成本考量。54desmc

值得一提的是，這套方案下域控制器引入了額外的抽象層，簡化動力域與其他域之間的通信，同時(shí)又能做到與其他控制器交互的標(biāo)準(zhǔn)化。而且域控制器在域內(nèi)部通信架構(gòu)中也隱藏了不同標(biāo)準(zhǔn)的通信細(xì)節(jié)（CAN, CAN-FD, 以太網(wǎng)等）。而電機(jī)、電池、熱執(zhí)行器精簡為更簡單的智能執(zhí)行器，ECU達(dá)成了更低成本。這套方案主體上是個(gè)域中心化架構(gòu)，但也可以擴(kuò)展為跨域結(jié)構(gòu)。54desmc

智能執(zhí)行器涵蓋動力系統(tǒng)的諸多組成部分，如電機(jī)、發(fā)動機(jī)、電池組等。其中有個(gè)智能執(zhí)行器作為域網(wǎng)關(guān)存在。其功能為路由所有硬件信號：數(shù)字與模擬IO, PWM和LIN/CAN等現(xiàn)場總線，在動力域和汽車其他組成部分之間通信。這里所謂的其他組成部分，也都可以轉(zhuǎn)為類似的結(jié)構(gòu)，包括單獨(dú)的智能執(zhí)行器——如底盤組件中的主動懸掛等。54desmc

其實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)此處不做展開：這是一種務(wù)實(shí)且完全可行，未來有可能普及開的典型結(jié)構(gòu)。54desmc

4.2 市場中短期內(nèi)高度穩(wěn)定，國產(chǎn)MCU企業(yè)機(jī)會大

市場方面，基于動力與底盤系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性需求(2.2、2.3、2.5章節(jié)），該市場也會在中短期內(nèi)表現(xiàn)出高度穩(wěn)定——已經(jīng)得到驗(yàn)證和應(yīng)用的方案會在一段時(shí)間內(nèi)持續(xù)。故而作為本報(bào)告的結(jié)尾和總結(jié)，我們認(rèn)為幾個(gè)主要的國際巨頭仍將在中短期內(nèi)保持汽車MCU市場份額，尤其是動力與底盤這種高價(jià)值構(gòu)成的系統(tǒng)（1.2、2.4章節(jié)）。54desmc

更具體的，體現(xiàn)在汽車動力系統(tǒng)與底盤控制MCU核心指令集自90年代以來就以Power為主（3.3章節(jié)）。即便汽車MCU指令集采用現(xiàn)在仍然呈現(xiàn)出高度分散化特點(diǎn)（3.1章節(jié)），Power仍為當(dāng)前動力與底盤MCU市場主力（3.2章節(jié)）。這與Power指令集生態(tài)長久以來造就的安全穩(wěn)定（3.4.1、3.4.3章節(jié)）及適配動力與底盤系統(tǒng)控制的性能需求（3.4.2章節(jié)）密切相關(guān)。54desmc

只不過我們認(rèn)為RISC-V作為在汽車MCU領(lǐng)域相對年輕的新晉指令集，雖然現(xiàn)在暫時(shí)還存在發(fā)展中的桎梏（3.4.3章節(jié)），即便現(xiàn)階段其市場份額仍在“其他”行列，卻有機(jī)會在未來表現(xiàn)出活躍態(tài)勢，發(fā)展?jié)摿薮螅?.2、3.5章節(jié)）。54desmc

與此同時(shí)，受到國際大環(huán)境不確定性的影響，汽車與半導(dǎo)體供應(yīng)鏈走向區(qū)域化的趨勢還在持續(xù)——前兩年的缺芯潮及國際區(qū)域性沖突的加劇，為中國國內(nèi)的汽車MCU廠商創(chuàng)造了市場機(jī)會（2.4章節(jié)），汽車MCU的國產(chǎn)替代會在未來漸漸持續(xù)，并長期產(chǎn)生影響。54desmc

作為現(xiàn)階段及未來幾年內(nèi)，汽車MCU市場價(jià)值占比最高的組成部分（1.3章節(jié)），動力與底盤MCU尤其受惠于汽車電動化，及綠色節(jié)能減碳大趨勢（1.1章節(jié)），其價(jià)值會在未來數(shù)年持續(xù)攀升。即便因經(jīng)濟(jì)大環(huán)境影響，包含傳統(tǒng)燃油車、新能源車在內(nèi)的整體汽車市場未必會表現(xiàn)出大方向的樂觀；且汽車EE電子電氣架構(gòu)中心化趨勢也會在更長遠(yuǎn)的未來減少ECU及MCU用量（2.1、4.1章節(jié)），但電動化大趨勢仍然會讓汽車MCU，尤其是動力與底盤MCU價(jià)值在一段時(shí)間內(nèi)走高。54desmc