行研篇 | 汽车域控制器研究
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一、基本介紹
（一）產生背景
這些年汽車電子一個顯著的發展就是芯片使用量越來越多，從傳統的引擎控制系統、安全氣囊、防抱死系統、電動助力轉向、車身電子穩定系統、車燈控制、空調、水泵油泵、儀表、娛樂影音系統。
到現在已經廣泛使用的胎壓監測系統、無鑰匙進入啟動系統、電動座椅加熱調節，還有不斷成熟、方興未艾，正在普及推廣的輔助駕駛系統、矩陣大燈、氛圍燈。
還有電動汽車上的電驅控制、電池管理系統、車載充電系統，以及蓬勃發展的車載網關、T-BOX和自動駕駛系統等等，這些應用帶動了電子控制單元ECU數量的大幅增加。
傳統的汽車電子電氣架構都是分布式的（如下圖），汽車里的各個ECU都是通過CAN和LIN總線連接在一起，現在汽車里的ECU迅速增加到了幾十個甚至上百個，對分布式架構提出了挑戰，越來越向集中式靠攏。
DCU（Domain Control Unit），即汽車域控制器也就應運而生了。
分布式電子電氣架構
（二）定義
汽車域控制器DCU（Domain Control Unit），最早是為了解決信息安全，以及電子控制單元的瓶頸問題。
根據汽車電子部件功能將整車劃分為動力總成，智能座艙和自動駕駛等幾個域，利用處理能力更強的多核 CPU/GPU 芯片相對集中的控制每個域，以取代目前分布式電子電氣架構。
域控制器的核心發展是芯片的計算能力快速提升，公用信息的系統組件，能在軟件中分配和執行，可實現以足夠的資源快速響應完成客戶需求，具備平臺化、兼容性、集成高、性能好等優勢。
博世DCU電子架構
（三）行業痛點
1、ADAS帶來的需求
ADAS是這幾年發展最快的應用，包括諸如停車輔助、車道偏離預警、夜視輔助、自適應巡航、碰撞避免、盲點偵測、駕駛員疲勞探測等很多功能，這些功能如果采用分布式架構就無法適應需求。
因為ADAS系統里有各種傳感器如攝像頭、毫米波雷達和激光雷達，產生的數據量很大，各種不同的功能都需要這些數據，每個傳感器模塊可以對數據進行預處理，通過車載以太網傳輸數據，為了保證數據處理的結果最優化，最好功能控制都集中在一個核心處理器里處理，這就產生了對域控制器的需求。
2、信息安全漏洞
隨著汽車ECU的增多，被外部攻擊的可能性也就增多了，現在的汽車與外部的數據交換越來越多，車聯網的發展也給黑客提供了攻擊的可能性，如果還是分布式架構，就不能很方便地把一些關鍵系統保護起來，比如引擎控制和制動系統這些屬于動力和傳動控制方面的。
可以單獨把這些動力、傳動控制系統組成一個域，通過中央網關與其他域隔離開，使其受到攻擊的可能性減小，同時加強這個域的網絡安全防護，這也產生了對域控制器的需求。
3、平臺化、標準化的需求
集中式的架構相比分布式的架構，需要DCU的處理單元擁有更強的多核、更大的計算能力，而域里其它的處理器相對就可以減少性能和資源。各種傳感器、執行器可以成為單獨的模塊，這樣可以更方便實現零部件的標準化。
DCU能夠接入不同傳感器的信號并對信號進行分析和處理，這樣就可以方便地擴展外接的傳感器，這樣就能夠更加適應不同需求的開發，從而為平臺化鋪平道路。
（四）、商業模式
隨著汽車E/E架構的演變進化，主機廠和汽車電子供應商的供應關系正發生深刻變革。由于汽車電子硬件走向集中化的趨勢，汽車電子供應商數量將減少，同時DCU供應商將更加重要。
以座艙域控制器為例，一般會集成儀表和車機，未來則會逐步整合空調控制、HUD、后視鏡、手勢識別、DMS，甚至包括T-BOX和OBU。
因此域控制器廠商和車廠的開發合作將更加緊密。德賽西威認為：在自動駕駛域控制器領域，預計未來Tier1與整車廠之間將采取兩種合作方式。
其一，Tier1負責中間層以及硬件生產，整車廠負責自動駕駛軟件部分。Tier1的優勢在于以合理的成本將產品生產出來并且加速產品落地，因此整車廠和Tier1進行合作生產方式是必然，前者負責自動駕駛軟件部分，后者負責硬件生產、中間層以及芯片方案整合。
其二，Tier1自己與芯片商合作，做方案整合后研發中央域控制器并向整車廠銷售，例如大陸ADCU、采埃孚ProAI、麥格納MAX4。
二、DCU市場
（一）市場規模
根據佐思產研的預測，2025年全球汽車域控制器（座艙+自動駕駛）出貨量將超過1400萬套，2019-2025年均增長50.7%。
（二）產業鏈
汽車電子控制單元作為汽車電子控制系統的核心部分，是嵌入式系統裝置，一般包括硬件和軟件兩部份。一般汽車電子控制器硬件結構主要包括微處理器、存儲器、輸入 & 輸出接口（A/D、D/A轉換器）單元。
硬件部分：
汽車電子控制器硬件的核心在于微處理器。微處理器包括 MCU、MPU、DSP 和邏輯IC等。其產業鏈主要涉及晶圓生產、封裝測試及系統應用等。
從產業鏈來看，汽車電子控制器上游零部件包括芯片、傳感器、無源器件、電路板；中游為智能控制器設計制造；下游是汽車電子終端產品。
上游的芯片直接反映了技術應用和產品性能，而這正是國內外汽車控制器差距所在。
目前汽車控制器芯片廠商主要有恩智浦、TI、英飛凌、瑞薩、ADI等公司。
軟件部分：
軟件算法是汽車電子控制器的另外一個核心，隨著汽車智能化的不斷提高，軟件系統越來越復雜，整個汽車軟件代碼行數在1000萬以上，軟件價值占比不斷上升，開發成本占汽車電子系統總成本的一半以上，重要性凸顯。
汽車軟件系統包括系統軟件和應用軟件兩大部分。系統軟件包括操作系統和一系列實用程序，一般由處理器芯片廠家提供。
應用軟件包括：數據采集與過程監控模塊、數據處理模塊、控制算法模塊、執行機構控制模塊、故障自我診斷模塊。
（三）核心壁壘
在新的EE架構下，新增每個功能都需要增加獨立的安全硬件，這種系統是零散而粗放的，且軟硬件是緊密耦合的。而EE架構下，所有的硬件資源與應用打通，硬件不再由某個功能獨享，而是被抽象成服務，成為可以共享的資源。
比如，一顆前視攝像頭過去可能只為AEB（自動緊急制動系統）服務，但在集中式EE架構下，任何功能只要有控制策略，都可以調用這顆攝像頭。
因此，硬件抽象化后，軟件能力成為最核心的實力，TIE1們尤其是僅以制造為核心的供應商可能最先受到沖擊，而擁有軟件開發能力的供應商有能力突出重圍。
因此，大到域控制器，小到控制器，對汽車軟件開發能力的理解是未來Tie1們的核心優勢。
三、座艙域控制器
進入汽車智能化時代后，座艙電子也在快速變化，HUD、儀表、Infotainment（車載娛樂信息）、T-Box（車聯網）、ADAS系統、360度全景、自動泊車系統等不再是一個個孤島，而是互相聯系為一個整體。
進入L3時代，駕駛員行為監測可能成為必備的功能，面部識別、眼球追蹤、眨眼次數跟蹤等將引入機器視覺和深度學習算法。而L4時代則必備V2X（Vehicle to everything），座艙電子的復雜程度和運算資源需求量暴增。
座艙電子域包括HUD、儀表和Infotainment三個最主要的組成部分。HUD很快會演變為AR HUD，將ADAS和部分導航功能投射到擋風玻璃上，諸如ACC、行人識別、LDW、路線提示、路口轉彎提示、變道提示、剩余電量、可行駛里程等。
HUD將成為非常實用的功能，在L3和L4時代成為標配。毫無疑問，這將消耗大量的運算資源。
座艙域電子設計如上圖，需要3個DCU
座艙電子域控制器的軟件部分主要是虛擬機，在ARM v8架構未推出前，主要都是基于軟件的虛擬機技術，通過在已有操作系統上不斷的加載新的虛擬機，從而達到一機同時控制多個系統的目的。
不過，由于是主要基于軟件，因此其相應的系統代碼數量也會隨著虛擬機的增加成指數倍的增加，系統出錯幾率也成倍提升，而對于主打安全性的汽車來講是不太合適的，特別是最近興起的ISO26262標準。
同時軟件工作量持續增加，也增加了成本。ARM v8架構的A53和A57推出后，基于硬件的虛擬機技術后來居上。每個系統都會有相對應的芯片內核來進行控制，就不會造成軟件系統的相互堆疊，極大的減少了系統代碼的編譯量。
同時設定隔離池，把對安全要求比較高的對車輛控制部分放在安全等級高的操作系統里，進而保證了整個汽車系統的安全和可靠性，并降低了成本。把第三方應用放在開放的實時性要求不高的安卓系統里。
座艙電子域控制器領域，全球一線玩家包括松下、博世多媒體、大陸汽車、三星哈曼、偉世通、阿爾派和電裝，全球二線玩家包括佛吉亞歌樂、現代摩比斯、Aptiv（安波福）等。中國市場玩家包括德賽西威、航盛、華陽等。
其中可以看到采用偉世通Smart Core方案的廠家最多，其次就是Aptiv的ICC（Integrated Cockpit Controller）方案。
1、偉世通Smart Core
雖然法拉利是第一個采用這種解決方案的，但真正讓該方案成功商業化的還是奔馳MBUX車機系統。不可否認，奔馳對基于這套系統的車機系統的推廣、甚至命名做的都很出色，一上市就很驚艷。
MBUX平臺從偉世通的Smart Core中獲得了很大的拓展性，A-Class是第一款采用該系統的量產車型，在本屆日內瓦車展中也展出了搭載MBUX的AMG GLE 53。
不論從產品還是營銷的角度來看，偉世通都是CDC（座艙域控制器）領域的先驅。
他們是首批與戴姆勒合作推出CDC的供應商之一。Smart Core旨在集成信息娛樂、儀表板、信息顯示、HUD、ADAS和網聯系統。據偉世通稱，它具有很高的擴展性和網絡安全的程度，可實現獨立的功能域。
在偉世通2018年Q3的財報電話會議上，他們說到下一代產品中約有25％將采用Smart Core，而且那時他們說CDC贏得了近10億美元訂單，其中70％來自中國的需求。
Smart Core也用于部分具有集成中心信息顯示和TFT儀表盤顯示的東風的車型上。領克也將推出Smart Core版本的系統，該版本會將吉利的GKUI智能生態系統服務解決方案與基于云的信息娛樂產品與儀表和HUD集成。
在去年CES上，偉世通宣布與廣汽集團簽署戰略合作協議，其中合作的重點就是圍繞著偉世通的Smart Core和Drive Core。按照偉世通的預測，到2024年全球座艙域控制器的需求量將從2018年的20萬臺增長至1420萬臺。
同時，智能座艙的市場增速將超過汽車產銷量的增速，顯示智能座艙的前裝市場滲透率將進入快速提升周期。
2、Aptiv
Aptiv是第一家以CDC打進市場的供應商。他們的集成駕駛艙控制器（Integrated Cockpit Controller，ICC）用的是最新的英特爾汽車處理器系列，可支持到四個高清顯示器，可擴展，并且可以從入門級覆蓋到高端產品。
Aptiv聲稱，與市場上的其它傳統系統相比，他們的ICC在圖形（10x）和計算能力（5x）方面提供了實質性的改進。他們還說該集成架構可節省高達12％的成本，同時減輕33％的重量。法拉利GTC4Lusso采用了他們的第三代ICC。
在2018年7月下旬，Aptiv從長城獲得了一份訂單，為下一代哈弗和WEY的車型提供ICC。他們的ICC使用單芯片中央計算平臺驅動多個駕駛艙顯示器，包括儀表、HUD和中央堆棧等。另外，Aptiv將在中國的工廠為長城供應ICC。
3、德賽西威
公司三十多年專注于汽車電子的技術、經驗和客戶積累，基于現有的車載信息系統、車載娛樂系統、駕駛信息顯示系統、空調控制器等產品，不斷推進傳統產品向智能駕駛艙的方向升級。
同時開拓智能駕駛、車聯網等相關聯的新產品線，實現提供以智能駕駛艙、智能駕駛和車聯網三大業務群為基礎的整體出行方案。
在智能座艙方面，2017年公司推出智能駕駛艙概念，隨后相繼推出多個設計方案，其中智能駕駛艙G6于2018年11月榮獲廣東省“省長杯”工業設計大賽概念設計金獎。
2018年，公司獲得車和家、長安汽車和天際汽車（原電咖汽車）的智能駕駛艙新項目訂單，預計將在2019年開始量產。
公司2018年收入54.08億元，從收入結構來看，主要還是以車載娛樂系統為主，智能座艙預計2019年才開始量產。
4、布谷鳥
深圳市布谷鳥科技有限公司是國內領先的汽車計算平臺提供商，布谷鳥科技“i-Cabin汽車計算平臺”，以汽車計算系統、汽車操作系統為核心，為智能汽車構建高性價比、高配置、類特斯拉式新一代汽車智能網聯、智能駕駛信息系統，提供汽車全生命周期的軟件及數據云服務。
擁有Auto Cabin智能座艙和Auto Wheel智能駕駛兩個品牌。
布谷鳥產品路線
布谷鳥的主要業務模式，一是面向主機廠和Tier1的設計咨詢，二是操作系統、計算系統的開發。我們的業務內容有面向座艙域的計算平臺，和面向駕駛域的計算平臺，還有后端汽車數據分析服務。
四、自動駕駛域控制器
自動駕駛的域控制器，要具備多傳感器融合、定位、路徑規劃、決策控制、無線通訊、高速通訊的能力。通常需要外接多個攝像頭、毫米波雷達、激光雷達等設備，完成的功能包含圖像識別、數據處理等。
由于要完成大量運算，域控制器一般都要匹配一個核心運算力強的處理器，能夠提供自動駕駛不同級別算力的支持，目前業內有NVIDIA、華為、瑞薩、NXP、TI、Mobileye、賽靈思、地平線等多個方案。
但中間也會有一些共性。比如在自動駕駛系統中，算力需求最高的當屬圖像識別部分，其次是多傳感器的數據處理，以及融合決策。
以奧地利TTTech公司的zFAS（首次在2018款奧迪A8上應用）為例, 這款基于德爾福提供的域控制器設計的產品，內部集成了英偉達 Tegra K1處理器、 Mobileye 的EyeQ3芯片，各個部分分處理不同的模塊。
Tegra K1用于做4路環視圖像處理，EyeQ3負責前向識別處理。
域控制具有整車電氣系統實現模塊化的優勢，將功能劃分為單獨的域優勢眾多。這有助于強調各個子系統的功能安全性和網絡安全需求，簡化自動化算法的開發和部署，方便在各個子系統中擴展功能。
在自動駕駛技術快速發展背景下，國內外越來越多的Tier1和供應商都開始涉足這個領域。
1、麥格納（MAGNA）
2017年8月底，麥格納德國首次公布了最新研發的MAX4自動駕駛平臺。整個解決方案融合了攝像頭、高清雷達、激光雷達和超聲波雷達等在內的傳感器系統，以及域控制器處理系統、軟件系統。
作為一個高度集成的自動駕駛傳感器和計算平臺，MAX4具有定制化和高擴展性的特點，可實現L4級別的自動駕駛，同時適用于城市道路和高速公路路況。
其中一大特色是搭載MAX4的車輛不需要改變外觀，后備箱也不會裝有一大堆的存儲和運算硬件，主要原因在于麥格納采用了固態激光雷達，把域控制器也做到了接近實際量產的大小。
2、采埃孚（ZF）
采埃孚（ZF）推出搭載多種傳感器以及支持人工智能的采埃孚ProAI中央控制單元?；谶@一控制單元，采埃孚能利用模塊化設計開發自主駕駛功能。
憑借其開放的架構，采埃孚ProAI具有擴展性——硬件部件、互聯化的傳感器、評估軟件和功能模塊可以根據所需的用途和自動駕駛等級進行調整。
采埃孚與百度合作，ProAI作為承載自主代客泊車系統的車載計算單元，已經率先在國內盼達用車的測試車隊上搭載。有消息稱，搭載了百度Apollo 2.0系統的奇瑞全新自動駕駛車型，將成為ProAI控制器的首家量產客戶。
而奇瑞方面將基于該控制器，在2020年實現L3級自動駕駛車型的量產。
3、偉世通
偉世通也推出了自己的自動駕駛域控制器——Drive Core 是一款專門針對自動駕駛研發的、安全可靠的域控制器。 該平臺的亮點在于靈活、模塊化、可定制。
Drive Core 可以整合一系列來自不同廠家的軟、硬件平臺，如攝像頭、激光雷達等傳感器的數據等，全數字儀表、先進車載顯示屏技術、駕駛員監測、抬頭顯示，以及偉世通先進的軟件開發工具，以滿足OEM不同的自動駕駛技術研發需求，特別是L3及L3+自動駕駛技術的開發。
它可以無縫支持英偉達、恩智浦、高通等處理器。 Drive Core能夠支持來自不同廠商的軟、硬件技術，并允許汽車制造商自由選擇不同的硬件與軟件、算法等，如同“玩樂高”一樣，快速開發出自動駕駛解決方案及產品，加快新技術或產品上市速度。
世通將與廣汽基于Drive Core聯合開發自動駕駛方案，雙方初步合作將會集中在L3及以上級別的自動駕駛方案與座艙域控制器的開發上。
廣汽表示雙方將會共同探索研究如何盡快將L3自動駕駛技術量產落地。根據廣汽規劃，預計會在2020年推出L3級自動駕駛的量產車型。
4、東軟睿馳
東軟睿馳推出了基于NXP最新自動駕駛芯片S32V打造的自動駕駛中央域控制器。該控制器能夠集成多路激光雷達，毫米波雷達和8路高清攝像頭，支持前方160m車輛檢測，100米行人、摩托車、自行車檢測及車道線檢測，移動障礙物檢測，能夠識別美國、歐洲、日本、中國等多個國家和地區的限速標識。
主要實現了如避障、變道輔助的功能。 按照東軟睿馳的說法，該控制器的安全性極高，可以支持多路高清攝像頭、多路激光雷達、毫米波雷達、超神波雷達的同時接入。
同時該控制器定制性強，便于后期車企個性化定制。 同時，該控制器提供開發的開發結構，不僅提供基礎軟件，還完整呈現了環境感知、傳感器融合、決策控制套件，并提供傳感器接口、支持主機廠等第三方嵌入其自己的應用，可實現典型場景下的自動駕駛。
5、海高汽車
海高汽車成立于2017年，總部在河北，在北京和長春設有研發中心。成立之初，獲得國投創業數千萬元天使輪投資。
海高汽車前身是成立于1955年的吉林大學汽車工程學院團隊和2005年成立的智能汽車控制系統及網聯平臺團隊，融合的團隊立足于吉大汽車科研團隊對智能網聯汽車前沿技術持續迭代，提供智能駕駛的產品和服務。
海高以超越進取為目標，旨在打造符合ASIL－D級別、模塊化開發的運動控制系統和超越主流算力的運算域控平臺。海高還將面向廣大自主品牌主機廠，針對運算和運控兩個平臺提供從應用到定制到全開放“交鑰匙”的技術服務。
公司的主要產品包含：自動駕駛高性能運算平臺WiseADCU M6，WiseADCUS1以及底盤運動控制單元WiseIMCU P30。
五、投資機遇
1、高級輔助駕駛需要新的電子電氣架構
傳統汽車電子化的進程是通過增加“個功能”實現的，且因為最優供應商不同，所以每個產品的語言和編程風格迥異，因此功能越齊全，越需要大量的、分離的、風格迥異的產品模塊。
尤其當實現L3以上的智能駕駛時，更需要高級別的安全及反應速度，要求大量的數據（攝像頭、毫米波雷達、激光雷達以及其它各種傳感器的信號，及車聯網V2X的信號）及時接收、處理、并發出相應的指令到執行機構。
這使得本身具有“有限承載力”的傳統電子電氣架構在重量上不堪重負（增加1個功能既需要軟件也增加硬件）、在功能上沒辦法統一標準及拓展，可控力不強。因此，做減法即垂直融合成為提高效率的一種方式，新的EE架構就應用而生。
2、特斯拉國產化的倒逼
特斯拉在全球范圍內的熱銷及率先應用OTA（over-the-air technology，可以理解為遠程無線升級技術）并得到消費者的熱捧，與傳統汽車銷量爆冷形成鮮明對比。
特斯拉不僅可透過OTA將軟件升級發送到車輛內的車載資通訊單元，更新車載信息娛樂系統內的地圖和應用程序以及其他軟件，還可以直接將軟件增補程序傳送至有關的電子控制單元（ECU），以實現安全、可靠的功能升級。
比如特斯拉ModelX 100D在經過OTA升級后，百公里加速可以從5.2秒縮短到4.7秒，Model S 100D的百公里加速從4.3秒縮減至3.3秒，不用去4s店，不需要增加任何硬件，只需要免費更新升級包就可以實現，因此用戶體驗感非常好。
而大部分的OEM和TIE1盡管在過去曾提出類似的EE框架，但一直未有實施，其建立在傳統的電子電氣框架上的OTA，在層級上只能做到對車載信息娛樂系統的在線更新升級，而無法對操作層面進行修補。
如果按照博世對電子電氣架構發展階段的劃分來看，特斯拉的EE架構直接升級為“面向區域的體系結構和車載計算機”，越過了中間“交叉域集中的EE架構”。
特斯拉的EE架構只有三大部分，包括CCM（中央計算模塊）、BCM LH（左車身控制模塊）、BCM RH（右車身控制模塊）。
其中，中央計算模塊直接整合了駕駛輔助系統（ADAS）和信息娛樂系統（IVI）兩大域，以及外部連接和車內通信系統域功能；左車身控制模塊和右車身控制模塊分別負責剩下的車身與便利系統、底盤與安全系統和部分動力系統的功能。
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總結
以上是生活随笔為你收集整理的行研篇 | 汽车域控制器研究的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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