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1、汽車電子電氣架構：汽車的中樞神經

1.1. 汽車電子電氣架構 EEA:電子電氣設計的整體解決方案

汽車電子電氣架構 E/E 架構（EEA， Electrical/Electronic Architecture）由德 爾福公司提出。汽車電子電氣架構將感測器、ECU、線束、電子電氣分 配系統整合，實現了汽車整體的配置和功能的實現。

E/E 架構透過物理層面的佈置，對車身資訊進行轉化和處理，為汽車電 子電氣設計提供了整體的解決方案

。車上每一個功能都有一個最基礎的 電氣架構作為支撐，包括供電、控制、執行、反饋等迴路，而整車的電 子電氣架構就是這些基礎電氣架構的有機組合。

電子電氣架構市場規模較大，ECU/DCU 佔比最高

。電子電氣架構設計 元件包括軟體、ECU/DCU、整合驗證、動力系統、感測器以及其他包括 線束在內的電氣器件。2020 年軟體與電子電氣架構市場規模 2380 億美 元，ECU/DCU 市場規模 920 億美元，佔比 38。7%。

1.2. 大

部分

車企仍處於分散式架構階段

目前大部分車企仍處於分散式架構階段，小部分車企出現分

域

的概念。

目前整車的控制體系以電控單元 ECU 為核心，每個功能對應一個或多 個 ECU，比如加熱裝置 ECU、多媒體系統 ECU 等等。

電子控制單元 ECU( Electronic Control Unit)是汽車專用微機控制器。一

般由

CPU、儲存器(ROM、RAM)輸入/輸出接ロ(WO)、模數轉換換器 (AD)以及驅動等大規模積體電路組成。

隨著汽車的電子化發展，ECU 由 用於控制發動機逐漸深入到整個汽車，一輛車上的 ECU 個數也急劇增 多。從 1993 年到 2010 年，奧迪 A8 上使用的 ECU 個數從 5 個快速增加 到超過 100 個。

隨著汽車需要實現的功能越來越複雜、ECU 的數量越來越多，部分車企 一方面將 ECU 按照車身、底盤、動力、資訊娛樂等進行域的劃分，另一 方面透過中央控制閘道器實現跨功能連線，加強各個部件的協作。

1.3. 傳統軟體架構及其開發模式以面向訊號為中心

傳統汽車軟體架構為面向訊號的架構（Signal-Oriented Architecture）

， ECU 之間基於訊號進行點對點的通訊。在面向訊號的架構中，整個系統 是“封閉靜態分散式系統”，所有的決策在架構設計時被完成。車輛的軟 件與元件相互繫結，無法統一對軟體進行開發和修改。

面向訊號的架構優勢在於系統的已知性和可預測性。設計師可以在設計 時對資源進行最佳化，比如訊息副本和匯流排排程。劣勢在於執行時的靈活 性低，以及系統在後續無法拓展。同時，面向訊號的架構只使用具有發 送發/接收方介面的軟體元件，因而不支援更加複雜的功能實現。

1.4. 傳統車企的訊號傳輸以 CAN/LIN 匯流排為主

控制器區域網絡 CAN(Controller Area Network)是國際上應用最廣泛的 現場匯流排之一。

CAN 匯流排解決現場控制裝置和高階控制器之前的資訊傳 遞問題，是自動化領域中底層資料通訊網路。在現代大型整車廠的汽車 設計中，CAN 已經成為首選裝置。與其它現場匯流排比較而言，CAN 總 線具有通訊速率高、檢錯處理高效、價效比高等優勢。

區域性互聯協議（LIN 匯流排）是面向汽車低端分散式應用的低成本，低速 序列通訊匯流排。

OEM 使用 LIN 匯流排主要是為了在不需要 CAN 匯流排的 頻寬和多功能的時候降低成本，同時可以為汽車網路提供輔助功能。

LIN 匯流排與 CAN 匯流排相比在成本上的優勢，主要源於其單線傳輸的特 點、矽片中硬體或軟體的低實現成本，以及其無需在從屬節點中使用石 英或陶瓷諧振器。而這些的代價就是 LIN 匯流排以較低的頻寬和受侷限的 單宿主匯流排訪問方法。

2。 汽車 E/E 架構變革時代，朝著多域控制發展

2.1. 汽車電子電氣架構從分散式向更集中的多域控制升級

E/E 結構變革可以分成五個階段，目前大部分車企仍處於第三

代

E/E 分 布式體系到第四代的變化過程中，從分散式走向更集中。

在第三代 E/E 體系中，功能在具有高度軟體到硬體（SW-to-HW）整合的 ECU 上。第四 代 E/E 體系中出現核心域控制器，在整合多個功能的基礎上進行成本優 化和更多功能的實現

按照麥肯錫的定義，E/E 結構可以劃分為五個階段：

1、出現獨立 ECU， 功能根據 ECU 進行一定程度的分離，功能與 ECU 一一對應；2、出現分 域的概念，包括動力、底盤、車身等等域，同一個域的 ECU 被合併，域 與域的交流較少；3、透過控制閘道器跨功能連線加強域與域的聯絡，可以 處理更加複雜的功能，比如自動駕駛；4、出現核心域控制器對功能進行 整合，可以實現更復雜的功能；5、出現虛擬域，專屬硬體減少，應用以 太網加強通訊能力，汽車更像是一臺高效能電腦。

伴隨著集中化和軟硬體的分離，多域控制器架構中將出現控制器交流跨領域現象。

電子電氣架構以一個控制單元來控制不同的領域，如資訊娛 樂和車身控制。集中化將伴隨著硬體和軟體的分離，車輛系統被構建為 一個分層架構，在作業系統（OS）和中介軟體層有清晰的抽象結構點。跨 領域交流在資訊娛樂和駕駛輔助方向將變得常見，因為高效能、低安全 性、延遲臨界性的領域更容易也更有利於轉變。

ECU、DCU、MDC 分別可以代表汽車控制器發展的三個階段：

由電控 單元 ECU 的數量急劇增多，到出現域控制器 DCU 的概念，再到分域控 制的控制思路，汽車控制思路經歷了兩次大變革。

域控制器 DCU（ Domain Control Unit）的邏輯是按照電子部件的功能將 整車劃分為幾個域（動力總成，車輛安全，車身電子智慧座艙和智慧駕 駛等），再採用有更加優秀處理能力核心處理器對每個域進行控制，達到 取代目前分散式汽車電子電氣架構的目的。

域控制器使得整車功能整合度得到提高，軟體與硬體的設計有更多分離 的可能性。

單個 ECU 的作用被弱化，複雜的資料處理和控制功能被統一 安排在核心處理器中，ECU 更多的是在執行 DCU 的命令。同時，感測 器模組不再需要與具體某個 ECU 相對應，因而零部件得以進行標準化 生產。

多域控制器 MDC（Multi Domain Controller）將是汽車電子電氣架構未 來發展的趨勢。

隨著汽車行業的發展，汽車控制器需要接收和分析處理 的訊號變得更加複雜，數量也急劇增多。傳統的功能於 ECU 一一對應的 模式，或是單一分模組的域控制器已經無法滿足需求了，而 MDC 平臺 本身的可擴充套件性使其能夠對接的感測器型別與數目是不固定的。

MDC 的邏輯是透過一塊 ECU 來接入不同的感測器得到的資料，對其進 行分析，最終發出控制的指令。

與 DCU 不同的是，DCU 是單一模組的 域控制器，其對接的感測器是按照功能進行劃分的，而 MDC 中一塊 ECU 會接觸傳統意義下不同功能的感測器。

2.2. 降低成本和搶佔市場份額是車企 E/E 架構變革的動力

新一代汽車電子電氣架構帶來的軟硬體成本下降

促進 OEM 和 TIER 1 投 入大量人力物力進行架構的變革。

OTA 使得汽車成為車聯網的一個個節點，功能的更新成本大幅度降低， 資料的蒐集和處理難度指數級別下降。

以特斯拉為代表的電動車可以通 過 OTA 對車載系統、軟體等進行更新，更新內容主要包括動力、娛樂、 車身、底盤。特斯拉 2012 年 9 月至 2019 年 4 月共執行過 37 次 OTA 升 級，帶來的功能升級以匯入新功能和互動介面邏輯等最佳化為主。

搶佔高進入壁壘的市場份額以此獲得先發優勢也是每個車企加快研發 速度的重要原因。

預計 2020-2030 年軟體與電子電氣架構市場規模複合 增速為 7%，動力系統 2020-2030 年市場規模複合增速為 15%。

2.3. 軟體開發與車載乙太網是實現 E/E 變革的關鍵因素

2.3.1. 面向服務的軟體架構 SOA 是 E/E 架構變革的有力支撐

作 為 傳 統 汽 車 軟

件

架

構 的 面 向 信 號 的

架

構 （ Signal-Oriented Architecture）逐漸無法滿足現代的汽車軟體架構需求。

在智慧化電子化 的趨勢下，汽車功能需要各個 ECU 之前進行協調工作來實現，基於訊號 的點對點通訊複雜程度激增，同時缺少靈活性和拓展性，部分功能改動 將導致開發人員不得不將整車通訊矩陣一起修改。

面向服務的軟體架構SOA(service oriented architecture)將成為未來汽車 領域“軟體定義汽車 SDV”的技術基礎。

軟體定義汽車 SDV 代表了軟 件帶動汽車技術革新和促進汽車產品差異化的趨勢，是汽車智慧化與資訊化的基礎。SOA 具有松耦合的系統，即有著中立的介面定義，這意味 著應用程式的元件和功能沒有被強制繫結，應用程式的不同元件和功能 於結構的聯絡並不緊密。應用程式服務的內部結構和實現逐漸改變時， 軟體架構並不會受到過大的影響。

同時，“介面標準可訪問”和“拓展性優秀”的 SOA 使得服務元件的部 署不再依賴於特定的作業系統和程式語言，一定程度上實現軟硬體的分 離。SOA 能夠與未來域控制器為核心的電子電氣架構結合，助力實現汽 車的智慧駕駛。

SOA 軟體架構開發從使用者的角度進行功能考慮，以業務為中心，將業務 邏輯進行抽象和封裝。

許多 OEM 使用 V 開發模型來進行軟體的設計， 從市場上使用者的需求角度來考慮功能和系統的實現，而不是從開發人員 的角度進行設計。透過初步解析來自市場的需求，技術人員有針對性的 對軟體進行開發和升級管理。

與此並行的還有利用基於模型的設計 MBD 和基於模型的系統功能MBSE。

MBD 用數字化和視覺化來解決問題和設計相關的複雜控制的算 法，MBSE 用數字化建模代替寫文件進行系統方案設計，將設計文件的 描述轉化為數學化模型，使設計能夠標準化、數字化地進行儲存和交換。

企業利用 AUTOSAR 部署和實現 SOA 軟體架構，縮短了產品上市週期， 在減少重複的開發工作基礎上提升了產品質量。

AUTOSAR(AUTmotive Open System ARchitecture)是各大主機廠與一 級供應商合作成立的開放的、標準的 ECU 軟體架構，其初衷是為了避 免重複開發功能相同或相近的軟體模組。

大眾汽車 70 個控制單元的操 作軟體來自 200 家不同的供應商，同時集團內部的一些作業系統具有相 似功能，如資訊娛樂系統和導航系統

AUTOSAR 分為 Classic Platform AUTOSAR（CP）和 Adaptive Platform AUTOSAR（AP）兩個平臺。

前者廣泛應用於傳統嵌入式 ECU 中，包 括髮動機控制機和電機控制器，後者更多的應用於 ADAS 和自動駕駛等 對於計算能力和頻寬通訊要求更高的領域中。出於對於汽車安全的要求， Adaptive AUTOSAR 還介入驅動底層。

對於 SOA 軟體架構來說，Adaptive AUTOSAR 元件封裝了 SOA 軟體底 層的通訊細節，包括 SOME/IP 協議和 IPC。同時，Adaptive AUTOSAR提供的代理-骨架（Proxy-Skeleton）模型以 C++面嚮物件語言描述，為上 層應用開發人員呼叫標準服務介面（API）提供了方便。

2.3.2. 車載乙太網為高速率、高頻寬訊號傳輸提供保障

汽車電子電氣架構中往往同時使用車載乙太網和 CAN 匯流排，二者結合 為汽車訊號傳輸的高速率和高頻寬提供了保障

乙太網為交換機式（Switched Network）通訊方式，網路中存在終端節點 和交換機節點，所有終端節點都需要經過交換機節點的轉發才能進行通 訊，轉發資訊也是交換機節點的主要功能。終端節點有且只有一個以太 網埠，而一個交換機節點有多個乙太網埠。

與傳統車載通訊技術（如 CAN）相比，乙太網提供了更高的頻寬和交換 網路，具有非常強大的通訊能力。CAN 匯流排為廣播式通訊，多主方式的 工作使得每個節點發送的資訊都可能佔據所有的通訊媒介，只是接收節 點可以選擇是否接受該資訊。

而乙太網以一對一或一對多兩種方式進行通訊，一對一的方式中傳送節 點的報文中涵蓋自己和一個接收節點的地址；一對多的方式中傳送節點 的報文中涵蓋自己和多個接收節點的地址。二者都不影響其他節點的通 信。

2.4. 電子電氣架構變革將帶動各元件市場快速發展

汽車電子電氣架構的演變將同步影響元件市場。

DCU、ECU、感測器及 其他電子器件市場將進一步發展為更加成熟和獨立的市場。

汽車軟體和 E/E 架構元件市場處於快速擴張階段。

2020 年，軟體與 E/E 架構元件市場規模達 2380 億美元，其中 ECU/DCU 市場規模達 920 億 美元，佔比接近 40%。

根據麥肯錫的預測：預計軟體及 E/E 架構 2020 年至 2030 年市場規模復 合增速為 7%；預計 ECU/DCU 2020-2030 年市場規模年複合增速為 5%， 各元件保持平穩增長；預計感測器 2020-2030 年市場規模年複合增速為 9%，其中動力相關感測器市場預計複合下降 1%，ADAS 相關感測器將 有 13%的複合增長；預計動力系統 2020-2030 年市場規模年複合增速為 15%，其中除 BMS 相關部分均快速增長；預計汽車軟體 2020-2030 年市 場年複合增速為 9%，各個部分增長速度較快且較為均衡。

控制單車軟、硬體成本是未來整車企業工作重點之一，ECU/DCU 單車 價值將下降。

在軟體和 E/E 架構各元件單車價值呈上升趨勢的同時， ECU/DCU 單車價值將會有一定下降。預計 2030 年 ECU/DCU 元件單車 價值將從 2025 年的 894 美元下降到 822 美元。

汽車電子器件佔 BOM 成本比例將大幅提升。

在一輛 2019 年的傳統燃 油車上，汽車電子產品的 BOM 成本約為 3145 美元，到了 2025 年，預 計在一輛中型純電動汽車上，汽車電子產品的 BOM 成本將上升至 7030 美元，汽車電子器件佔 BOM 成本比例也將從 16%提升至 35%。增量中 925 美元屬於自動駕駛，主要器件為感測器；增量中 725 美元屬於數字 化，主要器件為汽車電子架構；增量中 2235 美元屬於電氣化，主要器件 為電驅、車載充電器、轉換器和動力系統逆變器。未來車企將憑藉其自 主研發的晶片和系統打造應用生態，電子電器成本佔比有望繼續提升， 新車型將在未來擁有更多智慧功能。

3。 特斯拉 E/E 架構已經實現多域控制，在行業內領先 優勢明顯

3.1. 特斯拉電子電氣架構由具有分域趨勢走向實現多域控制

從 Model S 的明顯域劃分概念，到 Model 3 真正實現多域控制，特斯拉 電子電氣架構實現了前所未有的高整合度。

特斯拉 Model S 已經有了較為明顯的域劃分概念

，包括動力域 Power Train、底盤域 Chassis、車身域 Body 以及一路低速容錯 Body FT 等。

Model X 的部分控制器出現跨網段的特徵，有比較明顯的多域控制器 MDC 趨勢。

比如中央車身控制器 Central Body Control Module 橫跨了底 盤 Chassis、車身低速容錯 Body FT 以及車身 Body。

Model 3 標誌著特斯拉從域控制器的階段直接進入多域控制器階段。

單 個控制器可以對接到傳統意義下不同功能的感測器，透過一塊 ECU 來 接入不同的感測器得到的資料，對其進行分析，最終發出控制的指令。

Model 3 四大控制器 AICM（輔助駕駛及娛樂控制模組）、BCM RH（右 車身控制器）、BCM LH（左車身控制器）以及 BCM FH（前車身控制器） 控制著整輛車幾乎所有功能。

相比於 Model S 的 6 路匯流排 30 多種實現不同功能的單元，Model 3 主要 有 3 路 CAN 匯流排，分別是：

Private CAN，連線驅動模組、AP，底盤的轉向、制動，推測承載車輛最 基本主要的驅動和底盤控制等功能模組資訊互動。

Vehicle CAN，連線三大車身控制器、高壓管理模組以及 VSC（Security Controller），目前推測其主要實現傳統車身域功能（負載控制、空調、進 入退出）以及高壓管理。

Chassis CAN，相比來說是最傳統的，連線了制動、轉向、氣囊等。

3.2. 特斯拉在 Model 3 的 E/E 架構上做了諸多創新

在控制器領域，Model 3 實現了多域控制，而且控制器表現出了高度集 成化，功能標準化、形狀個性化的特徵。

Model 3 的左、右、前車身控制 器在印刷電路板上的元件鋪貼密度都非常高，一塊印刷電路板上設計了 多顆控制器，FBCM 有 4 顆 MCU，而 BCM LH 與右車身控制器中各有 3 顆 MCU； 而在功能上除了核心控制器之外的的子控制器功能更加標 準化，實現了軟硬分離，特斯拉自研的控制器比例超過 50%；而在形狀 上 Model 3 車身控制器的形狀並不是傳統的規則方形，根據整車設計決 定的控制器的高度和麵積來決定形狀。

除了控制器的特點外，Model 3 在電子電氣架構上還有以下特徵：1）打 造自己的車載 linux 系統，80%以上軟體自己開發；2）控制器為線束模 塊化服務，車載線束總長度降至 1。5km；3）去保險絲化和去繼電器化。

Model 3 的左、右、前車身控制器在印刷電路板上的元件鋪貼密度都非 常高。

BCM RH 的 PIN 腳甚至達到了 277 個。Model 3 的三個車身控制 器，相當於傳統車的車身控制器再加上座椅控制器、門控制模組、方向 盤位置記憶控制器、電子駐車控制器、自動泊車輔助控制器、空調控制 器、智慧電池感測器，同時還取代了傳統車上的發艙保險絲盒及駕倉保 險絲盒，集成了幾乎所有能夠整合的硬體。

源於高集中度，Model 3 在一塊印刷電路板上設計了多顆控制器。FBCM 有 4 顆 MCU，而 BCM LH 與右車身控制器中各有 3 顆 MCU。多 MCU 冗餘設計保障了部分功能的功能安全級別。與之相對的，在控制功能的 任務拆解與分配、MCU 間的板級通訊、多 MCU 的診斷重新整理以及 OTA 升級等方面，特斯拉需要處理的問題也增加了。

特斯拉在 Model 3 上體現了其在傳統保險絲和繼電器功能的變革。Model 3 除了電池內部控制器外，已經將繼電器和可熔斷保險全部換成了車身 控制內整合的電子保險絲盒，透過金屬-氧化物半導體場效應電晶體 MOSFET（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）控制不同的 負載的供電以及進行開路診斷和過流保護，後者替代了保險絲的功能。

特斯拉對於繼電器的處理主要源於繼電器體積大帶來的整合度上升，以及半導體在成本壓縮和效能上的優勢。

採用電子保險絲盒可以更加可靠 地控制每個控制器的供電，並且對 ECU 的用電情況進行檢測，在靜態功 耗高時對特定 ECU 進行斷電處理，做到每一個控制器供電的可控性，可 以檢測每一個 ECU 的用電情況，並且可以在靜態功耗高時徹底斷掉某 些 ECU 的供電。繼電器可能以 Model 3 為開始，逐漸退出汽車電控高階 市場的舞臺。

Model 3 革命性地使用了 X86 架構和 Linux 作業系統。

AICM（輔助駕駛及娛樂控制模組）搭載了 Intel 公司的 Atom A3950 處 理器，集成了 NXP 公司的 QorIQ 晶片，在效能上有著非常大的優勢。

晶片層面，NXP 公司的 QorIQ 晶片負責車內子系統的通訊互聯和配置管 理，實現了邊緣裝置與雲之間無縫且安全的資料流動。

處理器層面，Intel 公司的 Atom A3950 處理器使用 X86 架構，負責整個 車載資訊娛樂系統，對比 Acorn 公司的 ARM 處理器有著天然優勢。同 時，Atom A3950 平臺上執行的是特斯拉自己打造的車載 Linux 系統，使 用的軟體 80%以上為特斯拉自己開發，保障了特斯拉在軟體上絕對控制 地位。

4。 投資建議（詳見報告原文）

我們認為智慧網聯汽車已進入加速推廣期，行業內龍頭公司已佈局多年， 研發投入佔比遠高於傳統零部件公司。隨著智慧駕駛行業發展，整車對 智慧駕駛零部件的需求將進入爆發期。推薦智慧駕駛產品已開始落地或 即將落地的產業鏈標的。

……

（報告觀點屬於原作者，僅供參考。報告來源：國泰君安）

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