什么是车身域?
随着汽车“智能化”趋势的发展,车辆电子化程度越来越高,也对汽车的电子电气架构带来巨大挑战。目前汽车行业普遍认为通过域(Zone)为单位的域控制器的集中化架构来控制全车的ECU和传感器是未来趋势。
博世提出的汽车控制5域架构,来源:智驾最前沿公众号
不过这其中也有不同的分类方式,包括以博世为代表的划分方式,通过功能将汽车电子控制系统分为动力域、底盘域、座舱域、自动驾驶域和车身域五个域。
三个域控制器按位置分工,来源:汽车小将微信公众号
而特斯拉则按照空间进行划分,主要分为前车身控制模板(BCMFH)、左车身控制模块(BCMLH)和右车身控制模块(BCMRH)。这种分类方式体现了特斯拉造车的思路。特斯拉认为每个控制器应该负责控制其附近的元器件,而非整车中的所有同类元器件,这样才能最大化减少车身布线复杂度,充分发挥当今芯片的通用性和高性能,降低汽车开发和制造成本。当然,这么做也要求三个车身域要实现彻底的软硬件解耦,对厂商的软件能力的要求大大提高。
车身域控制器的演变进程?
车身域控制器演变,来源:CSDN
当然,不管采用哪种分类方式,车身域控制器都是车身域中无可取代的核心。这里的演变过程大致是从传统的车身电子模块升级为BCM车身控制系统,再从BCM车身控制系统升级成车身域控制器(BDCU)。
BCM模块已融合车灯控制、门锁控制等功能,来源:英飞凌
传统的车身控制器功能主要包括内/外部车灯、雨刮、车窗、车门、电子转向锁等的控制,通过CAN/LIN与各个小节点进行通讯,节点较多,线束设计、软件控制逻辑均较复杂。随着控制器的发展,车身功能和零部件逐步集成于BCM 车身控制系统。
车身域控制器在BCM 基础上集成网关等更多功能,来源:英飞凌
在从集中式走向车身域的过程中,车身域控制器诞生,主要集成了灯光控制、雨刮控制、门窗控制、座椅控制、后视镜控制等于一体,可以在BCM 的基础上集成空调风门控制、胎压监测、PEPS 等功能于一个总的控制器中,实现了对于各个车身电子进行集中控制,预计未来车身域将集成一些低等级ADAS 功能。通过收纳部分的ECU,车身域控制器不仅可以实现功能的集成化,还可以减少ECU 的数量,从而有利于降低车身重量、减少成本、简化线路复杂度,避免了车身ECU 数量过多带来的困扰。未来车身域控制器还将集成网关等更多功能。
特斯拉Model3 已将全部车身电子融合为三大域控制器(FBCM、RBCM、LBCM),来源:《安信证券研究中心》
特斯拉在Model 3 中已率先将整车车身根据物理区域划分为前、左、右三大车身域控制器。其中,左右车身控制模块把部分基础功能按区域进行对称划分,两者分别负责各自区域内的内外部灯光、门锁、车窗、驻车卡钳等。而相对于左车身控制器,右车身控制模块还具有两个独有的功能—热管理(左车控制器仅负责鼓风机等)和自动泊车辅助系统(APA)。前车身控制模块则主要负责为整车中各个控制器进行电源分配、车前大灯、雨刮器等传统 BCM 的功能。在此高度集中的设计下,特斯拉三个车身控制器已相当于传统汽车中的车身控制器、4 个车门控制器、2 个座椅控制器、方向盘位臵记忆控制器、空调控制器、电池传感器等众多ECU 的融合。
除了特斯拉之外,还包括搭载大众ID系列纯电动车的大陆集团ICAS1,集成传统网关功能以及车身控制的全面功能。广汽发布的“星灵”电子电气架构就是基于NXPS32G399高性能网关计算芯片,由大陆集团负责开发,前、后区域控制器的软件架构基础中间层采用原子服务封装和标准化接口,中间层采用增强型组合服务,可独立执行。比亚迪推出的e平台3.0的亮点之一,也是左/右车身域控制器,集成BCM(车身控制模块)、安全网关、密钥中心、空调控制、胎压监测、仪表控制、驻车辅助、智能钥匙等多个模块,扩展版本最多支持达32个传统分布式ECU功能。长城汽车第三代电子电气架构于2020年发布,涵盖了车身控制、动力底盘、智能座舱、智能驾驶4个域控制器。同时,第四代电子电气架构将于今年三季度推出,形成中央计算,智能座舱及高阶自动驾驶三个计算平台。
车身域控制渗透率不足5%,前景广阔
车身域控制器单车价值量在500 元左右,来源:民生证券研究院
随着车身域控带来单车价值量翻倍增长,市场空间显著提升。目前,常规的车身控制模块单车价值量约 150~300元左右。随着汽车功能的不断增加,车身域控制器在原有的BCM 模块基础上进一步集成了胎压监测、PEPS、以太网关等功能,使得该产品单车价值量将从300-400 元提高至600-800 元,甚至实现数倍增长。
前装渗透率及上险量,来源:高工汽车
根据高工智能汽车研究院监测数据显示,2021年度中国市场(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(按单车统计口径,部分车型搭载多个域控制器),前装搭载率为4.13%,处于替代升级的早期阶段,未来随着智能汽车的渗透,还有非常大的发展空间。
车身控制器(BCM)主要玩家?
2021年中国乘用车车身控制器(BCM)市场份额,来源:高工汽车
由于车身域控制器涉及到门控、车灯、后视镜等整车控制策略,技术门槛相对较高。尤其是随着汽车功能的不断增加,输入/输出处理器和通道数量也会不断增加,这时开发车身控制模块软件的复杂性也呈指数级增加,并且还面临着功耗、信息安全等问题。因此,车身域控制器市场齐聚了大陆、安波福等国际Tier1巨头,国内仅有少数企业涉足,且大多数还未实现规模化量产。
从国内车身控制器BCM的市场格局来看。2021年国内BCM 市场基本被大陆、联电、埃泰克等外资及合资供应商垄断。其中大陆集团占据31%份额排名第一,前7 名均为国外Tier1 或者有国际Tier1合资背景的中外合资厂商。不过经纬恒润、东软、诺博科技、德赛西威等中国供应商和大陆集团、联电等几乎处在同一起跑线,有望打破传统BCM、网关市场的外资供应商垄断格局。
经纬恒润是国内最早一批布局车身控制器的内资Tier1,相较于国内其他供应商已展现出相当的规模优势和品质优势,是国内为数不多的可与外资Tier1 直面竞争的车身电子供应商,经纬恒润于2020 年推出BDCU车身域控制器,能够兼容传统BCM功能,同时集成空调算法、门控逻辑、胎压监控、以太网通讯接口等,且已成功配套量产至一汽集团、华人运通,以及福特集团、通用汽车、戴姆勒等全球头部主机厂。
东软睿驰于2021年推出基于NXP S32G 汽车网络处理芯片(全球首个同时集成传统MCU 与具备ASIL D 功能安全MPU 的芯片)打造整车通用域控制器,并以此为基础可根据主机厂需求灵活应用于车身域控制(集成网关、车窗控制、灯光控制等功能模块)、底盘域控制(:集成智能控制悬挂、电子驻车单元等系统功能模块)等多个领域。
铁将军在车身域控赛道也一直处于领先状态。早在2008年,铁将军首款智能车身产品就已经在头部自主品牌车型上实现前装量产,在2016年其推出iBCM车身控制器产品,实现了PEPS+BCM+TPM,支持CAN_FD、OTA、手机远程控制等功能,截止2021年,铁将军智能车身控制器系列产品已累计生产出货500万套。基于多年的技术积累,铁将军也是国内首批推出并量产车身域控制器BDC的国产供应商。资料显示,在2021年率先推出了域控制器BDC产品,该产品集成iBCM、6路CAN网关、单双温区空调AC、四门车窗防夹,可支持CAN_FD,并支持OTA网关。该产品已经在国内头部新势力热销车型率先量产,与国内知名品牌车企的合作也在快速推动。
在车身域控制器领域,诺博科技开发的中央电子控制模块(CEM)采用了瑞萨全新一代MCU产品以及NXP提供的交换机,是行业内首批同时集成车身域控制器、BCM、PEPS、千兆以太网网关等功能的高集成性电子控制单元,并且硬件、结构、软件均采用了平台化设计,可以适应未来进一步升级的电子电器网络架构。
网关与车身域控融合将成趋势?
现阶段,在国内外市场主流的车身架构当中,车身域控制器(BDC)和以太网网关(ETHGW)还是两个独立的模块。不过,随着以太网在高带宽汽车应用中被广泛采用,越来越多的主机厂开始在车身控制模块(BCM)中集成以太网,用于管理和控制汽车电子设备的复杂软件解决方案的需求,以实现SOA的部署,达到软件定义汽车的目标。
欧菲光第五代车身域控集成了中央网关,来源:欧菲光
目前,越来越多的本土域控制器生产商将车身域控制器(BDC)和千兆以太网网关(ETHGW)进行集成,从而极大地减少ECU开发中相互匹配系统的BOM成本以及生产成本,并且有效地提升了车身网络的互联性。比如华为推出的CCA架构当中,除了智能座舱和智能驾驶两大域控制器,其他车身控制功能全部集成到了车身域控制器(VDC整车控制平台),形成了中央计算+区域网关的架构。大陆集团的HPC 将中央网关集成至车身域控制器中。欧菲光在 2020年 12月发布的第五代车身域控制器产品将车身域控制器与以太网网关合二为一,目前也已经获得国内车厂定点。长城旗下诺博科技开发的中央电子控制模块(CEM)采用了瑞萨全新一代MCU 产品以及NXP提供的交换机,是行业内首批同时集成车身域控制器、BCM、PEPS、千兆以太网网关等功能的高集成性电子控制单元。联电的车身域控制器产品实现了将车身控制器(BCM)与网关(GAW)的融合并于2021 年 12月份成功在联电柳州工厂量产。
随着汽车舒适性、安全性、效率和消费电子功能水平的不断提高,汽车制造商和他们的电子产品供应商必须在电子产品的复杂性与功耗、重量之间取得平衡。虽然目前网关和车身域的集成成为一种潮流,但从长期来看,将安全性属性要求高的网关与安全性要求低的车身域集成在一起,可能会存在一些隐患。此外,业内已经在普遍讨论未来将继续集成化,会有一颗算力强大的单芯片SOC来取代所有的域控制器。但笔者认为,统一的中央计算机虽然集成度高,但不可避免地带来了控制器和受控器件的距离增加,从而增加线束长度,提高成本,而且元件集成密度也有一定的限制,因此无法在有限的空间内无限制集成,集中化也是有上限和最优解的。在这个集成化的过程中,可能要综合考虑系统成本和各项因素,因此域控制器还将持续维持很长一段时间。