不同的智駕系統(tǒng)架構(gòu)電源管理設(shè)計(jì)

自動(dòng)駕駛對(duì)整車算力和電子電氣架構(gòu)的升級(jí)需求推動(dòng)，智能汽車銷量持續(xù)高增，域控制器發(fā)展動(dòng)能強(qiáng)勁，有望成為中期行業(yè)主流趨勢(shì)。整車廠域控架構(gòu)滲透率有望加速提升，高性能、集成化、可擴(kuò)展或?qū)⒊蔀橛蚩刂破鞯闹饕l(fā)展趨勢(shì)。在此過程中，芯片廠商、集成商、整車廠均在域控制器有所布局，各環(huán)節(jié)競(jìng)爭(zhēng)要素不同，格局空間各有特征。短期本土供應(yīng)商圍繞成本優(yōu)勢(shì)及集成能力進(jìn)行布局，在整車廠智能化平臺(tái)快速迭代過程中有望實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，進(jìn)一步提升市場(chǎng)占有率。

電子電氣架構(gòu)集中化升級(jí)，域控制器快速發(fā)展。汽車傳統(tǒng)分布式電子電氣架構(gòu)難以滿足日益增長(zhǎng)的智能化需求，能夠集合算力、降低線束及制造成本、提升復(fù)用率的域集中式架構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生。高性能、集成化(成本控制疊加生產(chǎn)難度降低)、可擴(kuò)展(軟硬件解耦便于OTA升級(jí))三大特征為中期域控制器發(fā)展提供動(dòng)能。受此驅(qū)動(dòng)，認(rèn)為，域控制器滲透率有望提升，2025 年全球自動(dòng)駕駛與智能座艙域控市場(chǎng)空間有望擴(kuò)容至千億元人民幣。

“芯片+集成商+整車廠”構(gòu)成產(chǎn)業(yè)鏈上下游。觀察到：芯片端競(jìng)爭(zhēng)圍繞性能、生態(tài)、開發(fā)落地、成本四大維度展開，Mobileye在存量市場(chǎng)地位穩(wěn)固，英偉達(dá)及高通在增量市場(chǎng)快速突破，有望后來居上，實(shí)現(xiàn)全域領(lǐng)先;集成端競(jìng)爭(zhēng)主戰(zhàn)場(chǎng)在于軟件開發(fā)、定制化需求把握及快速量產(chǎn)能力，國(guó)際廠商如博世、安波福等積累深布局廣，協(xié)調(diào)產(chǎn)業(yè)鏈資源能力強(qiáng);本土廠商借助產(chǎn)能擴(kuò)張、產(chǎn)品快速迭代、軟件能力持續(xù)提升強(qiáng)勢(shì)崛起。

本土供應(yīng)商實(shí)現(xiàn)突圍，短期看降本與國(guó)產(chǎn)替代，長(zhǎng)期需依賴技術(shù)迭代。在外部非經(jīng)濟(jì)因素的推動(dòng)下，國(guó)產(chǎn)替代需求中長(zhǎng)期確定性較強(qiáng)。受此帶動(dòng)下，國(guó)產(chǎn)芯片供應(yīng)商實(shí)現(xiàn)了部分突圍，華為、黑芝麻、地平線等方案得到采用;國(guó)內(nèi)域控制器集成商則憑借客戶協(xié)作和產(chǎn)能布局等先發(fā)優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)的突破。認(rèn)為，通過客戶資源的積累和配合驗(yàn)證，國(guó)內(nèi)芯片廠商、集成商有望彎道超車實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破及價(jià)值鏈環(huán)節(jié)上移。

盈利預(yù)測(cè)與估值

建議投資者持續(xù)關(guān)注：國(guó)內(nèi)域控制器廠商德賽西威(中金電子組覆蓋)、華陽集團(tuán)(中金電子組覆蓋)，均勝電子、經(jīng)緯恒潤(rùn)(未上市)、科博達(dá);汽車基礎(chǔ)軟件及中間件提供商?hào)|軟集團(tuán)(中金計(jì)算機(jī)組覆蓋)、中科創(chuàng)達(dá)、光庭信息(未覆蓋)等。

如果說車輛智能化是未來，那么智能電氣架構(gòu)一定是其基礎(chǔ)。

本文將從特斯拉、大眾與福特3款新型SUV的電氣架構(gòu)對(duì)比開始分析，看特斯拉為何能領(lǐng)先業(yè)界6年實(shí)現(xiàn)智能電氣架構(gòu)，而傳統(tǒng)車企的歷史包袱是如何阻礙其新技術(shù)落地的，從車輛的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，到對(duì)成本模式認(rèn)知及技術(shù)模式的認(rèn)知，最后到落地時(shí)要面臨哪些技術(shù)難點(diǎn)，詳細(xì)分析如何實(shí)現(xiàn)智能電氣架構(gòu)的落地。

本文對(duì)乘用車及商用車應(yīng)用均有涉及，文中也將普及一些基礎(chǔ)的車輛電氣原理、傳統(tǒng)方案器件成本、半導(dǎo)體方案及成本、線束基礎(chǔ)知識(shí)、負(fù)載基礎(chǔ)特性、HSD芯片基礎(chǔ)、MOSFET基礎(chǔ)、電流與成本的關(guān)系、相關(guān)的電子電氣設(shè)計(jì)難點(diǎn)、芯片參數(shù)選型等，算是拋磚引玉，希望能和行業(yè)小伙伴們一起共同推動(dòng)智能電氣架構(gòu)的落地。

如今的汽車行業(yè)正在經(jīng)歷劇烈的電氣化及智能化變革，這種變革必然導(dǎo)致車輛ECU數(shù)量增多及電氣架構(gòu)復(fù)雜度增加，傳統(tǒng)車企在架構(gòu)升級(jí)過程中會(huì)怎么做?有哪些考量?

剛好，有國(guó)外網(wǎng)站3IS基于特斯拉Model Y，對(duì)比了大眾ID.4與福特Mach E的電子電氣架構(gòu)，這三款車均為純電動(dòng)SUV，量產(chǎn)時(shí)間相近;并且，大眾與福特作為傳統(tǒng)老牌大型車企，和特斯拉對(duì)比就非常具有代表性。

從下圖的ECU及網(wǎng)絡(luò)類型節(jié)點(diǎn)對(duì)比表可以看出，Model Y、ID.4、Mach E的ECU數(shù)量分別為26、52、51，特斯拉的集成度明顯要高很多，這主要是因?yàn)樘厮估瓕⒈姸嘈⌒虴CU的功能全部集成到區(qū)域控制器中。前文講過，比如特斯拉的 Model 3的FBCM，既負(fù)責(zé)配電，還負(fù)責(zé)一些左前燈控制、空調(diào)控制、熱管理等功能，橫跨了傳統(tǒng)的車身、座艙、底盤及動(dòng)力域。

之前就講過，傳統(tǒng)OEM是有很大歷史包袱的，按以往的經(jīng)驗(yàn)，基于現(xiàn)有成熟模塊進(jìn)行復(fù)用可以顯著縮短車輛開發(fā)周期及降低開發(fā)成本，并保證車輛的可靠性。但如果步子邁得太大，一上來就搞大規(guī)模集成，就會(huì)牽一發(fā)而動(dòng)全身。

所以，對(duì)傳統(tǒng)車企來講，任何的更改都需要很謹(jǐn)慎，因?yàn)橹萍s因素很多，改起來就很困難，周期很長(zhǎng)，涉及面很廣，風(fēng)險(xiǎn)很大，成本也很高。

大家應(yīng)該還都記得，ID.3在剛上市時(shí)，出現(xiàn)了眾多軟件bug，上萬輛車停在大眾工廠等待升級(jí)。大眾尚且如此，其他家可想而知。所以可以看到，福特和大眾盡管宣稱是全新純電架構(gòu)，但是仍然復(fù)用了很多小型ECU。

但有一點(diǎn)不可否認(rèn)的是，大眾在電子電氣架構(gòu)的升級(jí)過程中已經(jīng)做了很大的更新，大家有興趣的話可以去看一下奧迪e-tron與ID.4的電子電氣架構(gòu)的對(duì)比，可以看出巨大的變化。

高階自動(dòng)駕駛系統(tǒng)在進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，其域控內(nèi)部的架構(gòu)通常涉及主控芯片MCU、計(jì)算芯片SOC、電源管理模塊芯片PMIC、加解串器、CAN收發(fā)器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等等。提到的這些設(shè)計(jì)要素從底層上并不只是簡(jiǎn)單的進(jìn)行了一定程度的硬件連接布線，而是從軟件的角度包含涉及的相關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)配置、電源管理、存儲(chǔ)配置等都需要同步進(jìn)行相應(yīng)的軟硬件模塊開發(fā)。其中，電源配置和網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)配置作為兩種比較重要的高階域控配置單元，一直是系統(tǒng)架構(gòu)師、硬件架構(gòu)師以及軟件架構(gòu)師需要攻克的部分設(shè)計(jì)內(nèi)容。

當(dāng)然，行業(yè)內(nèi)對(duì)于智駕系統(tǒng)芯片的使用程度和場(chǎng)景根據(jù)其應(yīng)用需求各不相同。作為初級(jí)版本的超異構(gòu)芯片，一般情況下，L2級(jí)別需要5 TOPS的算力，L3需要100+ TOPS的算力，L4為300+ TOPS。因此，低階駕駛輔助系統(tǒng)(L0~L2)通常采用單芯片如TDA4VM(8Tops+25KDMIPs)可以滿足對(duì)算力的整體需求。而對(duì)于次高階(L2+~L4)這樣的芯片的處理能力變顯得有些力不從心?？紤]當(dāng)前整個(gè)業(yè)內(nèi)研發(fā)的重心多傾向于L2+這樣的系統(tǒng)。因此，本文所介紹的電源分配管理方案主要考慮多片SOC的情況，比如典型的TDA4 VH、8650等為例進(jìn)行架構(gòu)說明。

從域控架構(gòu)設(shè)計(jì)上，超異構(gòu)芯片往往是所有計(jì)算資源都集中到一片芯片上進(jìn)行，且該芯片也是基本上會(huì)對(duì)智駕域控中的所有相關(guān)聯(lián)的所有芯片(如加解串器、交換機(jī)、Can收發(fā)器、攝像頭控制端)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)以及供電控制。因此，對(duì)于這類控制連接我們通常稱之為串聯(lián)式控制，即電源的控制鏈路通常由統(tǒng)一的PMIC對(duì)中央芯片進(jìn)行統(tǒng)一管理。當(dāng)然，如果考慮架構(gòu)低功耗的特點(diǎn)，也可能將該控制中央芯片的PMIC拆分成主從兩路分別進(jìn)行控制。主路實(shí)現(xiàn)全功耗下的電源控制管理。從路則是實(shí)現(xiàn)當(dāng)用戶有降功耗的需求情況下的單獨(dú)電源管理(比如只通過PMIC鏈路設(shè)置激活其中的內(nèi)部MCU Only模塊)。

而對(duì)于純異構(gòu)芯片智駕域控架構(gòu)來說，在進(jìn)行電源樹設(shè)計(jì)時(shí)，則通常參照單片單控的方式，比如如果考慮MCU、SOC、GPU三類芯片如果集成到同一個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)時(shí)，則通常是采用分離式電源控制方式，即各芯片電源單獨(dú)進(jìn)行開閉控制。而像加解串器、CAN收發(fā)器這類芯片的電源啟閉控制則是根據(jù)用戶定制需求搭載單獨(dú)的電源控制模塊。比如考慮單獨(dú)對(duì)喚醒CAN進(jìn)行電源控制，或者單獨(dú)對(duì)bypass的影像輸出控制進(jìn)行電源控制。又如Switch這類芯片則可以單獨(dú)通過MCU來進(jìn)行開閉控制。