全新电子电气架构下，
整车的控制器发展趋势如何演变？
1. 控制器（ECU）：功能控制核心，协助实现各项功能
功能控制中枢，处理输入信号实现功能控制。汽车控制器是实现整车功能控制的关键器件，一般由 MCU、电源芯片、通信芯片、输入处理电路、输出处理电路等构成，通过对各类传感器信号、开关信号以及控制信号的处理，来对阀、电机、泵、开关等执行机构进行控制。
通过整车微控制器能够实现的功能包括：接收信号并解析、逻辑判断、网络通信、故障诊断和处理、设备地址识别等等。
1.1. 整车电子电气功能升级，ECU 数量不断提升
微控制器在传统的车辆中为分布式架构，每增加一个功能需要增加一个ECU。随着整车电子电气功能的不断升级，ECU 的数量在不断提升。根据 Strategy Analytics 的数据显示，目前汽车平均采用约 25 个 ECU，但是高端型号 ECU 数量已经超过 100 个。不同的 ECU 之间，主要采用 CAN/LIN 总线对其进行连接，近年来汽车中CAN/LIN 总线节点的数目在不断提升，其中 LIN 总线节点 CAGR 约为 17%，CAN 节点的 CAGR 约为13%。
左图：所有级别汽车 ECU 数量变化
右图：汽车中 CAN/LIN 及其它节点的增长
以数据诊断接口为中心，分布式 ECU 架构通过不同速率的总线系统将不同的ECU进行连接，从而实现不同的功能。
大众汽车 ECU 分布
1.2. 信号复杂度+控制难度不同，控制器价值量有所区别
信号处理+输出控制难度提升，控制器复杂度不断升级。
1）简单驱动控制器：以油泵控制器为例，仅需要接收非总线信号并驱动执行机构，价值量约为 10-20 元；
2）拥有总线诊断通信功能的控制器：以鼓风机控制器为例，需要通过 LIN 总线通信，并拥有诊断功能，价值量约为 40-50 元；
3）实现较为复杂功能控制器：以车灯控制器为例，需要通过 CAN 总线通信，拥有诊断功能，并需要对冷却风扇、调节电机、灯光进行控制的较复杂控制器，价值量约为 80-100 元；
4）实现复杂功能控制器：以车身控制器/发动机控制器为例，接收多种信号输入，通过计算决策对于多个执行机构进行控制输出，并拥有诊断功能，是分布式架构下最复杂的控制器，价值量约为200-400 元。
不同级别汽车控制器对比（2020 年）
2. 全新电子电气架构向“功能域”集中，带来域控制器需求提升
“软件定义汽车”时代，需要大算力控制单元。不同于以往的分布式电子电气架构，“软件定义汽车”时代，整车硬件架构向以太网+SOA 架构升级，大算力+软件快速迭代需求推动分布式 ECU 向域控制器集成。在中央控制计算单元出现之前，整车控制单元被划分为自动驾驶域控制器/智能座舱域控制器/车身域控制器以及底盘域控制器等。
汽车域控制器分类（2020 年）
2.1. 自动驾驶域控制器：单车价值量最大
自动驾驶域控制器是功能更新最快，也是最具有集成意义的控制器。通过对摄像头、超声波雷达、毫米波雷达、激光雷达等传感器信号的融合处理，结合高精地图和导航等信息，做出自动驾驶决策，并输出整车控制指令。
奥迪 zFAS 引领行业变革，强大运算核心支持首个“域集成”控制器。奥迪是全球首个实现“域集成”控制器架构的厂商，2018 年推出的奥迪 A8，将所有的驾驶辅助 ADAS系统中相互分离的 ECU，如自动泊车、车道保持、自适应巡航功能等均融合进入自动驾驶域控制器 zFAS。其由四块芯片构成，分别是 Mobileye 的 EyeQ3（外界图像感知）、英特尔的 Cyclone V（传感器数据融合）、英飞凌的Aurix TC297T（主控通信处理）、英伟达的 Tegra K1（全景图像融合），四块芯片各有侧重，由德尔福提供硬件集成，TTTech提供软件开发。zFAS 实现自动驾驶域集成，其余底盘+安全、动力、车身、娱乐四大域仍然采用分布式架构。
左图：奥迪 A8 采用多种传感器
右图：zFAS 控制器
自动驾驶域控制器对于 AI 芯片的算力要求很高，目前一线供应商为英伟达、Mobileye、华为；二线供应商包括高通、地平线等。国际Tier 1 开始加速推出自动驾驶域控制器，如安波福、伟世通、大陆等。国内自主企业也开始推出自身的域控制器产品，较为典型包括德赛西威采用英伟达 Xavier 芯片方案，给小鹏 P7 车型提供 IPU03 自动驾驶域控制器，以及华为北汽极狐 αS Hi 版提供 MDC 810 自动驾驶域控制器。
自动驾驶域控制器装车跟踪
2.2. 智能座舱域控制器，不涉及行车安全，集成先行
汽车座舱升级分为几个阶段。
1）60-90 年代为机械时代，座舱产品主要包括机械式仪表盘及简单的音频播放设备，功能结构单一，基本都是物理按键形式，可提供的信息仅有车速、发动机转速、水温、油耗等基本信息；
2）2000-2015 年为电子化时代，随着汽车电子技术的发展，座舱产品进入电子时代，装置仍以机械仪表为主，但少数小尺寸中控液晶显示开始使用，此外也增加了导航系统、影音等功能，为驾驶员提供较多信息。
3）2015 年开始进入智能时代，以大尺寸中控液晶屏为代表率先替代传统中控，全液晶仪表开始逐步替代传统仪表，中控屏与仪表盘一体化设计的方案开始出现，少数车型新增 HUD 抬头显示、流媒体后视镜等，人机交互方式多样化，智能化程度明显提升。但现阶段大部分座舱产品仍是分布式离散控制，即操作系统互相独立，核心技术体现为模块化、集成化设计。一芯多屏、多屏互融、立体式虚拟呈现等技术开始逐步普及，核心技术体现为进一步集成智能驾驶的能力。
智能座舱处于智能时代初级阶段
目前智能座舱域控制器主要目的是将分别呈现的液晶仪表、液晶中控、HUD、流媒体后视镜等显示端进行“功能域”集中统一控制，实现“一芯多屏”等功能。国内外 Tier1厂家纷纷推出智能座舱域控制器产品，包括伟世通的 SmartCore，搭载在广汽埃安 LX上；德赛西威最新的一芯双屏座舱域控制器产品，已搭载在奇瑞品牌上；延锋科技座舱域控制器，已经搭载在智己上等。
2.3. 车身域控制器，进一步集成 BCM 功能
车身域控制器就是 BCM(Body Control Module)的进一步集成产品，传统的 BCM 将天窗、车窗、车门锁、车内灯光、座椅、电动尾门、车灯、雨刮、PEPS（无钥匙进入和启动）等功能的控制进行了集成。
特斯拉作为汽车电子电气架构升级的先锋，在 2019 年推出的 Model 3 上率先对其电子电气架构进行了革命性的变革，不仅将驾驶辅助+影音娱乐进行了双域融合，同时也将车身域相关的控制器进行了“区域”集成，通过左（RCM_LH）、前(RCM_FH)、右(RCM_RH)三大域控制器不仅将原车身域中车窗、车门、座椅、门锁、灯光、雨刮等功能开关进行了集成，更将空调、热管理、EPB 等模块进行了集成，并按照就近原则对节点进行接入，有效的降低了整车的线束长度、重量、成本以及布线的难度。
左图：Model 3 车身域控制器
右图：特斯拉 Model 3 电气架构
车身域控制器的主要功能包括传统 BCM 功能、PEPS（无钥匙进入和启动）、车窗控制、天窗控制、空调模块、座椅模块等。我们认为未来能够在车身域控制器领域能够胜出的 Tier1 应该具备以下几个方面的特征：1）有较强的传统 BCM 开发的经验；2）能够独立的开发车窗及空调模块；3）较强的硬件集成能力；4）软件架构能够符合时代，最好有 AUTOSAR、SOME/IP 等相关的开发经验；5）芯片保供能力（公司营收规模）；
2.4. “底盘域”控制器集成需求，为自主底盘控制执行单元带来机会
电动智能化时代，底盘控制全面转向线控。电动智能车因为真空源缺失、能量回收需求、控制灵敏度升级等多种原因，底盘执行单元全面转向 X-By-Wire(线控技术)，除电机驱动之外，主要包括线控制动及线控转向功能。
左图：One-Box 线控制动单元
右图：线控转向系统
相较于传统的底盘执行机构，线控单元单车价值量有明显的提升，线控制动 One Box 方案单车价值量约为 2000 元，线控转向方案单车价值量约为3000 元。较传统的底盘执行机构价值量均提升了一倍左右。
底盘执行机构向线控单元升级，多路径实现制动和转向功能。在传统底盘执行单元升级成线控单元后，制动和转向功能能够通过多路径实现，以制动功能为例，实现目标减速度可以通过驾驶员主动制动、ESC 主动建压、电子手刹 EPB 以及动能回收等路径实现。因此将底盘执行的所有功能集中在更上层的底盘域控制器上进行统一控制，成为提升整车控制效率的发展趋势。
电动智能车多路径实现制动和转向
涉及安全难以实现国产化替代，底盘域控制器集成带来新的机会。底盘执行单元供应商主要是全球头部 Tier1，因为涉及安全，很难有主机厂愿意对其进行国产化替代。但在底盘域集成趋势下，需要更加开放的供应商来实现底盘域驱动+制动+转向算法的集成，这也为国内的底盘执行单元厂商带来了新的机会。
3. “Zone”区域控制器出现，机电一体化产品向智能执行器演变
在华为推出的CCA电子电气架构中，3-5个车辆接口单元VIU(Vheicle Interface Unit)成为整车高速环网中重要的节点。在这套架构中，分布在车身四周的传感器、执行器以及 ECU 可以就近接入 VIU，VIU 可以实现以下几个方面的功能：
1）电源供给：传感器、执行器以及 ECU 能够就近接入区域控制器，从而获得电源供给。
2）电子保险丝：作为电源分配的枢纽，区域控制器可以取代传统继电器保险丝的作用，特别是当电池电力不足的时候，可以针对性的关闭一些不重要的功能，并在短时间内承受峰值负荷，从而降低导线直径；
3）将 I/O 口与计算单元隔离：每个传感器及执行器根据位置连接到本地区域控制器，由区域执行器执行数据转换和汇总，并将其放到连接的以太网络上，通过这种方式将 I/O 口从实际计算中抽离出来，便于软件抽象化以及硬件插拔增减；
4）集成ECU 功能：将部分 ECU 的功能集成至区域控制器中，进行简单边缘计算，提高信息处理效率，如 HAVC 系统中的鼓风机控制器、音频控制等。
对于“ZONE”区域控制器来说，会吸收车辆物理布置区域中的所有输入输出I/O 接口，无论什么样的功能都可以使用安全可靠的高速以太网络连接，保证数据的有效性。任何的 I/O 口都可以通过“虚拟化”接入，物理的位置被抽象成服务。
区域控制器 ECU 结构
现有情况下，ZONE 域控制器采用标准化软件模块，兼容现有的ECU 网络，通过CAN/LIN 总线等与 ECU 节点连接，将其发送的数据转换成以太网络格式数据放入整车网络中。随着 ZONE 控制器逐渐的发展，未来会逐渐整合其它ECU 功能，主要的目的是使得其功能更加强大，并减少 ECU 的数量。从华为测算的结果来看，一台30 万左右的车型，采用 CCA 架构后可以节省差不多 26%的 ECU 数量（38->28 个），线束长度从3.2 公里减少到 2.6 公里，节省 17%，线束成本从 3000 元降低到 2500 元，节省 19%，减重 7 公斤左右。长期来看，在区域控制器架构下，ECU 功能被逐渐上提到 ZONE 区域控制器或者更上层的域控制器中，ZONE 控制器自身连接的各部件主要为智能传感器和智能执行器，如电动水泵、电磁阀、雨刮等传统的机电一体化产品，其自身控制器只需要关注驱动和诊断功能，变得更加标准化。
电动智能化趋势下，
域控制器和执行端控制器同步增长
电动智能化趋势下，一方面因为自动驾驶和智能座舱的需求以及整车电气架构向SOA 的升级会带来几大域控制器以及区域控制器渗透率的不断提升。另一方面电动智能化的应用会驱使执行端微控制器数量不断上升，类似车灯控制器、电动水泵控制器、电磁阀控制器、电动压缩机控制器以及线控底盘控制器等持续提升。控制端与执行端控制器的需求将共同推动控制器市场规模增长。
控制器驱动因素及受益零部件
1. 电气架构升级+智能功能推进，域控制器 1-2 年内加速渗透
域控制器的渗透速度首先取决于整车电气架构的更新速度，其次取决于 L2.5 以上高级别自动驾驶功能和智能座舱功能的需求。整车电子电气架构升级可以推动所有域控制器渗透率提升，而高级别自动驾驶功能和智能座舱功能的需求提升，可以推动主机厂对部分区域电子电气架构进行升级从而适应自动驾驶域控制器和智能座舱域控制器的需求。
根据统计，主流主机厂未来 1-2 年新一代电子电气架构均计划落地，如宝马iNext架构首台量产版 ix 定于 2021 年底上市；吉利 SEA 浩瀚架构于 2021 年极氪 001 首发搭载；奔驰 EVA 纯电架构首台量产轿车 EQS 于 2021 年 8 月上市；丰田基于 e-TNGA 架构的首台车 BZ4X 于 2021 年 4 月上海车展发布；长城搭载新一代GEEP3.X 架构的摩卡于 2021 年 1 月发布；上汽集团智己汽车搭载新一代电子电器架构，将于2021 年底上市；东风岚图将于 2022 年推出自主研发 SOA 架构。
主流车企电子电器架构计划
智能化功能渗透率+电动智能车渗透率提升推动控制器市场不断增长。根据我们自建的明星电动智能车渗透率数据库（采用 30 款电动明星电动车型，销量占 10 万元以上电动车85%以上，能够在一定程度上体现智能化目前的渗透率水平，2020年1月-至今），其中造车新势力 L1-L2 级别自动驾驶功能渗透率达到 70%以上，传统车企渗透率明显低于造车新势力，智能座舱+自适应远近光灯渗透率传统车企依然落后于造车新势力，竞争压力下，传统车企智能功能渗透率有望快速提升。且电动车销量整体渗透率稳步提升，从 2019Q4 的 2.7%提升至 2021 年 5月的 12.2%。未来控制器市场有望随着智能化功能渗透率提升+电动智能车渗透率提升增加。
智能座舱+ADAS 功能渗透率
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