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汽车电气化可以提高车辆的安全性、舒适性和动力性。传统的分布式电子电气架构为一个ECU对应一项功能或少数几项功能，而随着技术的迭代，新型的电子电气架构在汽车领域实现了跨域融合。
在不同的应用场景中，汽车的电子电气架构使用总线系统可实现不同控制器之间，控制器与传感器、执行器之间的网络连接。CAN总线、FlexRay及以太网作为新型的总线系统主要用于控制器之间的连接。选择不同的总线系统可实现相应的数据传输需求及控制器实时同步要求。
目前，基本上所有的车载控制器都直接或间接通过网络互联在一起。车载控制器的网络化能够实现某一控制器的传感器信息共享，如ESP控制器可以向整个与之互联的网络提供实际的车速信息。另外，由于控制器之间强有力的网络互联能力，某些新功能完全不需要附加硬件，通过数据交换和相应的控制软件就可以实现。
不同OEM和Tie r 1 对电子电气架构的进化路线提出了自己的理念。2017年，Bosch提出了3段6步式演进构想。尽管业内各厂商、机构在具体方案上有所差异，但在大方向上取得了共识——分布式、域集中式、中央计算式，如图2-9所示。
图2-9 Bosch关于汽车电子电气架构未来演进的构想
在该架构下，ECU与实现的功能存在对应关系。在模块化阶段，ECU与功能一一对应，ECU数量众多。在集成化阶段，ECU开始集成多项功能。将原本由两个ECU分别执行的功能合并在一个控制器上，由该控制器同时执行车辆信息显示及娱乐系统功能。
该架构对ECU实现了进一步的集成，引入了DCU（Domain Controller Unit，域控制器）。在集中化阶段，全车共划分为5～7个域，每个域配置一个DCU，每个DCU统辖多个ECU。在Bosch经典五域架构中，全车被划分为动力域、底盘域、座舱域、自动驾驶域和车身域，完备集成了所有控制功能。
在跨域融合阶段，整车功能在域的层面进一步集成，功能实现具有相似性的多个域实现融合。由于动力域、底盘域、车身域所涉及的计算与通信具有相似性，这3个域融合为整车控制域，同智能座舱域、智能驾驶域共同构成了面向汽车新时代的整车架构。
该架构对DCU实现了进一步的集成，所有DCU融入一台中央计算机。功能与元件之间的对应关系不复存在，由中央计算机按需指挥执行器。
在车载计算机阶段，整车由中央计算机统一管理，但动力、车身、底盘等系统由于执行功能复杂，实时性、安全性要求较高，依然会保留基础控制器，进行边缘计算。而在车云协同阶段，汽车与云端联动，其中车端计算主要用于车内部的实时处理，而云计算则作为车端计算的弹性补充。这一阶段不仅需要对车内系统进行革新，车联专用网络建设也需要进一步完善。
从整车的设计/制造维度讲，若汽车继续按照当前的分布式架构发展，会导致难以布置更多ECU和更多线束，严重影响产线的高度自动化。而集中式电子电气架构能够逐步平抑ECU和线束的增长趋势，甚至到达某个时间节点之后，能够大幅减少ECU和线束用量，降低EEA网络拓扑的复杂度。ECU数量和线束用量的减少，能够降低电子电气系统的重量，对整车的轻量化设计目标也有帮助。
传统的分布式电子电气架构为一个ECU对应一项功能或少数几项功能。每个ECU带有嵌入式软件，通过CAN、FlexRay等总线技术连接。它的优势在于直接性，例如，汽车需要增加蓝牙功能，在总线连接一组能与其他ECU通信的蓝牙控制模块就能实现。这种直接的加法模式操作十分简单，而由于各ECU功能相互独立，单一ECU的失效对整车功能的影响也较小。
长期以来，OEM只是根据市场需求不断增加ECU和调整线束布置，典型汽车线束如图2-10所示。
图2-10 典型汽车线束
典型汽车线束与ECU的重量约占整车重量的5%～10%，线束已经成为整车第二或第三重的部件。而不同的ECU往往由不同供应商提供，甚至单个ECU中的多个软件都由不同二级供应商提供，这导致算力浪费、功能冗余、功耗增加、OTA管理困难的情况持续出现。
目前，一辆汽车平均拥有约60个ECU、近亿行代码（约是安卓系统代码量的7倍），电子系统占到整车成本的46%。而分布式架构在功能上已经到达瓶颈，算力和总线信号传输速率远远落后于电动化和智能化需求，分布式架构的极限是L2级别的自动驾驶，L3级别已经超出其承受范围。
例如，为了让自动驾驶覆盖更多的场景，需要对各有专长的摄像头、毫米波雷达和激光雷达采集到的信息进行融合，提高车辆的感知能力。这对数据处理的实时性和传输速率提出了很高的要求，分布式ECU+传输速率1Mbit/s的CAN总线，显然无力完成这样的任务。以大众分布式MQB平台为例，CAN总线上已经挂了很多ECU，如果再挂雷达，通信协议总量将不支持，把全部的CAN总线换成2Mbit/s则相当于做了半个架构的改造。
同时，三电系统加剧了电子电气架构的复杂程度，智能座舱、自动驾驶等需要依靠ECU实现的功能越来越多，复杂的分布式电子电气架构大大增加了整车成本。在智能化时代，汽车将像手机一样进行OTA，提升用户体验，减少维护费用和召回成本。而分布式架构的ECU软件生态复杂，要实现整车OTA，必须对电子电气架构进行大刀阔斧的改革，解耦软硬件，简化各个ECU的功能，减少其他ECU对运算资源的浪费，使算力向中央集中，才能迈出软件定义汽车的第一步。
正是以自动驾驶、智能座舱为代表的智能化功能的涌现，决定了电子电气架构变革的必然性。在功能需求和成本需求的推动下，车企和供应商们纷纷对电子电气架构展开升级，最直观的变化就是独立的ECU被功能更集中、算力更强的域控制器所代替。当汽车拥有了传输速率更高、算力更强更集中的集中式电子电气架构，高阶自动驾驶的大门也随之敞开。摄像头、毫米波雷达、激光雷达乃至GPS和轮速传感器的数据不再各自为战，而是统一通过车载以太网回传给同一个“大脑”完成车辆位置、环境的辨别，极大地提升了车辆在极端环境下对周围态势的感知能力。
电子电气架构的集中化、ECU的大型化需要大型、高算力、制程小的（意味着低功耗）车载SoC芯片支持实现。只有强大的芯片，才能满足集中化要求的ECU。从整车维度讲，大型SoC芯片以及基于大型SoC芯片构建的大型域控制器/高性能计算机和先进线束都是集中化电子电气架构的关键基础技术。
控制器向中央控制器集成的技术性前提是一个控制器中的软件能够移植到另一个控制器中。硬件与软件之间的解耦，让传感器不必依赖固定的ECU，可以被域控制器灵活调用来完成不同功能，甚至能实现计算机显卡那样的硬件“热插拔”，从而实现即插即用的快速升级。
AUTOSAR创新性地将控制器软件接口标准化。它提供一种方法，将面向硬件的功能软件加以封装，可方便地实现将一个控制器中的软件移植到另一个控制器中。电子电气架构开发的挑战在于如何制定一套优化的解决方案，以实现所开发车辆的功能。这套解决方案应能平衡功能化和非功能化的（最大限度优化总造价成本）各种要求。
新一代汽车电子电气架构带来的软硬件成本下降，促使OEM和Tie r 1 投入大量人力物力进行架构的变革。电子电气架构演进需要多方面评估，包括高计算性能、高通信带宽、高功能安全性、高网络安全性、软件持续升级更新能力等。
站在整车厂的角度，还需要具备有效的变形管理，实现相同架构平台下车型谱系之间硬件配置灵活多样，具有很好的沿用性和平台公用性。有效的电子电气架构开发评估体系是确保架构开发顺利进行的重要手段。对架构的评估，一般从3个方面进行：首先，架构能否满足用户使用需求及未来可能的需求变化；其次，架构能否实现车型开发成本最优化；最后，在兼顾用户需求、开发成本最优的同时，能否满足汽车本身性能配置。智能汽车电子电气架构的主要需求如表2-1所示。
表2-1 智能汽车电子电气架构的主要需求
续表
当前汽车行业处于电子电气架构由分布式转向域集中式的关键期，很多车企开始思考跨域融合的多种方案，目前主要有两种跨域融合方案：按功能融合方案、按位置融合方案。
按功能融合方案主要采用三域架构，将全车划分为车辆控制域、智能驾驶域、智能座舱域三大功能域，分别实现车辆控制、智能驾驶、信息娱乐等功能。大众MEB平台的E3架构、宝马iNEXT车型架构、华为CC架构等均属于此类。
按位置融合方案主要采用区集中式架构（Zonal EEA），按照汽车的物理空间，将全车划分为多个区域，如左车身域、右车身域等。由于各处ECU均由区域控制器（Zone ECU，ZCU）中继，再连接至中央计算机，因此线束数量大幅减少，能释放更多物理空间。特斯拉、丰田等均属于此类。
以上两种架构如图2-11所示。
图2-11 三域架构与区集中式架构
传统的模块集成是将模块集中“打包”，其本质依然是原有的功能划分，模块与模块之间的壁垒仍然没有被打破，而且有很强的硬件捆绑特性。例如，市面上很多BCM集成了PEPS功能，但若想将PEPS系统集成到ESP控制器，那么原有平台将无法兼容，需要花费较大工作量来开发新平台。而域则可以做到兼容，它十分灵活，是系统与软件层面的集成，脱离了硬件捆绑的限制。
在大部分域架构设计中，域控制器可以给其他小控制器、小执行器提供的算法、功能，决定了域的范围有多大。例如，车身域控制器是集成所有车身电子的基础驱动、钥匙、灯、门、车窗等功能的大控制器。由于车身域控制器可以提供车窗防夹算法、电压补偿、备份驱动等功能，因此，小控制器无须关注复杂算法，只需要更多地关注硬件和驱动。这样不但可以大幅缩减软件开发量，还能够实现控制器的精简优化。这样一个标准化的共享软件资源的架构设计理念，在整车各个领域都得到了充分的运用，形成常见的动力域、底盘域、车身域、信息娱乐域和ADAS域等。
在三域架构中，车辆控制域将原动力域、底盘域和车身域等传统车辆域进行了整合，智能驾驶域和智能座舱域则专注于实现汽车的智能化和网联化。涉及的零部件主要有4类：车辆控制域控制器、智能驾驶域控制器、智能座舱域控制器及若干高性能网关。其中，车辆控制域控制器，负责整车控制，实时性和安全性要求高；智能驾驶域控制器，负责自动驾驶相关感知、规划、决策功能的实现；智能座舱域控制器，负责HMI交互和智能座舱相关功能的实现。
MEB平台是由大众汽车集团及其子公司开发的电动汽车模块化平台。MEB平台的E3架构，是由3个车辆应用服务器（In-Car Application Server，ICAS）组成的域集中式电子电气架构，如图2-12所示。
图2-12 大众MEB平台的E3架构
ICAS1主要负责车内应用服务（车身控制、电动系统、高压驱动、灯具系统、舒适系统等）。ICAS2主要用于支持高级自动驾驶功能。ICAS3主要负责娱乐系统（导航系统、仪表系统、HUB、智能座舱等）。
通过ICAS这种大型域控制器，将本域的其他ECU的软件功能（如智能传感器的一些功能，以及基础软件功能）逐步向ICAS中转移，直到其他ECU（本域的传感器和执行系统）慢慢被合并。
华为的CC（Computing/Communication）架构聚焦计算、通信两大领域，通过分布式网关组成环网，进行高速的网络数据传输，并在三大平台的计算中心进行数据实时分析及处理，从而实现整车的感知、算力、电源共享。从计算架构来看，华为将汽车划分为智能驾驶、智能座舱、整车控制三大域并推出相关的开放平台及操作系统（自动驾驶操作系统AOS、鸿蒙智能座舱操作系统HOS和车控操作系统VOS），如图2-13所示。
图2-13 华为CC架构
智能驾驶平台包含昇腾芯片、AOS及标准化硬件产品、配套工具链等。该平台可进行软硬件解耦，整车厂可在该平台基础上快速开发、调试、运行自动驾驶算法和功能，实现L2+～L4级别自动驾驶的平滑演进。
智能座舱平台包含麒麟芯片和鸿蒙OS，并分别基于麒麟芯片构建IVI模组，基于鸿蒙OS共享华为“1+8”生态，实现跨终端互联。在此基础上，使用Hicar手机映射方案提升用车体验并开放API接口，为跨终端的软件供应商开发座舱应用提供便利。
整车控制平台（智能电动平台）包含电驱、MCU、整车控制VOS，将网络能源产业链和技术优势引进智能电动汽车，打造mPower多形态电驱及高效的车载充电产品，为整车厂提供差异化的整车控制。
为了构建以功能为导向的电子电气架构，OEM不得不将后刹车灯、后位置灯、尾门锁甚至双撑杆的连接线束拉长，跨过80%的车身，连接到置于车身前方的域控制器中。ADAS的前后雷达、空调系统的前后制冷、底盘系统的前后轮转向控制均有类似的问题，给线束系统带来了极大的挑战。
一辆低端车的线束系统成本只要大约300美元，重量大约为30千克，长度大约为1500米，线束大约有600根，共1200个接点；而一辆豪华车的线束系统成本大约为550～650美元，重量大约为60千克，线束大约有1500根，长度大约为5000米，共3000个接点。如果按照功能域架构制造汽车，线束成本将不会低于1000美元，重量将高达100千克。为了解决高昂的成本，且不丢失域的软件集中的核心概念，特斯拉在Model 3上重新划分了域。传统的车身域、动力域等被物理空间上划分的Zonal EEA所取代。
在Zonal EEA中，有几个关键组成部分，即车载中央计算机、区控制器、环形连接的以太网TSN组成的主干网及CAN、LIN、10Base-T1S区内网、双电源冗余供电及区域内智能分级供电。
车载中央计算机的核心定位是实现智能驾驶和智能座舱相关的业务逻辑，并且具备网联功能，可连接车端和云端。
区控制器主要充当网关、交换机和智能接线盒的角色，提供并分配数据和电力，实现车辆特定区域的Feature，可能也会涉及一些变迁，如逐步融合区内其他ECU的功能。在第一阶段，实现相对通用化的ZCU，采用标准化软件模块，兼容现有ECU网络，并作为数据转发设备，将区内的功能在服务层面进行抽象；在第二阶段，会以降低区内ECU数量为目的，整合其他ECU功能，并控制I/O虚拟化。
Zonal EEA实际上是“供电的分布式，计算的集中式”。Zonal EEA不仅能将计算资源集中起来，便于软硬件分离，也给整车各个控制器的电源管理带来很多想象力，但是给软件开发带来了极大的挑战。例如，车身控制器工程师可能需要研习雷达的驱动和算法；功能安全ASIL-C/D级别的软件开发逐渐变成标配。域的控制开发要求将不再仅限于功能，软硬件开发将打破传统的功能划分壁垒，需要从整车角度进行思考和设计。
特斯拉中央计算模块为AICM（Autopilot&Infotainment Control Module，辅助驾驶及娱乐控制模块），区域控制器为BCM RH（Body Control Module Right，右车身控制器）及BCM LH（Body Control Module Left，左车身控制器），如图2-14所示。
AICM接管了所有辅助驾驶相关传感器、主摄像头和毫米波雷达。BCM RH集成了自动驶入驶出（Automatic Parking/Autonomous Pull Out）、热管理、扭矩控制等功能，实现了硬件和软件的分离。BCM LH横跨多个网段，负责内部灯光、进入部分。
图2-14 特斯拉Model 3电子电气架构
沃尔沃的Zonal EEA包括Core System和Mechatronic Rim，将ZCU划入中央计算集群中；同时定义了与核心计算系统相对应的概念——机电一体化区域，以VIU为节点，也可以分出若干区域。VCU对应车载中央计算机，VIU对应区控制器，如图2-15所示。
图2-15 沃尔沃的电子电气架构
从发展趋势看，汽车电子电气架构最终会向中央计算架构演进，将功能逻辑集中到一个中央控制器。据华为预计，到2030年，中央计算平台+区域控制+大带宽车载通信的电子电气架构将成为主流。
未来，软件的功能和质量将决定汽车的产品体验，汽车的差异性将逐步由软件定义。凡是有雄心的车企都希望牢牢掌控决定产品个性化的核心技术，因此每个车企都会基于一个智能化、可演化的电子电气架构来打造汽车产品。