淺析汽車電子架構(gòu)發(fā)展與典型域控制器

黎偉　俞曉勇　匡小軍

摘 要：本論文從電子電器發(fā)展歷程，電子電器發(fā)展趨勢(shì)，電子電器架構(gòu)開(kāi)發(fā)以及典型的域控制器幾個(gè)方面剖析目前汽車架構(gòu)發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：電子架構(gòu) 汽車 域控制器

Analysis on the Development of Automotive Electronics Architecture and Typical Domain Controllers

Li Wei Yu Xiaoyong Kuang Xiaojun

Abstract：This paper analyzes the current development direction of automotive architecture， the development of electronic and electrical appliances， the development of electronic and electrical architecture， and the typical domain controller.

Key words：electronic architecture， automotive， domain controller

1 引言

隨著用戶對(duì)汽車駕駛智能性、舒適性的要求逐日提升，汽車的基礎(chǔ)配置越來(lái)越高，整車裝載的電子模塊也越來(lái)越多。如何科學(xué)的規(guī)劃相關(guān)功能，排布相關(guān)的汽車模塊，成為整車廠在汽車網(wǎng)聯(lián)化、智能化浪潮中面臨的最主要問(wèn)題。電子架構(gòu)的演變升級(jí)在這樣的背景下逐漸進(jìn)入整車廠的視野，并扮演著舉足輕重的地位。

2 電子電器發(fā)展歷程

2.1 日益增加的功能需求

汽車正從傳統(tǒng)的機(jī)械裝置逐步向電子產(chǎn)品進(jìn)行轉(zhuǎn)變，越來(lái)越多的電氣系統(tǒng)，用電模塊被集成在汽車之上。從1990年到2020年，汽車功能迅猛發(fā)展，以10年一個(gè)跨度爆炸式增長(zhǎng);90年初汽車僅僅是擁有一些常用的被動(dòng)安全性功能，集成了一些常用的安全性質(zhì)的模塊例如：ABS，EPS，安全氣囊等等。到2000年前后汽車已經(jīng)擁有了導(dǎo)航功能，巡航功能，胎壓監(jiān)測(cè)等功能。2010年前后遠(yuǎn)程啟動(dòng)，高階的自適應(yīng)巡航，電子剎車功能被應(yīng)用于汽車之上。到如今語(yǔ)音控制，自動(dòng)駕駛成為研發(fā)主流。

2.2 汽車電子電氣系統(tǒng)發(fā)展及設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

汽車電子電器發(fā)展從最初的分離部件開(kāi)發(fā)，到分散零部件開(kāi)發(fā)再到系統(tǒng)集成式開(kāi)發(fā)最終演變?yōu)檎嚰軜?gòu)的整體開(kāi)發(fā)。隨著電子架構(gòu)持續(xù)的發(fā)展，零部件也會(huì)經(jīng)歷從最初的模塊化到集成化，再到融合化即域控制器出現(xiàn)，最終發(fā)展成為裝載超級(jí)電腦的整車級(jí)控制器，實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)云端儲(chǔ)存或下載。

對(duì)比汽車架構(gòu)演變趨勢(shì)，低端的汽車架構(gòu)不足之處在于：

a.效率低下：每個(gè)系統(tǒng)都在開(kāi)發(fā)各自的控制器，車輛控制單元數(shù)量劇烈增加。

b.維護(hù)困難：系統(tǒng)與系統(tǒng)間，控制器與控制器間信號(hào)接口復(fù)雜，匹配困難。

c.低復(fù)用性：零件及系統(tǒng)缺少前期完整規(guī)劃，產(chǎn)品復(fù)用率低。

而現(xiàn)今激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)則需要整車廠在復(fù)雜的功能以及繁多的零件中找到穩(wěn)定的電子電氣系統(tǒng)，建設(shè)起具有完備功能安全的電氣結(jié)構(gòu)，同時(shí)要求其具有穩(wěn)定的可拓展性。

3 簡(jiǎn)易電子電器架構(gòu)開(kāi)發(fā)

3.1 電子電氣架構(gòu)開(kāi)發(fā)的意義

電子架構(gòu)開(kāi)發(fā)意義在于成熟的架構(gòu)有助于平衡多個(gè)開(kāi)發(fā)目標(biāo)（成本、重量、質(zhì)量等）?？梢越⒊墒炜煽康碾娮与姎馄脚_(tái)，擁有強(qiáng)大的沿用性與可拓展性。

3.2 簡(jiǎn)易的電子電氣架構(gòu)分類

簡(jiǎn)易的電子電氣架構(gòu)開(kāi)發(fā)可以分類為三大部分：物理架構(gòu)設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)以及功能架構(gòu)設(shè)計(jì)。

物理架構(gòu)設(shè)計(jì)包含硬件拓?fù)湓O(shè)計(jì);將整車各功能模塊映射到零部件上，通過(guò)信號(hào)路由方式將各ECU需要的信號(hào)發(fā)送到總線上來(lái)進(jìn)行共享。

線束拓?fù)湓O(shè)計(jì);線束拓?fù)湓O(shè)計(jì)中要確定部件安裝位置，接地點(diǎn)分布，部件間的距離，將零部件映射到實(shí)際安裝位置。

電源分配;將電源通過(guò)傳輸系統(tǒng)傳輸?shù)絺鬏斬?fù)載。

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)包含網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的定義;包含信號(hào)列表，信號(hào)格式，信號(hào)周期，信號(hào)路由方式，定義模塊間的通訊策略等。

功能架構(gòu)設(shè)計(jì)包含明確的功能需求，潛在的功能需求。在開(kāi)發(fā)功能時(shí)我們通常考慮;同一功能的正常情況、失效情況、工廠制造、售后維修、物流運(yùn)輸?shù)惹闆r。為了便于梳理繁雜的電氣功能，一般高階的電子架構(gòu)將功能集合為域單位進(jìn)行開(kāi)發(fā)，而從功能到零件是架構(gòu)開(kāi)發(fā)的一貫宗旨。

3.3 簡(jiǎn)易的汽車電子架構(gòu)開(kāi)發(fā)流程

通常的我們可以將簡(jiǎn)易的架構(gòu)開(kāi)發(fā)流程分為四部分。分別為：需求開(kāi)發(fā)，架構(gòu)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，系統(tǒng)驗(yàn)證。

在進(jìn)行需求開(kāi)發(fā)時(shí)，架構(gòu)開(kāi)發(fā)者應(yīng)注重以下四個(gè)方面的開(kāi)發(fā)重點(diǎn)。

a.對(duì)標(biāo)車型分析：架構(gòu)開(kāi)發(fā)者在對(duì)標(biāo)車型分析時(shí)應(yīng)弄清楚對(duì)標(biāo)車的功能配置，功能分析，電氣系統(tǒng)排布及網(wǎng)絡(luò)信號(hào)排布。

b.市場(chǎng)需求分析：架構(gòu)開(kāi)發(fā)者應(yīng)細(xì)分清楚相關(guān)車型的市場(chǎng)法法規(guī)要求。

c.客戶需求分析：架構(gòu)開(kāi)發(fā)者應(yīng)能從市場(chǎng)方獲得反饋，明白客戶的用車需求。

d.產(chǎn)品特性分析：架構(gòu)開(kāi)發(fā)者需要從車輛的配置功能表需求表出發(fā)，將車輛需求的功能分配的各個(gè)功能域，之后確認(rèn)各個(gè)功能間的約束條件，制定功能詳細(xì)的規(guī)范以及相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)安全策略，最后落實(shí)到硬件上面。

在進(jìn)行架構(gòu)開(kāi)發(fā)時(shí)，架構(gòu)開(kāi)發(fā)者應(yīng)注意以下四個(gè)方面的開(kāi)發(fā)重點(diǎn)。

a.功能方案開(kāi)發(fā)：架構(gòu)開(kāi)發(fā)者編制相應(yīng)的功能需求，以及相應(yīng)功能的網(wǎng)絡(luò)安全策略釋放給相應(yīng)的供應(yīng)商，并對(duì)硬件的接口做出統(tǒng)一的要求。

b.邏輯架構(gòu)模型開(kāi)發(fā)：架構(gòu)開(kāi)發(fā)者應(yīng)進(jìn)行架構(gòu)模型開(kāi)發(fā)，對(duì)整車廠現(xiàn)有的功能邏輯進(jìn)行梳理，并能夠進(jìn)行功能變形。

c.物理架構(gòu)開(kāi)發(fā)：架構(gòu)開(kāi)發(fā)者應(yīng)能設(shè)計(jì)或者主導(dǎo)設(shè)計(jì)電源分配以及接地點(diǎn)設(shè)計(jì)方案，保險(xiǎn)絲盒及能源分配方案，能夠參與線束設(shè)計(jì)。

d.網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)開(kāi)發(fā)：在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)時(shí)架構(gòu)開(kāi)發(fā)者應(yīng)對(duì)拓?fù)湓O(shè)計(jì)，矩陣編制，網(wǎng)絡(luò)通訊策略 進(jìn)行制定，對(duì)CAN網(wǎng)路接口，供應(yīng)商能力，元器件選型進(jìn)行評(píng)估。

在進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)，架構(gòu)開(kāi)發(fā)者應(yīng)注意以下三個(gè)方面的開(kāi)發(fā)重點(diǎn)。

a.系統(tǒng)功能規(guī)范：根據(jù)整車需求編制整車級(jí)功能規(guī)范，根據(jù)子系統(tǒng)要求編寫單個(gè)零件功能規(guī)范，組織相關(guān)零件區(qū)域?qū)帉懙墓δ芤?guī)范進(jìn)行評(píng)審鎖定留檔。

b.電器系統(tǒng)開(kāi)發(fā)：電器系統(tǒng)設(shè)計(jì)要素包括線束原理設(shè)計(jì)，元器件ICD審核，線束圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，整車線束走向設(shè)計(jì)，接口電路校核以及線束拓?fù)浞桨冈O(shè)計(jì)。

c.系統(tǒng)架構(gòu)評(píng)審：組織相關(guān)區(qū)域?qū)＜覍?duì)以上文檔進(jìn)行評(píng)審。

在進(jìn)行系統(tǒng)驗(yàn)證的時(shí)，架構(gòu)開(kāi)發(fā)者應(yīng)注意以下四個(gè)方面的重點(diǎn)驗(yàn)證。

a.CAN&LIN總線測(cè)試：CAN與LIN總線的單節(jié)點(diǎn)測(cè)試，整車集成測(cè)試，實(shí)車信號(hào)測(cè)試，三者為重點(diǎn)CAN&LIN總線測(cè)試項(xiàng)。

b.診斷測(cè)試：樣件的單節(jié)點(diǎn)診斷協(xié)議測(cè)試，零件的刷新功能測(cè)試，整車級(jí)別的診斷測(cè)試。

c.整車靜態(tài)測(cè)試;靜態(tài)測(cè)試主要包括各系統(tǒng)及模塊的功能測(cè)試，整車及零部件HIL在環(huán)測(cè)試及驗(yàn)證，系統(tǒng)及模塊的靜態(tài)電流測(cè)試，整車環(huán)模的相關(guān)測(cè)試。

d.整車路試測(cè)試：包括整車動(dòng)態(tài)路試測(cè)試，整車冬季路試測(cè)試，整車夏季路試測(cè)試。

4 電子架構(gòu)要求下的簡(jiǎn)易域融合控制器

架構(gòu)發(fā)展初期，智能駕駛的功能依托于多個(gè)主動(dòng)安全相關(guān)控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。一般將智能駕駛中的主動(dòng)安全功能分為：低速泊車功能，盲區(qū)監(jiān)測(cè)功能，車道輔助功能，碰撞避免功能，巡航控制功能。這些功能由RSM、CSM、RCR、APA等不同的控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。早期技術(shù)方案

隨著汽車電子架構(gòu)發(fā)展，功能域的概念進(jìn)入大眾視野，主動(dòng)安全的相關(guān)功能最終會(huì)融合落地于一個(gè)大型的域控制器。主動(dòng)安全域控制器能通過(guò)外在攝像頭或傳感器采集車輛的外部環(huán)境信息，對(duì)外部環(huán)境信息進(jìn)行統(tǒng)一的決策，然后通過(guò)CAN總線/LVDS將相關(guān)的處理信息發(fā)送至相關(guān)控制器。相關(guān)電路如圖2。

進(jìn)行域控制器融合后，能有效縮小總零件體積，減小總布置難度。降低整車線束、網(wǎng)絡(luò)信號(hào)復(fù)雜程度，同時(shí)域控制器有益于整車輕量化，能夠提高整車質(zhì)量，方便后續(xù)故障定位以及整車維修。

按照后續(xù)整車電子架構(gòu)的發(fā)展，將會(huì)越來(lái)越多的域控制器出現(xiàn)。整車廠與零部件供應(yīng)鏈必將掀起新一輪的革新浪潮。

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