商用車電子電氣架構(gòu)與主動(dòng)安全措施探討

郭維杰

關(guān)鍵詞：智能網(wǎng)聯(lián)汽車 電子電氣架構(gòu) 主動(dòng)安全措施 功能域

受不斷提升的汽車復(fù)雜性和逐漸增加的整車電子控制器數(shù)量影響，供應(yīng)商負(fù)責(zé)電子電氣設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)方式逐漸被淘汰，預(yù)研發(fā)階段電子電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)開始引起業(yè)界高度重視。結(jié)合智能網(wǎng)聯(lián)汽車特點(diǎn)，必須有針對(duì)性地開展智能網(wǎng)聯(lián)電子電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)，這一設(shè)計(jì)須同時(shí)做好主動(dòng)安全措施的選擇。

1商用車電子電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1總體設(shè)計(jì)

商用車電子電氣架構(gòu)總體設(shè)計(jì)由域控制器、通訊網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、電氣架構(gòu)、執(zhí)行器、傳感器、上層應(yīng)用軟件、計(jì)算平臺(tái)、操作系統(tǒng)組成。深入分析可以發(fā)現(xiàn)，中央網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)連接通訊域控制器、智能座艙域控制器、自動(dòng)駕駛域控制器，同時(shí)存在處于預(yù)留狀態(tài)的動(dòng)力域控制器和底盤域控制器。基于車載以太網(wǎng)，自動(dòng)駕駛域控制器能夠連接激光雷達(dá)、攝像頭、慣導(dǎo)、冗余雷達(dá)，與車側(cè)激光雷、毫米波雷達(dá)的連接使用CAN總線：智能座艙域控制器與座椅控制器、音量調(diào)節(jié)面板、功放的連接基于CAN總線實(shí)現(xiàn)，座椅調(diào)節(jié)電機(jī)、座椅加熱器、座椅通風(fēng)電機(jī)等執(zhí)行器通過硬線驅(qū)動(dòng)，USB接口、WIFI天線、GPS天線等傳感器采集也通過硬線完成，連接中控顯示屏、抬頭顯示屏、儀表顯示屏使用LVDS：通訊域控制器與主駕駛門模塊、路測(cè)單元的連接通過CAN總線實(shí)現(xiàn)，CAN總線同時(shí)負(fù)責(zé)大燈執(zhí)行器、雨刮電機(jī)、頂燈的數(shù)據(jù)采集和控制交互。

在電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)中，電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛域控制器、電子制動(dòng)器、車身穩(wěn)定性系統(tǒng)、攝像頭、慣導(dǎo)、激光雷達(dá)等通過雙供電設(shè)計(jì)的電源分配單元進(jìn)行雙路供電，同時(shí)物理隔離雙電源，保證系統(tǒng)安全。還需做好電平衡校核、接地點(diǎn)分配等工作。底層硬件通過計(jì)算平臺(tái)實(shí)施決策及處理數(shù)據(jù)，計(jì)算平臺(tái)涉及通信接口單元、數(shù)字信號(hào)處理單元、視覺處理單元、計(jì)算單元、內(nèi)存單元、控制單元、AI單元，通過多元數(shù)據(jù)處理，可為自動(dòng)駕駛等功能提供支持。操作系統(tǒng)由設(shè)備驅(qū)動(dòng)、體系結(jié)構(gòu)代碼、進(jìn)程間通信、內(nèi)存管理、進(jìn)程管理、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、系統(tǒng)應(yīng)用接口等組成，負(fù)責(zé)事件調(diào)度和任務(wù)管理，同時(shí)虛擬機(jī)監(jiān)控程序也能夠應(yīng)用。在服務(wù)通信方面，操作系統(tǒng)也能夠發(fā)揮重要作用，如為線控轉(zhuǎn)向、線控制動(dòng)、自動(dòng)駕駛等提供服務(wù)及數(shù)據(jù)調(diào)用支持，便于擴(kuò)展和使用的軟件標(biāo)準(zhǔn)化模塊能夠順利形成?；诳偩€傳輸協(xié)議，通訊網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)能夠成為執(zhí)行器、傳感器、域控制器的信號(hào)傳輸通道。

圍繞執(zhí)行器、域內(nèi)傳感器和域控制器、中央網(wǎng)關(guān)三層架構(gòu)設(shè)計(jì)電子架構(gòu)方案進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，自動(dòng)駕駛控制由自動(dòng)駕駛域控制器負(fù)責(zé)，以QNX系統(tǒng)為操作系統(tǒng);通信域控制器采用V2X通信與5G模組，可與道路設(shè)備及其他車輛進(jìn)行通信，以Linux系統(tǒng)為操作系統(tǒng);智能座艙域控制器的上層應(yīng)用開發(fā)基于安卓系統(tǒng)完成，涉及座椅控制、中控大屏、集成儀表等交互功能;通過車載以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)域控制器間通信，三層通訊網(wǎng)絡(luò)由LIN總線（或CAN總線）、車載以太網(wǎng)組成，為滿足數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性要求，介質(zhì)訪問控制選擇時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN），數(shù)據(jù)時(shí)鐘同步性可得到保證，應(yīng)用層通信協(xié)議設(shè)計(jì)面向調(diào)度服務(wù)。

1.2功能域劃分

在整車功能域的劃分中，可結(jié)合域控制器進(jìn)行細(xì)分，具體分為動(dòng)力域、自動(dòng)駕駛域、底盤域、智能網(wǎng)聯(lián)域、智能座艙域。

動(dòng)力域涉及高壓能量管理、電池管理、前后電機(jī)控制、扭矩控制、充電管理、熱管理等功能，核心控制器為VCU。選擇分布式控制，對(duì)扭矩控制功能進(jìn)行集成，基于充電機(jī)的充電狀態(tài)反饋。VCU能夠在充電過程對(duì)充電時(shí)間和充電電流進(jìn)行計(jì)算，而在車輛運(yùn)行過程中，基于BMS反饋的電池電壓、電流、電量等信息，VCU能夠?qū)﹄姵氐哪芰坑猛具M(jìn)行分配。

自動(dòng)駕駛域涉及安全帶/安全氣囊、自適應(yīng)巡航、主動(dòng)剎車、車道保持、自動(dòng)泊車、車道回正等功能。自動(dòng)駕駛域控制器為其中核心，負(fù)責(zé)自動(dòng)駕駛算法控制，結(jié)合周圍環(huán)境信息能夠?qū)崿F(xiàn)最佳車輛姿態(tài)、行車路線等目標(biāo)計(jì)算，滿足自動(dòng)駕駛需要。

底盤域涉及懸架管理、電子駐車、行車制動(dòng)、備份制動(dòng)、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向、自動(dòng)駕駛響應(yīng)等功能，選擇分布式控制，通過總線的信號(hào)實(shí)現(xiàn)懸架系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)等功能，同時(shí)負(fù)責(zé)為自動(dòng)駕駛域控制器提供協(xié)助。

智能網(wǎng)聯(lián)域涉及車聯(lián)網(wǎng)V2X、5G外網(wǎng)通信、內(nèi)外燈光、后視鏡、雨刮/洗滌、門鎖控制等功能，主要在通信域控制器中集成上述功能，依托SG模組和V2X功能，快速數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)交互能夠順利實(shí)現(xiàn)，提供的輔助信息能夠更好服務(wù)于自動(dòng)駕駛，同時(shí)對(duì)車身電子功能進(jìn)行集成，可通過減少控制器節(jié)約成本。

智能座艙域涉及數(shù)字儀表、中控大屏交互、后排娛樂控制屏、AI交互/語音識(shí)別、座椅通風(fēng)等功能，能夠控制智能座艙，如基于駕駛員需要進(jìn)行座椅位置、角度調(diào)整。

2商用車電子電氣架構(gòu)主動(dòng)安全措施

2.1域控制器硬件方案

結(jié)合上述功能域劃分進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，域控制器硬件方案存在多方面優(yōu)點(diǎn)，包括降低總線長(zhǎng)度、減少電子部件、提升運(yùn)算能力、簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、擴(kuò)大儲(chǔ)存空間、支持高級(jí)總線。每個(gè)域內(nèi)的邏輯處理和運(yùn)算可通過域控制方案實(shí)現(xiàn)，高速總線負(fù)責(zé)域之間的數(shù)據(jù)交互，域控制器負(fù)責(zé)分類集成功能域。為實(shí)現(xiàn)域控制器，可將兩個(gè)微控制器在同一電子控制單元設(shè)置，二者分別負(fù)責(zé)Linux應(yīng)用程序運(yùn)行（信息娛樂功能、AI算法等高計(jì)算任務(wù)）、簡(jiǎn)單應(yīng)用程序運(yùn)行（診斷通信、車載等實(shí)時(shí)程序），二者連接基于串行外圍設(shè)備接口實(shí)現(xiàn)。在主動(dòng)安全措施的設(shè)計(jì)上，選擇多傳感器融合技術(shù)，以此形成高安全性的自動(dòng)駕駛整體傳感器方案。

通信域控制器硬件設(shè)計(jì)涉及的主動(dòng)安全措施也需要得到重視，如基于車與車場(chǎng)景交互形成的第二套預(yù)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在自動(dòng)駕駛激光雷達(dá)故障時(shí)保證行車安全，具體涉及前方碰撞預(yù)警、盲區(qū)預(yù)警、逆向超車預(yù)警、車輛失控預(yù)警、異常車輛提醒等應(yīng)用場(chǎng)景。

2.2電氣系統(tǒng)硬件方案

電氣系統(tǒng)硬件方案涉及雙供電系統(tǒng)、整車電平衡、接地點(diǎn)，為保證方案的安全性，需聚焦雙電源系統(tǒng)的冗余保護(hù)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中主供電狀態(tài)不僅由PDU電源分配單元負(fù)責(zé)采集，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)控制器也能夠?qū)ψ陨碇鞴╇姞顟B(tài)進(jìn)行診斷，這能夠保證雙路供電下的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)正常工作，行車安全自然能夠更好得到保障。

主動(dòng)安全措施在抗干擾接地中也有著直觀體現(xiàn)，汽車用電器安全能夠更好地得到保障，具體設(shè)計(jì)選擇降低接地線阻抗措施，主要選擇單點(diǎn)并聯(lián)方式進(jìn)行汽車電氣接地。

3結(jié)語

商用車電子電氣架構(gòu)與主動(dòng)安全措施設(shè)計(jì)存具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。在此基礎(chǔ)上，本文涉及的總體設(shè)計(jì)、功能域劃分、域控制器硬件方案、電氣系統(tǒng)硬件方案等內(nèi)容，提供了可行性較高的智能網(wǎng)聯(lián)電子電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)路徑。為更好地滿足汽車工業(yè)發(fā)展需要，基于區(qū)域型計(jì)算平臺(tái)的電子電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)探索同樣需要得到重視。