域控制器發(fā)展對(duì)線束設(shè)計(jì)的影響

衛(wèi) 強(qiáng)，黃貫軍，呂自國(guó)，王海光

（河南天海電器有限公司，河南 鶴壁 458000）

隨著汽車E/E架構(gòu)的演變進(jìn)化，日益增長(zhǎng)汽車電子功能，使得線束主干越來越粗，分支越來越多，線束體積越來越大，同樣線束質(zhì)量也會(huì)隨之加重。為簡(jiǎn)化汽車線束鋪設(shè)面積、減輕線束質(zhì)量，適應(yīng)電器功能的各項(xiàng)需求，域控制器在未來將被廣泛應(yīng)用在汽車上。

1 域控制器的發(fā)展

所謂“域”就是將汽車電子系統(tǒng)根據(jù)功能劃分為若干個(gè)功能塊，每個(gè)功能模塊內(nèi)部系統(tǒng)架構(gòu)由域控制器為主導(dǎo)搭建，各個(gè)域內(nèi)部的系統(tǒng)互聯(lián)仍可使用CAN和FlexRay等通信總線。而不同域之間的通信，則需要傳輸性更高的以太網(wǎng)為主干網(wǎng)絡(luò)承擔(dān)信息交換任務(wù)。對(duì)于功能域的具體劃分，不同的整車廠會(huì)有自己的電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)理念，每個(gè)功能域中，控制域處于絕對(duì)中心，它們需要強(qiáng)大的處理功率和超高的實(shí)時(shí)性能以及大量的通信外設(shè)。

在控制器的發(fā)展歷程中，可以將汽車電子架構(gòu)分為3個(gè)階段，分別是：以功能模塊控制器為中心的階段、域控制器階段和集成式中央計(jì)算機(jī)階段。最終，汽車將會(huì)成為一臺(tái)載有超級(jí)計(jì)算機(jī)的無人駕駛交通工具。如圖1所示。

圖1 汽車電子電氣架構(gòu)的發(fā)展

2 域控制器的特點(diǎn)和分類

按照電器模塊及功能的劃分，一般整車電子架構(gòu)可以劃分為5個(gè)域：駕駛輔助/自動(dòng)駕駛域、智能座艙控制域、車身控制域、底盤域、動(dòng)力總成域。而其中駕駛輔助/自動(dòng)駕駛域、智能座艙域和車身域?yàn)槠囄磥碥嚻蟛町惢?jìng)爭(zhēng)，實(shí)現(xiàn)軟硬件分離，從而實(shí)現(xiàn)軟件盈利的關(guān)鍵核心點(diǎn)。如圖2所示。

圖2 域控拓?fù)鋱D

域控制器階段是以以太網(wǎng)為骨干網(wǎng)面向服務(wù)的架構(gòu)，按功能劃分的集中化可以加速軟硬件分離，節(jié)約整車電器架構(gòu)的成本，具體的優(yōu)點(diǎn)如下。

1）減少內(nèi)部算力的冗余，避免ECU數(shù)量膨脹，減少設(shè)計(jì)算力總需求。

2）傳統(tǒng)分布式架構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)交互，集中式架構(gòu)可以統(tǒng)一交互，并實(shí)現(xiàn)整車功能協(xié)同。

3）集中式架構(gòu)后，線束縮短，整車質(zhì)量減輕。

3 域控制器對(duì)線束的影響

隨著整車電器功能的不斷增加，線束的鋪設(shè)面積和線束質(zhì)量都在面臨巨大的挑戰(zhàn)，而模塊集成度越來越高和通信能力的不斷提升，對(duì)于整車低壓線束而言，無疑是雪中送碳。通過以下幾點(diǎn)闡述域控對(duì)線束的影響。

3.1 功能模塊的集成

整車低壓線束鋪設(shè)面積之所以會(huì)不斷加大，其主要原因是模塊之間的連接不能完全通過CAN來實(shí)現(xiàn)，還需要大量的物理硬線作為信號(hào)線進(jìn)行往復(fù)傳輸，這就會(huì)導(dǎo)致線束回路增加，線束直徑變粗，線束物料等成本也隨之增加。

按照功能域的架構(gòu)設(shè)計(jì)，可以把往來較多的功能設(shè)定為一個(gè)功能域，例如，可以將儀表控制器、T-box和娛樂主機(jī)等模塊合并，命名為座艙域，各模塊之間的信息交互完全可以在控制器內(nèi)部完成，而儀表可以通過更快捷（電源線+視頻線）的方式給顯示屏進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，從而大大減少導(dǎo)線的用量，不僅可以達(dá)到線束減負(fù)的作用，同時(shí)也減少了模塊的數(shù)量和車內(nèi)的占用空間。如圖3所示。

圖3 座艙域

3.2 域控的分布

為了降低控制器成本和整車質(zhì)量，集成化需要把所有的功能器件從車頭部分、中間部分和車尾區(qū)域進(jìn)行有效的劃分，如后制動(dòng)燈、后位置燈、尾門鎖、雙撐桿統(tǒng)一連接到一個(gè)總的控制器里面。車身域控制器從分散化的功能組合逐漸過度到集成所有車身電子的基礎(chǔ)驅(qū)動(dòng)、鑰匙功能、車燈、車門、車窗等的大控制器。

那么根據(jù)整車電器的功能以及位置，可以將域控制器布置在相對(duì)適中的位置，既可以滿足域控自身的電性能要求，同時(shí)也兼容相應(yīng)的電器功能連接。以圖4為例，為更合理地分布架構(gòu)，可以把域控分別布置在左右A柱兩側(cè)，且該位置也是機(jī)艙、儀表、車身以及門線束布置走向的必經(jīng)之路，左右域分別控制以最短的傳輸距離連接相應(yīng)的功能，這就使域控的分布得到了極大的發(fā)揮，同時(shí)也大大減少了整車線束導(dǎo)線用量。

圖4 域控架構(gòu)

3.3 傳輸速率的提高

在整車電器數(shù)量不斷增加、信息交互呈幾何增長(zhǎng)的前提下，單靠傳統(tǒng)的線束導(dǎo)線傳輸信號(hào)已經(jīng)完全無法滿足信息交互需求，那么車載網(wǎng)絡(luò)的通信速度也必須隨之提升。從傳統(tǒng)的LIN、CAN再到FlexRay總線和以太網(wǎng)，其傳輸速率也在不斷刷新記錄，或許在未來的某個(gè)階段，整車低壓線束將會(huì)演變成新的構(gòu)建，即電源線和信號(hào)線，柔性電路裝置也必將會(huì)誕生。

4 結(jié)束語(yǔ)

縱觀整個(gè)汽車行業(yè)的發(fā)展，智能網(wǎng)聯(lián)化帶來信息流一直在大量增加，逐漸由傳統(tǒng)造車演變?yōu)榧軜?gòu)和軟件定義汽車，再加上控制單元的高集成度和信息交互速率的大幅提升，必將為線束的輕量化和自動(dòng)化裝配打下夯實(shí)基礎(chǔ)。相信在域控制器不斷進(jìn)入車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的趨勢(shì)下，汽車電子系統(tǒng)也必將產(chǎn)生由內(nèi)而外的大變革。