基于域控技術(shù)的電子電氣架構(gòu)平臺(tái)

李小俠　王劍峰　王遠(yuǎn)波

【摘? 要】本文設(shè)計(jì)一種基于域控的新一代電子電氣架構(gòu)平臺(tái)，可深度融合智能網(wǎng)聯(lián)新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)集中決策區(qū)域化控制，支持整車協(xié)同式安全管理，滿足不同細(xì)分市場用戶的差異化和智能化需求，實(shí)現(xiàn)功能靈活擴(kuò)展和快速迭代，在成本、網(wǎng)絡(luò)、可擴(kuò)展性等方面最優(yōu)。

【關(guān)鍵詞】商用車；電子電氣架構(gòu)；域控；平臺(tái)

中圖分類號：U463.6? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號：1003-8639（ 2023 ）08-0037-03

Electronic and Electrical Architecture Platform Based on Domain Control

LI Xiao-xia，WANG Jian-feng，WANG Yuan-bo

（Automotive Engineering R&D Institute，Shaanxi Heavy-duty Automobile Co.，Ltd.，Xi'an 710200，China）

【Abstract】This article designs a new generation electronic and electrical architecture platform based on domain control，which can deeply integrate new intelligent networking technologies，achieve centralized decision-making and regional control，support collaborative safety management of the entire vehicle，meet the differentiated and intelligent needs of users in different market segments，achieve flexible expansion and fast iteration of functions，and achieve optimal cost，network，scalability，and other aspects.

【Key words】commercial vehicle；electronic and electrical architecture；domain control；platform

1? 前言

智能網(wǎng)聯(lián)車輛融合了以人工智能、高速網(wǎng)絡(luò)、5G通信、互聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)等為代表的新一代信息技術(shù)，將汽車由傳統(tǒng)的運(yùn)載工具變成智能的移動(dòng)平臺(tái)，技術(shù)的融合對汽車硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)等提出了更高的要求[1]。目前行業(yè)大多數(shù)車型采用分布式架構(gòu)，隨著智能網(wǎng)聯(lián)發(fā)展，各系統(tǒng)間的交互要求越來越多，實(shí)現(xiàn)智能化控制的難度越來越大，不能適應(yīng)未來的發(fā)展需求，主要表現(xiàn)在以下問題[2]。

1）各控制系統(tǒng)獨(dú)立決策，缺少系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)，缺乏對整車功能、性能指標(biāo)的權(quán)衡與全局管控，不能滿足用戶對車輛日益嚴(yán)苛的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性、智能駕駛等需求。

2）安全方面僅基于運(yùn)營場景進(jìn)行了車輛主被動(dòng)安全設(shè)計(jì)，并未從功能安全、信息安全等系統(tǒng)運(yùn)行安全方面進(jìn)行全方位的安全管理設(shè)計(jì)，不能滿足智能網(wǎng)聯(lián)背景下用戶對安全的要求。

3）傳統(tǒng)的單系統(tǒng)應(yīng)用式設(shè)計(jì)導(dǎo)致各控制系統(tǒng)依賴性太強(qiáng)，無法靈活地滿足不同細(xì)分市場用戶的差異化需求。

4）各控制系統(tǒng)的耦合性太強(qiáng)，無法實(shí)現(xiàn)軟硬件分離，無法滿足用戶對新功能、新技術(shù)快速迭代、快速響應(yīng)的需求。

傳統(tǒng)的電子電氣解決方案無法滿足未來車輛對通信、安全、智能化等的需求，亟需開發(fā)一個(gè)全新的電子電氣架構(gòu)，深度融合智能網(wǎng)聯(lián)新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)整車對環(huán)保、安全、節(jié)能、舒適等要求。基于域控的電子電氣架構(gòu)平臺(tái)深度融合智能網(wǎng)聯(lián)新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)集中決策區(qū)域化控制，支持整車協(xié)同式安全管理，滿足不同細(xì)分市場用戶的差異化和智能化需求，實(shí)現(xiàn)功能靈活擴(kuò)展和快速迭代。

2? 整車電子電氣架構(gòu)

2.1? 定義

整車電子電氣架構(gòu)是以需求為導(dǎo)向，以功能實(shí)現(xiàn)方式為主導(dǎo)的系統(tǒng)性技術(shù)解決方案。它定義了包含軟硬件在內(nèi)的所有車輛電子部件之間的相互關(guān)系和它們共同承載的功能邏輯之間的關(guān)系，以及為了設(shè)計(jì)和維護(hù)這些電子部件所規(guī)定的各種原則。電子電氣架構(gòu)通過建立電子部件之間的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、電氣拓?fù)洹⑦壿嬐負(fù)?，同時(shí)以整車的安全、可靠、成本等方面的因素為原則，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)方案。

2.2? 發(fā)展趨勢

整車電子電氣架構(gòu)從分布式架構(gòu)到跨域集中架構(gòu)、中央集中架構(gòu)趨勢發(fā)展[3]，具體特點(diǎn)見表1。

3? 電子電氣架構(gòu)平臺(tái)開發(fā)內(nèi)容

3.1? 設(shè)計(jì)思路

域控架構(gòu)是一種以集中式?jīng)Q策、區(qū)域化控制為功能實(shí)現(xiàn)方式的電子電氣架構(gòu)。域控架構(gòu)的開發(fā)通過需求研究、功能開發(fā)及零部件設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)開發(fā)與驗(yàn)證、開發(fā)驗(yàn)證等環(huán)節(jié)，建立電子電氣架構(gòu)設(shè)計(jì)開發(fā)V流程?？傮w設(shè)計(jì)思路如圖1所示。

1）需求研究。建立基于需求的電子電氣開發(fā)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)需求管理平臺(tái)與開發(fā)流程融合，通過細(xì)分市場、市場屬性、需求庫、產(chǎn)品4個(gè)層面搭建需求研究模型，實(shí)現(xiàn)市場研究、需求分析、一致性審查、配置管理、問題反饋等功能，保證結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)可追溯、變更可管理。

2）功能開發(fā)及零部件設(shè)計(jì)。采用模型化架構(gòu)設(shè)計(jì)方法，通過需求邏輯模型一致性和模型化管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互、設(shè)計(jì)過程的全數(shù)字化，提高架構(gòu)開發(fā)效率。同時(shí)，通過對零部件開發(fā)過程的管控，保障架構(gòu)方案的落地。

3）網(wǎng)絡(luò)開發(fā)與驗(yàn)證。建立基于V模型的網(wǎng)絡(luò)開發(fā)與驗(yàn)證流程，通過整車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)仿真測試、整車通信矩陣編制等流程確保網(wǎng)絡(luò)開發(fā)的合理性和準(zhǔn)確性。

4）開發(fā)驗(yàn)證。建立自動(dòng)化測試流程，驗(yàn)證覆蓋從架構(gòu)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)開發(fā)到實(shí)車運(yùn)行的每一個(gè)環(huán)節(jié)，保證車輛設(shè)計(jì)開發(fā)階段就能通過測試更早發(fā)現(xiàn)功能缺陷問題，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)及域控的自動(dòng)化測試，提高整車的開發(fā)效率。通過基于HIL的虛擬驗(yàn)證技術(shù)，使用虛擬環(huán)境來模擬車輛的運(yùn)行特性以及環(huán)境場景，對架構(gòu)方案驗(yàn)證、對比和評估，在架構(gòu)開發(fā)實(shí)施階段，利用虛擬整車的HIL系統(tǒng)進(jìn)行半實(shí)物半虛擬到完整實(shí)物系統(tǒng)的驗(yàn)證。

3.2? 采用集中式?jīng)Q策方式實(shí)現(xiàn)商用車電子電氣架構(gòu)的區(qū)域化控制

域控電子電氣架構(gòu)分析了整車控制流、信息流以及能量流，采用模型化設(shè)計(jì)方法，搭建本地感知控制、智能駕駛感知控制、云端感知控制、能量管理的功能邏輯模型，采用集中式?jīng)Q策、區(qū)域化控制的方式進(jìn)行功能實(shí)現(xiàn)多方案設(shè)計(jì)，并開發(fā)一套科學(xué)的評估算法進(jìn)行評估，形成包括底盤動(dòng)力域、智能座艙域、智能駕駛域、網(wǎng)聯(lián)協(xié)同域及能量管理域在內(nèi)的商用車電子電氣域控架構(gòu)方案，實(shí)現(xiàn)車輛控制流、信息流、能量流的融合，整體方案在成本、網(wǎng)絡(luò)、可擴(kuò)展性等方面最優(yōu)。該架構(gòu)在考慮整車底盤動(dòng)力、智能座艙等整車基礎(chǔ)架構(gòu)的基礎(chǔ)上，兼容各種能源形式和高級別自動(dòng)駕駛，同時(shí)采用以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行車內(nèi)和車外的信息隔離，實(shí)現(xiàn)車與X（車、人、路、后臺(tái)）等的信息交互，滿足車輛安全、舒適、節(jié)能、高效行駛。該域控電子電氣架構(gòu)能夠滿足商用車整車協(xié)同式安全管理、車載網(wǎng)絡(luò)功能靈活擴(kuò)展、系統(tǒng)功能快速迭代。功能設(shè)計(jì)方案如圖2所示。

1）基于整車協(xié)同式安全控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)商用車安全管理。通過對車輛網(wǎng)聯(lián)化、智能化、電動(dòng)化和共享化安全風(fēng)險(xiǎn)研究，識(shí)別出車輛安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)車輛的協(xié)同式安全管理。通過功能安全、冗余安全、最小系統(tǒng)等技術(shù)搭建功能安全體系，形成電子電器系統(tǒng)運(yùn)行安全保障。采用通信加密、身份認(rèn)證、入侵防御檢測等技術(shù)，降低信息泄露和車輛非法控制風(fēng)險(xiǎn)。通過智能預(yù)警、縱向與側(cè)向控制、智能監(jiān)控、防盜與認(rèn)證等主被動(dòng)技術(shù)，提升車輛運(yùn)營安全。整車協(xié)同式安全管理如圖3所示。

2）基于網(wǎng)絡(luò)柔性化配置技術(shù)實(shí)現(xiàn)商用車網(wǎng)絡(luò)功能靈活擴(kuò)展。隨著車輛智能網(wǎng)聯(lián)功能的不斷擴(kuò)展，汽車電控單元的不斷增加，對車載網(wǎng)絡(luò)的傳輸帶寬能力和可擴(kuò)展性的要求不斷提升，傳統(tǒng)CAN網(wǎng)絡(luò)已無法滿足這些新需求。為保障該架構(gòu)的功能實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)以柔性、高速、互聯(lián)為理念，采用百兆車載以太網(wǎng)為骨干構(gòu)建車載網(wǎng)絡(luò)，通過LET-V＼DSRC為主構(gòu)建車輛與外部通信，采用中央網(wǎng)關(guān)為數(shù)據(jù)樞紐對整車數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，通過網(wǎng)絡(luò)柔性化相關(guān)技術(shù)開發(fā)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能擴(kuò)展，構(gòu)建一個(gè)高效、安全車載網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)整車內(nèi)部以及車輛與外部間信息交互。柔性化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)如圖4所示。

3）通過對軟硬件的分層模塊化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能快速迭代。域控的電子電氣架構(gòu)以計(jì)算集中化、軟硬件解耦、平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化、功能定制化為汽車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，形成中央計(jì)算-層-區(qū)的實(shí)時(shí)高性能計(jì)算平臺(tái)，構(gòu)建服務(wù)導(dǎo)向的系統(tǒng)架構(gòu)。其中，軟件架構(gòu)（圖5）根據(jù)相應(yīng)功能域重新分類集成，以提供服務(wù)為導(dǎo)向，在每種硬件上運(yùn)行不同操作系統(tǒng)，建立軟硬件的分層模塊化設(shè)計(jì)，將軟件系統(tǒng)從分散的控制器中剝離出來并重新集成在相應(yīng)的域控制器中。硬件架構(gòu)（圖6）設(shè)計(jì)高性能的硬件平臺(tái)，具備CAN、Flexray、Ethernet、LVDS、CSI等通信接口，使用RTOS，實(shí)現(xiàn)高性能計(jì)算。通過軟硬件解耦，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的分層模塊化軟件架構(gòu)，提升硬件系統(tǒng)擴(kuò)展性、靈活性，設(shè)計(jì)平臺(tái)化的軟硬件系統(tǒng)方案，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的快速迭代。

4? 總結(jié)

基于域控的新一代電子電氣架構(gòu)從功能、安全、網(wǎng)絡(luò)和控制技術(shù)層面展開開發(fā)，形成了包括底盤動(dòng)力域、智能座艙域、智能駕駛域、網(wǎng)聯(lián)協(xié)同域及能量管理域在內(nèi)的商用車電子電氣域控架構(gòu)方案，實(shí)現(xiàn)車輛控制流、信息流、能量流的融合，整體方案在成本、網(wǎng)絡(luò)、可擴(kuò)展性等方面最優(yōu)。

1）安全層面：建立協(xié)同式安全控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)商用車的功能安全、信息安全和主被動(dòng)安全的安全體系。

2）網(wǎng)絡(luò)層面：構(gòu)建一個(gè)高效、安全車載網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)整車內(nèi)部以及車輛與外部間信息安全交互。其主要是通過關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用（包括高速車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、V2X通信技術(shù)、遠(yuǎn)程OTA、中央網(wǎng)關(guān)），實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理、信息安全、流量控制、信息共享、協(xié)議翻譯以及數(shù)據(jù)加密等功能，使整車構(gòu)建實(shí)時(shí)、安全、高速的車載通信系統(tǒng)。

3）軟硬件技術(shù)方面：以計(jì)算集中化、軟硬件解耦、平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化、功能定制化為汽車控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，形成能夠快速迭代的軟硬件平臺(tái)。

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（編輯? 凌? 波）