基于雙控制卡的智能座艙域控制系統(tǒng)研究

摘 "要：智能座艙域控制器要實(shí)現(xiàn)對多個(gè)硬件進(jìn)行控制和管理，需要比較高的算力，芯片數(shù)據(jù)計(jì)算處理負(fù)荷大，容易發(fā)生故障，且芯片功率一般較高，在芯片工作時(shí)會產(chǎn)生大量的熱積聚，導(dǎo)致散熱不良。該文開發(fā)一種基于雙控制卡的智能座艙域控制器及控制系統(tǒng)，通過含有SoC芯片的核心板控制卡對各車載子系統(tǒng)的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和處理，通過含有MCU芯片的主板控制卡進(jìn)行電源管理和狀態(tài)監(jiān)控，同時(shí)實(shí)現(xiàn)與其他域控制器之間的通信。MCU芯片減輕SoC芯片的負(fù)荷，通過核心板和主板控制卡的共同控制和管理，減輕單塊控制卡及相應(yīng)芯片的數(shù)據(jù)處理和散熱負(fù)荷，有利于將各車載硬件集成以實(shí)現(xiàn)整合控制管理，提高汽車的智能化程度。同時(shí)采用多個(gè)散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使域控制器中的各芯片在嚴(yán)苛的80 ℃下可以正常工作。

關(guān)鍵詞：智能座艙；域控制器；控制系統(tǒng)；芯片散熱；雙控制卡

中圖分類號：U466 " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A " " " " "文章編號：2095-2945（2025）10-0022-07

Abstract： Smart cockpit domain controllers need to control and manage multiple hardware， which requires relatively high computing power. The chip data calculation and processing load is heavy and is prone to failures. Moreover， the chip power is generally high， which will generate a large amount of heat when the chip is working. Accumulate， resulting in poor heat dissipation. This paper develops a smart cockpit domain controller and control system based on dual control cards. A core board control card containing SoC chips calculates and processes a large amount of data from each vehicle-mounted subsystem， and a motherboard control card containing MCU chips performs power management and status monitoring， while realizing communication with other domain controllers. The MCU chip reduces the load on the SoC chip. Through the joint control and management of the core board and the motherboard control card， the data processing and heat dissipation load on the single control card and the corresponding chip is reduced， which is conducive to the integration of various vehicle-mounted hardware to achieve linkage control management and improve the intelligence of the car. At the same time， multiple heat dissipation structure designs are adopted to enable each chip in the domain controller to work normally at the harsh temperature of 80 ℃.

Keywords： smart cockpit; domain controller; control system; chip heat dissipation; dual control cards

隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，汽車對智能化的要求越來越高，目前汽車智能化主要包括智能座艙、智能駕駛和智能網(wǎng)聯(lián)3個(gè)部分[1-5]。智能座艙主要用于提高汽車各零部件的人機(jī)交互能力，從而提高汽車的智能化程度。智能座艙的具體實(shí)現(xiàn)形式為通過智能座艙域控制器結(jié)合軟件對各車載硬件進(jìn)行控制，包括顯示屏、攝像頭、HUD（head up display，抬頭顯示器），流媒體后視鏡、智能面板、藍(lán)牙/Wi-Fi、音頻硬件等[6-7]。智能座艙域控制器一般通過搭載高算力的SoC（系統(tǒng)級）芯片，構(gòu)成智能座艙控制系統(tǒng)，對各硬件進(jìn)行控制，以滿足視頻和圖像等大量的數(shù)據(jù)計(jì)算和處理需求[6]。為了提高汽車的智能化程度，汽車中的控制系統(tǒng)非常重要，控制系統(tǒng)用于對各軟硬件進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)智能座艙和智能駕駛的功能。隨著汽車智能化程度的提高，汽車座艙已經(jīng)從傳統(tǒng)的單屏逐步發(fā)展為一芯多屏，觸摸交互、手勢交互、頭部交互、語音交互等多模態(tài)交互，對芯片計(jì)算和處理的數(shù)據(jù)量也越來越大[8-9]。因此，要通過智能座艙域控制器將多個(gè)車載硬件有機(jī)整合在一起，進(jìn)行更好的控制和管理，對芯片的數(shù)據(jù)計(jì)算和處理負(fù)荷要求高，同時(shí)對芯片的散熱要求也高。本文開發(fā)了一種智能座艙域控制器，通過核心板和主板控制卡將各車載硬件集成以實(shí)現(xiàn)整合控制管理，降低單塊控制卡的數(shù)據(jù)處理和散熱負(fù)荷，提高汽車的智能化程度。

1 "智能座艙控制系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 "智能座艙控制系統(tǒng)硬件組成

本文開發(fā)了一種智能座艙域控制器，與汽車中的多個(gè)硬件連接，實(shí)現(xiàn)通信、數(shù)據(jù)傳輸和處理等功能，智能座艙域控制器與外部硬件的系統(tǒng)連接關(guān)系如圖1所示。本文中的智能座艙域控制器支持4路功放，AVM（全景式監(jiān)控影像系統(tǒng)），遠(yuǎn)程信息控制，診斷，藍(lán)牙，Wi-Fi，導(dǎo)航，OTA（遠(yuǎn)程系統(tǒng)升級），USB（通用串行總線），雙MIC（麥克風(fēng)），在線音樂/視頻/電臺，APP手機(jī)軟件，車輛設(shè)置、系統(tǒng)設(shè)置等功能。

智能座艙域控制器通過音頻接口連接各音頻硬件，包括功放揚(yáng)聲器和內(nèi)置麥克風(fēng)。通過線束和MIPI-CSI（Mobile industry processor interface-Camera serial interface）視頻輸入接口連接DVR（硬盤錄像機(jī)）攝像頭，基于RVM（Relevance Vector Machine）算法實(shí)現(xiàn)人臉識別功能，可用于駕駛疲勞監(jiān)測[10]。通過多路GMSL（千兆多媒體串行鏈路）信號線和多個(gè)MIPI-CSI接口連接多個(gè)攝像頭（例如前后左右4路攝像頭）實(shí)現(xiàn)音頻，視頻和控制信號的高速傳輸[11]，形成全景式監(jiān)控影像系統(tǒng)（AVM），可實(shí)現(xiàn)全景輔助泊車和后方車輛監(jiān)控功能。通過SDIO（安全數(shù)字輸入輸出）接口連接Wi-Fi和UART（通用異步收發(fā)器）通信協(xié)議連接藍(lán)牙實(shí)現(xiàn)無線通信，通過UART通信協(xié)議連接位置定位模組。通過定位芯片和IMU（慣性傳感器）模組實(shí)現(xiàn)車輛位置的定位和信息監(jiān)控。通過內(nèi)置和外置功放實(shí)現(xiàn)聲音輸出，通過麥克風(fēng)和藍(lán)牙模塊實(shí)現(xiàn)語音通話。域控制器中的MCU（微控制單元）芯片通過CAN收發(fā)器芯片和CAN總線連接車身、動(dòng)力、智能駕駛等，結(jié)合液晶儀表屏和SoC芯片中的安全處理單元（SPU）實(shí)現(xiàn)安全帶預(yù)警監(jiān)測、燃油監(jiān)測、方向控制等功能。安全處理單元（SPU）通過LIN Bus串行通信協(xié)議連接轉(zhuǎn)向開關(guān)和音頻控制，通過隨車自診斷（OBD）線束用于車輛故障診斷和警示。智能座艙域控制器通過LVDS（低壓差分信號）接口連接中控顯示屏和儀表屏，通過MIPI-DSI（Mobile industry processor interface-Display serial interface）協(xié)議連接HUD，結(jié)合LVDS、GMSL和MIPI-DSI信號線實(shí)現(xiàn)和車載信息娛樂系統(tǒng)的連接，用于圖像和視頻的傳輸和顯示。通過通用串行總線（USB）實(shí)現(xiàn)USB通信和外接音頻接口，USB支持快速充電功能。智能座艙域控制器通過網(wǎng)關(guān)芯片和接口連接遠(yuǎn)程信息控制單元（TCU或T-BOX），通過以太網(wǎng)進(jìn)行通信，T-BOX/TCU連接4G/5G網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)和遠(yuǎn)程控制和服務(wù)平臺及手機(jī)APP之間的通信，實(shí)現(xiàn)手機(jī)APP或后臺系統(tǒng)對車輛信息的顯示與控制。智能座艙域控制器通過網(wǎng)關(guān)芯片和接口同時(shí)連接DVR主機(jī)，可進(jìn)行視頻錄像和存儲，用于查看行車歷史記錄。SoC芯片通過UART接口連接藍(lán)牙天線，通過UART協(xié)議傳輸音頻文件和信號，通過PCM（脈沖編碼調(diào)制）信號線傳輸藍(lán)牙通話時(shí)的語音信號。SoC芯片通過SDIO接口和信號線連接Wi-Fi天線，用于數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)在線傳輸。智能座艙域控制器通過CAN總線實(shí)現(xiàn)與車身、動(dòng)力、底盤、智能駕駛等域控制器的通信連接和信息交互。智能座艙控制器中的SoC芯片通過MCU芯片連接CAN總線，CAN總線通過CAN網(wǎng)關(guān)連接車身中其他域控制器，同時(shí)SoC芯片通過以太網(wǎng)連接T-BOX/TCU，通過藍(lán)牙或Wi-Fi天線連接手機(jī)APP，因此可以通過APP或遠(yuǎn)程控制和服務(wù)平臺系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)車輛位置定位、ACC自適應(yīng)巡航控制、行駛速度、空調(diào)開關(guān)、車門開關(guān)、油耗、安全預(yù)警等進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和監(jiān)控等功能。

1.2 "智能座艙控制系統(tǒng)整體方案

本文開發(fā)了一種基于雙控制卡的汽車智能座艙控制系統(tǒng)，由主控SoC芯片、MCU芯片、各功能芯片、各通信接口、電子元器件和PCB（印制電路板）組成，如圖2所示。智能座艙控制系統(tǒng)由2塊PCBA（Printed circuit board assembly）控制卡組成，一塊為包含SoC芯片的核心板，一塊為包含MCU芯片的主板。核心板由SoC芯片、存儲芯片、降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器、BT（藍(lán)牙）/Wi-Fi芯片、高速串行器件、各通信接口、其他電子元器件和PCB組成。主板由MCU芯片、電源芯片、降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器、音頻處理DSP（數(shù)字信號處理）芯片、功放芯片、各通信接口、其他電子元器件和PCB組成。主控SoC芯片起決策層作用，其架構(gòu)由中央處理器CPU、圖形處理器GPU和專用集成電路ASIC、AI引擎、安全處理單元SPU、各種通信接口組成。

SoC芯片可以視為計(jì)算平臺，具有強(qiáng)大的邏輯控制、計(jì)算、圖像處理能力，支持一芯多系統(tǒng)，可以對多個(gè)車載子系統(tǒng)進(jìn)行控制和有機(jī)融合，提高汽車的智能化程度。各車載子系統(tǒng)包括車載信息娛樂子系統(tǒng)（各顯示屏）、車載通信子系統(tǒng)（T-BOX/TCU、藍(lán)牙/Wi-Fi芯片、網(wǎng)關(guān)芯片、USB）、供電子系統(tǒng)（電源處理模塊和電源管理芯片）、語音識別子系統(tǒng)（麥克風(fēng)、功放、音頻）、車內(nèi)外監(jiān)控子系統(tǒng)（DVR攝像頭、全景式監(jiān)控影像系統(tǒng)AVM、DVR主機(jī)）和定位子系統(tǒng)（傳感器和定位芯片）。主控SoC芯片用于處理圖像、視頻、音頻等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)，SoC芯片本身不帶車身網(wǎng)絡(luò)訪問的接口，如CAN、LIN等，需要搭配MCU芯片去訪問車身網(wǎng)絡(luò)。MCU芯片用于對SoC進(jìn)行電源管理和狀態(tài)監(jiān)控，同時(shí)用于CAN/LIN總線的喚醒和通信，實(shí)現(xiàn)與車身、動(dòng)力、底盤、智能駕駛等域控制器的信息交互。因此本文中的智能座艙控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)顯示屏的圖像渲染和輸出，多路視頻攝像，人臉識別，語音識別，車內(nèi)BT/Wi-Fi互聯(lián)，位置定位（GPS、GLONASS、北斗）和與車內(nèi)其他域之間的通信信息交互功能。

SoC芯片通過LVDS接口連接串行-解串器芯片，通過LVDS和GMSL信號線實(shí)現(xiàn)和車載信息娛樂系統(tǒng)的音頻和視頻圖像的數(shù)據(jù)傳輸，具有高帶寬、低延時(shí)、無壓縮等特點(diǎn)。通過MIPI-CSI協(xié)議連接DVR攝像頭進(jìn)行視頻拍照或錄像，通過攝像頭芯片進(jìn)行圖像處理，通過RVM算法實(shí)現(xiàn)人臉識別功能，用于駕駛員疲勞監(jiān)測。通過多路MIPI-CSI協(xié)議連接多路攝像頭搭配相關(guān)攝像頭芯片和GMSL信號線實(shí)現(xiàn)AVM功能，用于汽車安全行駛監(jiān)控。攝像頭芯片工作原理為圖像傳感器將光線轉(zhuǎn)換為電信號，圖像信號處理器（ISP）對電信號進(jìn)行模擬或數(shù)字處理，數(shù)字信號處理芯片（DSP）對處理后的信號進(jìn)行壓縮、編碼、存儲或傳輸?shù)炔僮鱗12]。對于高清攝像頭和顯示屏，除了對外發(fā)送捕獲到的圖像數(shù)據(jù)外，還會發(fā)送幀同步信號、行同步信號、像素時(shí)鐘、音頻數(shù)據(jù)等信息，許多信號線會組成一個(gè)并行總線，并行總線無法勝任大量數(shù)據(jù)的高速傳輸，因此需要用到基于GMSL信號線的串行器/解串器技術(shù)[13]。各車載硬件產(chǎn)出的數(shù)據(jù)為并行數(shù)據(jù)，串行器將接收到的各并行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)流以便于高速傳輸，然后通過更高頻率的GMSL信號線將數(shù)據(jù)高速傳輸至SoC芯片進(jìn)行計(jì)算和處理，然后將計(jì)算和處理后的數(shù)據(jù)以串行數(shù)據(jù)流形式傳輸至串行器，之后通過解串器將接收到的串行數(shù)據(jù)流重新轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)流，并反饋給各車載硬件，從而實(shí)現(xiàn)SoC芯片對各車載硬件的控制。

SoC芯片采集和處理后的數(shù)據(jù)儲存在內(nèi)存條或存儲卡中。通過I2C總線實(shí)現(xiàn)和傳感器之間的通信，傳感器包括激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、運(yùn)動(dòng)傳感器等。通過UART協(xié)議和定位芯片（如NEO-M80、STA8089GA、MAX2769、SIM39EA等）通信，實(shí)現(xiàn)位置定位功能。SoC芯片通過SDIO接口連接Wi-Fi芯片，通過UART接口連接藍(lán)牙BT芯片，通過UART協(xié)議傳輸音頻文件和信號，通過PCM協(xié)議傳輸通話時(shí)的語音信號。由于BT/Wi-Fi模塊和音頻輸入輸出密切相關(guān)，因此BT/Wi-Fi芯片連接有麥克風(fēng)和音頻處理的DSP芯片。音頻處理的DSP芯片連接功放芯片，實(shí)現(xiàn)音頻放大，通過I2S音頻總線實(shí)現(xiàn)和SoC芯片之間的通信連接。同時(shí)為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，采用32.768 kHz和26 MHz的貼片晶振提供穩(wěn)定的時(shí)鐘信號。SoC芯片通過其中一個(gè)USB接口與車載通信子系統(tǒng)中的網(wǎng)關(guān)芯片連接，網(wǎng)關(guān)芯片通過網(wǎng)絡(luò)物理接口芯片連接TCU和DVR主機(jī)，以實(shí)現(xiàn)通過以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，網(wǎng)關(guān)芯片和網(wǎng)絡(luò)物理接口芯片位于核心板控制卡上。TCU用于通過后臺系統(tǒng)或手機(jī)APP通信實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對車輛位置信息、行駛速度、信息娛樂系統(tǒng)、座艙硬件等車輛信息的顯示、管理和控制，實(shí)現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)。DVR主機(jī)用于攝像頭視頻的錄制和存儲。SoC芯片通過USB物理協(xié)議連接另一個(gè)USB接口和降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和充電功能。SoC芯片通過串行外設(shè)接口SPI連接MCU芯片，MCU芯片連接CAN/LIN收發(fā)器芯片，通過CAN/LIN總線實(shí)現(xiàn)與車身、動(dòng)力、底盤、智能駕駛等域控制器的通信，MCU芯片連接有監(jiān)控和復(fù)位芯片用于對SoC進(jìn)行電源管理和狀態(tài)監(jiān)控。SoC芯片通過I2C總線連接供電系統(tǒng)，供電系統(tǒng)中設(shè)置有電源管理芯片，多個(gè)降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器，穩(wěn)壓器和驅(qū)動(dòng)芯片。

2 "智能座艙域控制器結(jié)構(gòu)組成

2.1 "智能座艙域控制器結(jié)構(gòu)

智能座艙域控制器由上蓋、導(dǎo)熱墊片、核心板控制卡、屏蔽罩、主板控制卡、后蓋板、底殼、散熱片、天線支架、天線、風(fēng)扇蓋、風(fēng)扇、螺釘組成，如圖3所示。各部分的連接方式為上蓋、后蓋板和底殼通過螺釘連接形成長方體盒狀域控制器外殼，導(dǎo)熱墊片貼合在核心板上的SoC芯片、存儲芯片上，用于芯片散熱。核心板控制卡和上蓋、屏蔽罩通過螺釘連接，主板控制卡直接通過板對板連接器和通信接口連接，天線通過通信數(shù)據(jù)線連接，主板控制卡和底殼通過螺釘連接，天線支架和后蓋板螺釘連接，天線安裝在天線支架上，風(fēng)扇支架通過螺釘固定在底殼上，風(fēng)扇安裝在風(fēng)扇支架上，散熱片通過螺釘固定在底殼上，用于功放揚(yáng)聲器的散熱。后蓋板上設(shè)置有多個(gè)開口，用于各通信接口的安裝和外露。屏蔽罩用于核心板和主板控制卡之間的電磁屏蔽。天線用于無線網(wǎng)絡(luò)通信，包括藍(lán)牙和Wi-Fi模組。風(fēng)扇和散熱片用于2塊控制卡的散熱。

圖3 "智能座艙域控制器結(jié)構(gòu)爆炸圖

2.2 "智能座艙域控制器通信接口

本文中智能座艙域控制器的核心部分為核心板和主板2塊控制卡。上層核心板控制卡設(shè)有SoC芯片，負(fù)責(zé)域控制器的數(shù)據(jù)計(jì)算和數(shù)字視頻信號處理。下層主板控制卡設(shè)有MCU芯片，負(fù)責(zé)域控制器的電源管理和狀態(tài)監(jiān)控。上層核心板控制卡和下層主板控制卡通過板對板連接器通信連接，MCU芯片和SoC芯片通過SPI接口連接，如圖4（a）所示。核心板控制卡由PCB、SoC芯片、串行器、網(wǎng)關(guān)芯片、定位芯片、BT/Wi-Fi芯片、各通信接口、其他電子元器件組成，如圖4（b）所示。核心板控制卡同時(shí)電連接風(fēng)扇組件、天線組件和主板，還與各車載子系統(tǒng)連接，風(fēng)扇和天線的運(yùn)轉(zhuǎn)由SoC芯片控制。主板控制卡由MCU芯片、電源處理模塊和音頻處理模塊組成，主板還通過CAN或LIN總線與車輛其他域控制器通信連接。在核心板和主板控制卡之間設(shè)置有屏蔽罩，用于2塊PCBA控制卡的電磁屏蔽。

上層核心板和下層主板控制卡的通信接口如圖5所示。核心板負(fù)責(zé)域控制器的系統(tǒng)運(yùn)算和數(shù)字視頻信號處理，通過攝像頭接口（Fakra接口）連接DVR攝像頭，結(jié)合RVM算法實(shí)現(xiàn)人臉識別和監(jiān)控功能，F(xiàn)akra線束的接口標(biāo)準(zhǔn)由德國汽車工業(yè)聯(lián)合會制定，具有體積小和傳輸速率快的特點(diǎn)[14]；通過高速Fakra接口連接多個(gè)攝像頭，實(shí)現(xiàn)全景式監(jiān)控影像系統(tǒng)（AVM），用于全景式輔助泊車；通過多個(gè)LVDS接口連接中控屏、儀表盤、HUD等硬件，實(shí)現(xiàn)和車載信息娛樂系統(tǒng)（IVI）的信息傳輸和處理；通過USB通信接口連接T-BOX/TCU（遠(yuǎn)程信息控制單元），實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信息控制；通過另一個(gè)USB通信接口連接DVR主機(jī)，實(shí)現(xiàn)視頻錄像和儲存；通過電源插座實(shí)現(xiàn)核心板的供電和電壓轉(zhuǎn)換。主板負(fù)責(zé)域控制器的電源處理和音頻處理放大，通過TH32和TH20插座實(shí)現(xiàn)電源的管理，監(jiān)控和轉(zhuǎn)換功能；通過GPS接口（Fakra接口）連接GPS芯片實(shí)現(xiàn)定位功能；通過音頻接口（Fakra接口）連接麥克風(fēng)，實(shí)現(xiàn)功放和音頻輸出功能；車身CAN/LIN/雷達(dá)接口用于連接智能駕駛、車身、底盤等域控制器，用于輔助駕駛（ADAS）、車身控制、防撞減震等。

3 "散熱設(shè)計(jì)及仿真與測試

由于SoC芯片在核心板控制卡上，因此核心板控制卡的散熱非常重要，其主要依賴上蓋和導(dǎo)熱墊片散熱，如圖6所示。上蓋材質(zhì)為壓鑄鋁或鎂合金，主要用于核心板控制卡的散熱，同時(shí)也可以用于電磁屏蔽。上蓋的正面設(shè)置有多個(gè)鋸齒狀的條紋和小孔（圖6中b部分），用于增大散熱面積，反面設(shè)置有和芯片形狀一樣的突出部分（圖6中a部分），可以視為散熱片，直接接觸導(dǎo)熱墊片，導(dǎo)熱墊片直接接觸芯片，從而實(shí)現(xiàn)和各芯片的接觸，用于核心板控制卡上各芯片（SoC/DDR/EMMC）的散熱。主板控制卡的散熱則主要通過底殼、散熱片和風(fēng)扇，底殼通過螺釘連接主板、風(fēng)扇組件、天線組件、后蓋板和散熱片，底殼為中空設(shè)計(jì)，主板可以直接與散熱片接觸，用于主板控制卡的各芯片的散熱，底殼、后蓋板和散熱片均為鈑金材質(zhì)。在上蓋和底殼均設(shè)置有多個(gè)散熱孔，提高了2塊控制卡散熱的效率。風(fēng)扇安裝在2塊控制卡側(cè)面中間位置，可以同時(shí)讓2塊控制卡實(shí)現(xiàn)風(fēng)冷散熱。

圖7為本文中智能座艙域控制器的實(shí)物圖，可以看出實(shí)際樣品上蓋的散熱設(shè)計(jì)、雙控制卡、SoC芯片和通信接口的設(shè)計(jì)與理論上的圖紙一致。各芯片工作時(shí)的結(jié)溫是對實(shí)際制作的樣品進(jìn)行測試得到。

為了確定本文設(shè)計(jì)的智能座艙域控制器的各芯片是否能在高溫工作條件下正常工作，對其進(jìn)行了熱仿真分析，如圖8所示。圖8中a為域控制器俯視圖的熱仿真結(jié)果；b為域控制器仰視圖的熱仿真結(jié)果；c和d為核心板控制卡的熱仿真結(jié)果，表明負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)計(jì)算和處理的SoC芯片結(jié)溫較低；e和f為主板控制卡的熱仿真結(jié)果，表明MCU芯片、音頻處理DSP和功放芯片的結(jié)溫均較低。熱仿真的邊界條件為環(huán)境溫度80 ℃，熱傳遞的方式為對流散熱，總的熱功率為40.28 W，風(fēng)扇規(guī)格尺寸為40 mm×40 mm×10 mm，氣體流量為7.9立方英尺/min。

圖9給出了各芯片在80 ℃工作條件下的熱仿真結(jié)溫情況，其中功率較大的芯片有SoC芯片16 W，功放芯片10 W，網(wǎng)關(guān)芯片1.41 W，DC/DC轉(zhuǎn)換芯片1.45 W，BT/Wi-Fi芯片1.98 W，音頻處理DSP芯片1.22 W。部分DC-DC轉(zhuǎn)換芯片工作結(jié)溫較高，但也小于其可承受的最大結(jié)溫。核心板控制卡上的SoC芯片的工作結(jié)溫為112 ℃，主板控制卡的MCU芯片的工作結(jié)溫為98.5 ℃，對應(yīng)功率為0.41 W，SoC和MCU芯片均小于其可承受的最大結(jié)溫125 ℃。以上熱仿真結(jié)果表明，智能座艙域控制器核心板和主板控制卡各芯片在最嚴(yán)苛的80 ℃下工作的最大結(jié)溫均小于相應(yīng)芯片可承受的最大結(jié)溫，表明本文同時(shí)采用多個(gè)散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以滿足智能座艙域控制器在最嚴(yán)格的80 ℃條件下仍然可以正常工作。

4 "結(jié)論

綜上所述，本文設(shè)計(jì)了一種基于雙控制卡的智能座艙域控制系統(tǒng)，包含設(shè)有SoC芯片的核心板控制卡和設(shè)有MCU芯片的主板控制卡。SoC芯片用于接收各所述車載子系統(tǒng)非結(jié)構(gòu)化的圖像、視頻、音頻大量數(shù)據(jù)，并進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和處理，然后將計(jì)算處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送至各車載子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對各車載子系統(tǒng)的控制。各車載子系統(tǒng)包括位于核心板控制卡上的車載信息娛樂、監(jiān)控、車載通信和位置定位子系統(tǒng)、位于主板控制卡上的供電、車載通信和語音識別子系統(tǒng)。MCU芯片用于對2塊控制卡進(jìn)行電源管理和狀態(tài)監(jiān)控，同時(shí)MCU芯片連接有CAN或LIN收發(fā)器，通過CAN或LIN總線實(shí)現(xiàn)智能座艙域控制器與車輛其他域控制器的信息交互通信。通過雙控制卡的設(shè)計(jì)，MCU芯片減輕了SoC芯片的負(fù)荷，2塊控制卡減輕了單塊控制卡及其芯片的數(shù)據(jù)處理和散熱負(fù)荷，通過核心板和主板控制卡將各車載硬件集成以實(shí)現(xiàn)整合控制管理，提高汽車的智能化程度。在域控制器結(jié)構(gòu)方面，同時(shí)采用多個(gè)散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使各芯片在嚴(yán)苛的80 ℃下可以正常工作。

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