汽車區(qū)域架構(gòu)有哪些優(yōu)勢(shì)？

不妨將一輛乘用車想象為多個(gè)電子控制單元(ECU)的集合，它們分布在汽車的各個(gè)位置并使用不同網(wǎng)絡(luò)相互通信。為實(shí)現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)(V2X)、自動(dòng)駕駛和汽車電氣化而添加更多先進(jìn)的汽車電子產(chǎn)品時(shí)，ECU數(shù)量和交換數(shù)據(jù)量也都會(huì)增加。

此外，ECU數(shù)量的增加還促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)類型的多樣化，包括本地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(LIN)、控制器局域網(wǎng)(CAN)以及諸如平板顯示器鏈路(FPD-Link)、PCI Express(PCIe)和以太網(wǎng)等高速網(wǎng)絡(luò)。

在域架構(gòu)中，ECU可根據(jù)功能不同分為不同的域。但區(qū)域架構(gòu)是一種按照ECU在汽車內(nèi)的實(shí)際位置分類的新方法，并利用中央網(wǎng)關(guān)來管理通信。這種物理接近性可減少ECU之間的布線，從而節(jié)省空間并降低汽車重量，同時(shí)還能提高處理器速度。

域架構(gòu)簡(jiǎn)介

為了更好地了解域架構(gòu)，可以首先了解根據(jù)功能將ECU分成的五個(gè)域，如表1所示。

表 1.ECU通常分為五個(gè)域

ECU通過其自身域內(nèi)部的特定和相關(guān)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信和交換數(shù)據(jù)，同時(shí)還與域外的ECU通信。由于不同域采用不同的網(wǎng)絡(luò)，因此需使用網(wǎng)關(guān)作為通信橋梁。

圖1顯示了一輛采用基于域的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的汽車。在此圖中，有一個(gè)中央網(wǎng)關(guān)模塊連接到汽車內(nèi)的不同域。每個(gè)域可執(zhí)行多種功能。域控制器（例如動(dòng)力總成）包含網(wǎng)關(guān)功能。此域網(wǎng)關(guān)在相關(guān)域的ECU之間以及該域與車輛其余部分之間支持?jǐn)?shù)據(jù)通信。

域控制器還包含ECU，通常由多個(gè)ECU集成實(shí)現(xiàn)功能，幫助更大程度降低系統(tǒng)成本。TI的Jacinto7處理器集成了Arm Cortex A-72內(nèi)核來進(jìn)行原始數(shù)據(jù)處理，集成了Arm Cortex R-5F進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，還集成了千兆位時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)(TSN)和以太網(wǎng)交換機(jī)用于高速聯(lián)網(wǎng)。

區(qū)域架構(gòu)簡(jiǎn)介

如果把汽車比作房間，把ECU比作聚集在該房間內(nèi)要討論不同話題的人，那么域架構(gòu)的作用就相當(dāng)于對(duì)這些人進(jìn)行混亂分組，讓房間內(nèi)這些人在各自的討論組中激烈討論。

區(qū)域架構(gòu)根據(jù)ECU在汽車內(nèi)的位置進(jìn)行組織，并增加了一個(gè)車輛計(jì)算模塊。該車輛計(jì)算模塊是一個(gè)具有高處理能力的計(jì)算機(jī)，用于執(zhí)行各種函數(shù)的所有計(jì)算。此架構(gòu)還可以包含一個(gè)管理網(wǎng)絡(luò)流量的網(wǎng)關(guān)模塊。

圖2展示了汽車不同區(qū)域的區(qū)域模塊和相關(guān)的區(qū)域衛(wèi)星模塊，以及中央網(wǎng)關(guān)和車輛計(jì)算模塊。TI的汽車用Jacinto DRA82x處理器針對(duì)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)量身定制，并具備在車輛內(nèi)安全傳輸數(shù)據(jù)的功能。DRA82x處理器系列包括集成了PCIe交換機(jī)和千兆位TSN以太網(wǎng)交換機(jī)的器件，可用于計(jì)算平臺(tái)、中央網(wǎng)關(guān)和區(qū)域模塊。

可以使用CAN等低帶寬網(wǎng)絡(luò)在不同的區(qū)域模塊和中央網(wǎng)關(guān)/計(jì)算模塊之間進(jìn)行通信。不過，以太網(wǎng)或PCIe等高速網(wǎng)絡(luò)也是不錯(cuò)的選擇，因?yàn)樗鼈冊(cè)谄嚬ぷ鳒囟葍?nèi)具有高可靠性，可以平穩(wěn)運(yùn)行。

區(qū)域架構(gòu)的電源優(yōu)勢(shì)

工程師還通過這種ECU重組來優(yōu)化電源架構(gòu)，特別是重新設(shè)計(jì)智能接線盒（也稱為配電模塊）后，可為車輛內(nèi)的不同負(fù)載和ECU配電。配電盒在某種程度上特定于汽車型號(hào)，每個(gè)配電盒可為一組特定負(fù)載配電。

由于大多數(shù)配電盒設(shè)計(jì)均使用繼電器和保險(xiǎn)絲，因此，如果需要更換保險(xiǎn)絲，要求能夠輕松接觸到配電盒。在區(qū)域架構(gòu)中，配電盒會(huì)經(jīng)過適當(dāng)布置，使每個(gè)區(qū)域都有自己的配電單元為其模塊供電。

圖3顯示了區(qū)域架構(gòu)中的配電理念，您可以看到其中每個(gè)區(qū)域都集成了配電模塊和管理網(wǎng)絡(luò)流量和局部區(qū)域衛(wèi)星的區(qū)域模塊。

另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，整個(gè)車輛的配電模塊可以采用相似的設(shè)計(jì)。使用半導(dǎo)體解決方案（例如智能高側(cè)開關(guān)）而不是機(jī)械式繼電器和保險(xiǎn)絲，可以實(shí)現(xiàn)更靈敏的配電模塊設(shè)計(jì)，使模塊更靠近負(fù)載，從而在需要更換時(shí)更便于觸及。

結(jié)束語

隨著ECU數(shù)量的不斷增加，汽車網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)發(fā)展成了一種根據(jù)ECU執(zhí)行功能對(duì)ECU分組的域架構(gòu)，但這提高了網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性。汽車設(shè)計(jì)人員目前正在考慮使用基于區(qū)域的架構(gòu)，這種架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于其使用車輛計(jì)算模塊來控制車輛的功能。

利用這種全新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，您可以優(yōu)化車輛電源架構(gòu)，特別是在每個(gè)區(qū)域安裝局部配電模塊以及用于管理網(wǎng)絡(luò)流量和區(qū)域衛(wèi)星模塊的區(qū)域模塊。新型區(qū)域架構(gòu)最終會(huì)實(shí)現(xiàn)線束電纜輕量化，從而提高內(nèi)燃機(jī)車輛的燃油效率，并提高電池供電型電動(dòng)車輛的行駛里程。

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