汽車E/E架構的五大域控制器

根據(jù)國外主流供應商的總結經(jīng)驗，現(xiàn)如今行業(yè)中將汽車E/E架構按功能劃分為動力域（安全）、底盤域（車輛運動）、座艙域（信息娛樂）、自動駕駛域（輔助駕駛）和車身域（車身電子）五大區(qū)域，每個區(qū)域對應推出相應的域控制器，最后再通過CAN/LIN等通訊方式連接至主干線甚至托管至云端，從而實現(xiàn)整車信息數(shù)據(jù)的交互。

1、動力域控制器

動力域控制器是一種智能化的動力總成管理單元。借助CAN/FLEXRAY實現(xiàn)變速器管理，引整管理電池監(jiān)控交流發(fā)電機調節(jié)。其優(yōu)勢在于為多種動力系統(tǒng)單元（內(nèi)燃機、電動機\發(fā)電機、電池、變速箱）計算和分配扭矩通過預判駕駛策略實現(xiàn)CO2減排通信網(wǎng)關等，主要用于動力總成的優(yōu)化與控制，同時兼具電氣智能故障診斷智能節(jié)電、總線通信等功能。

以多核安全微處理器為核心的硬件平臺對動力域內(nèi)子控制器進行功能整合，集成各ECU的基本功能需要的硬件針對動力域VClLIverterTCU BMS和DCDO等高級的域最次算法提供當力支持以ASIL-C安全等級為目標，具備SOTA信息安全、通訊管理等功能。

支持的通訊類型包括CAN/CAN-FD，GigabitEthernet并對通訊提供SHA-256加密算法支持面向CPU\GPU發(fā)展，需要支持AdapativeAUTOSAR環(huán)境，或支持POSIX標準接口的操作系統(tǒng)。

2、底盤域控制器

底盤域是與汽車行駛相關，由傳動系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)轉向系統(tǒng)和制動系統(tǒng)共同構成。隨著汽車智能化發(fā)展，智能汽車的感知識別、決策規(guī)劃、控制執(zhí)行三個核心系統(tǒng)中，與汽車零部件行業(yè)最貼近的是控制執(zhí)行端，也就是驅動控制、轉向控制、制動控制等，需要對傳統(tǒng)汽車的底盤進行線控改造以適用于自動駕駛。

線控底盤主要有五大系統(tǒng)，分別為線控轉向線控制動、線控換擋線控油門線控懸掛，線控轉向和線控制動是面向自動駕駛執(zhí)行端方向最核心的產(chǎn)品。

底盤域控制器應采用高性能、可擴展的安全計算平臺，并支持傳感器-群集及多軸慣性傳感器，并且可檢查和慣性傳感器信號融合實現(xiàn)車輛動態(tài)模型的高性能安全計算，同時達成高性價比?，F(xiàn)如今底盤電控越來越普及，底盤上電控產(chǎn)品的數(shù)據(jù)往往可以達到10個以上，當前電子底盤系統(tǒng)以零部件劃分，如車身穩(wěn)定控制系統(tǒng)ESC電子助力系統(tǒng)IBS電子轉向系統(tǒng)EPS電子縣架等，各個子系統(tǒng)屬于不同供應商或OEM的不同開發(fā)部門，同時每個子系統(tǒng)都擁有獨立的汽車動力控制系統(tǒng)和車輛動態(tài)控制模型，此外每個底盤電子產(chǎn)品的進行車輛控制的側重點也有不同，如舒適性，操控性以及安全性。以上這些現(xiàn)狀導致了在底盤電控開發(fā)上，軟硬件耦合關系強，存在重復研發(fā)，開發(fā)成本高，各子系統(tǒng)存在相抵的負作用種種問題，使得車輛控制無法達到最優(yōu)的狀態(tài)。

正是在這樣的背景下，在高度自動駕駛領域，迫切需要底盤域控制器產(chǎn)品的出現(xiàn)。實現(xiàn)轉向、制動懸架的集中控制軟硬件分離;車輛的橫向縱向垂向協(xié)同控制更好的服務于ADAS全面提高整車性能。

首先結合現(xiàn)有底盤電子產(chǎn)品的功能定義，以及高度自動駕駛系統(tǒng)的需求，底盤域控制器需要實現(xiàn)如下的功能：

自動駕駛-車輛執(zhí)行控制

●指令模式仲裁控制：底盤域控制器不僅需要執(zhí)行上層感知層和決策層的指令，更需要發(fā)揮自動駕駛“小腦”的作用結合整車車輛狀態(tài)穩(wěn)定性安全性綜合判斷，決策出更優(yōu)的控制指令。

●橫向縱向垂向線控執(zhí)行控制：進行橫向縱向垂向控制，實現(xiàn)6自由度的協(xié)同控制。

●車輛運動狀態(tài)控制：向上層反饋當前車輛運動狀態(tài)，使得決策層更加有效的進行車輛控制。

●整車穩(wěn)定性控制車輛姿態(tài)，狀態(tài)識別及預測主動垂向穩(wěn)定控制。

●車身穩(wěn)定性控制后輪轉向控制

舒適性控制

●駕駛模式切換

●地形自適應控制

●駕駛工況

●自適應控制

●智能懸架控制

●綜合控制

●轉向助力

●制動助力

●駐車控制

其次為了滿足高度自動駕駛的要求，需要重點考慮底盤域控制器的冗余設計，需要包括如下

●冗余特行傳感器端，包括加速踏板開度，制動踏板開度，輪速傳感器，車身高度傳感器，方向盤轉角力矩傳感器，慣量傳感器等，均需要有冗余備份。

●在域控制器內(nèi)部，需要有雙路的主控芯片，電源管理芯片，預驅芯片

●在通訊端，需要有冗余的網(wǎng)絡設計

3、智能座艙域控制器

智能座艙域控制器需要具備卓越的處理性能，以支持座艙域的應用，如語音識別，手勢識別等;提供優(yōu)秀的顯示性能支持，同時支持虛擬化技術，支持一芯多屏顯示，滿足各種尺寸的儀表屏及中控屏幕顯示需要，并將不同安全級別的應用進行隔離。

同時提供對外對內(nèi)的通訊能力搭載5G千兆以太網(wǎng)wif6等技術，提供穩(wěn)定、高速的通信網(wǎng)絡以輕松應對VR/AR4K乃至8K視頻等高帶寬應用的網(wǎng)絡要求。針對公網(wǎng)通訊連接提供可靠的網(wǎng)聯(lián)服務實現(xiàn)遠程控制、整車OTA。

提升算力平臺、集成度和感知通信能力。

第一、基于更高算力的座艙域控制器芯片開發(fā)產(chǎn)品集成度更高。集成儀表T-BOX和車機、空調控制、 HUD、后視鏡、DMS等。

第二、開發(fā)AR/抬頭顯示HUD內(nèi)后視鏡替代屏外后視鏡替代視覺系統(tǒng)儀表屏、中控屏、副駕顯示屏后排娛樂屏等多屏互動交互方案，提升用戶體驗。

第三，基干win65GCV2X以及多模融合的高精定位技術，開發(fā)智能天線產(chǎn)品，通信可靠性高，低時延，高帶寬為智能網(wǎng)聯(lián)汽車提供多重無線通訊整合的車聯(lián)網(wǎng)方案。

4、自動駕駛域控制器

隨著自動駕駛的來臨，其所涉及的感知控制、決策系統(tǒng)復雜性更高，與車身等其它系統(tǒng)的信息交互控制的場景也越來越多，各方都希望其能變成一個模塊化的、可移植性的、便于管理的汽車子系統(tǒng)。因此。專門定位于自動駕駛的域控制器系統(tǒng)就應運而生了。

自動駕駛的域控制器。需要具備多傳感器融合。定位，路徑規(guī)劃，決策控制，無線通訊，高速通訊的能力。

第一，通常需要外接多個攝像頭、毫米波雷達激光雷達，以及IMU等設備，完成的功能包含圖像識別數(shù)據(jù)處理等，因此外圍接口可根據(jù)應用場景按需擴展增加。

第二，自動駕駛域控制器需要感知環(huán)境和實現(xiàn)信息融合，邏輯運算和決策控制，適應深度學習算法超大算力需求故一般采用GPU或是人工智能芯片TPU處理承擔大規(guī)模浮點數(shù)并行計算包括了攝像頭、激光雷達等識別、融合、分類，因此需要域控制器提供足夠可擴展的算力支撐，同時平臺算力性能可擴展硬件擴展能力強。

第三為應對功能安全、冗余監(jiān)控車輛控制，保證可靠性滿足ISO26262功能安全ASIL-D的要求一般采用安全MCU實現(xiàn)。

第四，域控制器與其他域交互能力需要支持未來數(shù)據(jù)量增長，采用支持千兆以太網(wǎng)或萬兆以太網(wǎng)。

中國L2級以上智能汽車市場已經(jīng)進入快速滲透期預計2025年將超過40%。隨著新一代E/E普及，預計2025年自動駕駛域控制器出貨量將超過400萬臺套。目前自動駕駛域控制器行業(yè)演變形成傳統(tǒng)外資Tier1本土Tier1互聯(lián)網(wǎng)科技與軟件公司、整車企業(yè)四大陣營，擁有軟硬件技術融合的公司優(yōu)勢相對較為突出。外資Tier企業(yè)傾向于一攬子域控制解決方案的“交鑰匙”工程，而國內(nèi)Tier1企業(yè)偏向采用協(xié)同分工的模式。

5、車身域控制器

隨著整車發(fā)展，車身控制器越來越多，為了降低控制器成本，降低整車重量，集成化需要把所有的功能器件，從車頭的部分車中間的部分和車尾部的部分如后剎車燈、后位置燈、尾門鎖、甚至雙撐桿統(tǒng)一連接到一個總的控制器里面。

車身域控制器從分散化的功能組合，逐漸過渡到集成所有車身電子的基礎驅動、鑰匙功能、車燈、車門、車窗等的大控制器。車身域控制系統(tǒng)綜合燈光、雨刮洗滌、中控門鎖、車窗控制;PEPS智能鑰匙、低頻天線、低頻天線驅動、電子轉向柱鎖IMMO天線網(wǎng)關的CAN可擴展CANFD和FLEXRAY、LIN網(wǎng)絡、以太網(wǎng)接口;TPMS和無線接收模塊等進行總體開發(fā)設計。車身域控制器能夠集成傳統(tǒng)BCMPEPS、紋波防夾等功能。

從通信角度來看，存在傳統(tǒng)架構-混合架構-最終的VehicleComputerPlatform的演變過程。這里面通信速度的變化，還有帶高功能安全的基礎算力的價格降低是關鍵，未來在基礎控制器的電子層面兼容不同的功能慢慢有可能實現(xiàn)。

采用業(yè)內(nèi)最高規(guī)格的域控MCU實現(xiàn)功能安全目標。通過多核安全處理器平臺，將不同功能、不同安全等級、不用算力要求的應用置于不同的核運行，降低整個系統(tǒng)運行故障風險。同時具有豐富的通信資源：支持16路CAN-FD24路LIN2路以太網(wǎng)等總線資源，提供穩(wěn)定、高速的通信網(wǎng)絡，能輕松應對各種網(wǎng)絡要求;軟件系統(tǒng)支持AUTOSARCPAUTOSARAP車載智能操作系統(tǒng)，以實現(xiàn)分層設計，使上層應用完全獨立于硬件平臺開發(fā)，增強了系統(tǒng)的可移植性和軟件模塊復用性，使得應用設計的擴展更加豐富。升級域控制器框架和接口技術，基于跨域控制通信系統(tǒng)，提升跨域權限和沖突管理及算力優(yōu)化配置：

1） 升級域控制器框架和接口技術。基于跨域控制通信系統(tǒng)提升跨域權限和沖突管理及算力優(yōu)化配置；

2） 升級跨域控制器集成技術。分析跨域通訊的數(shù)據(jù)交互的延時特性建立跨域控制系統(tǒng)集成框架;

3） 升級架構系統(tǒng)的硬件及器件的冗余性，加強軟件的安全策略，實現(xiàn)跨控制域的冗余容錯技術框架和算法;

4） 針對車身域需要的控制算法（新型傳感器算法、新型執(zhí)行器控制算法;提升熱管理系統(tǒng)和車身控制算法等）提供算力支持，采用高性能的MPU為預留擴展各新型算法的算力能力。

當下，量產(chǎn)車型搭載了域控制器。例如的吉利星越L搭載的“CMA超級母體”架構首發(fā)搭載的（跨）域集中式電氣功能架構，借助車輛域控制器實現(xiàn)動力控制、智駕控制、底盤控制、云端協(xié)同等功能域的跨域高速運算與功能高度集成協(xié)同管理，讓自動駕駛控制管理實現(xiàn)集中，敏捷等特性。在此之外，去年6月上市的嵐圖FREE去年上市的小鵬P7紅旗H9等諸多車型均已應用了域控制器。

總結

面對汽車新E/E架構的轉型升級，軟件架構逐步實現(xiàn)分層解耦，硬件從分布式向域控制/中央集中式發(fā)展，車載網(wǎng)絡通信從LN/CAN總線向以太網(wǎng)方向發(fā)展。在這個轉型中，重要的關鍵特征是需要有標準化的控制器的引入。標準域控制器的形成，和面向SOA化的軟件架構需要逐漸清晰，車企可以更容易的進行上層應用軟件開發(fā)功能的更新和升級提供個性化差異化的功能與服務加快車型向智能化發(fā)展。

標準化域控制器產(chǎn)品及面向SOA的軟件架構將加快汽車產(chǎn)業(yè)向智能化快速發(fā)展。在電子電器架構變化過程當中，逐漸的共識是中央域控制器和自動駕駛域控制器可能是最先引入，并且將成為影響最大的兩個域控制器。如何用最短的周期、高效開發(fā)的方法有限的開發(fā)資源，提升智能化水平，中央域控制器和自動駕駛域控制器帶來的效果是最明顯的，它會解決整車軟件的升級、T化基礎設施的建設以及自動駕駛全域功能軟件的開發(fā)和升級。