一文帶你了解汽車區(qū)域架構(gòu)的優(yōu)勢！

如果我們將一輛乘用車想象為多個電子控制單元 (ECU) 的集合，這些 ECU 會分布在汽車的各個位置并使用不同的網(wǎng)絡(luò)相互通信。在為實現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng) (V2X)、自動駕駛和汽車電氣化添加更多先進的汽車電子產(chǎn)品時，ECU 數(shù)量和交換數(shù)據(jù)量都會增加。

域架構(gòu)簡介

在域架構(gòu)中，ECU 可根據(jù)不同功能分為不同的域。而區(qū)域架構(gòu)則是一種按照 ECU 在汽車內(nèi)的位置分類的新方法，并由中央網(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，同時還能提高處理器速度。

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

表 1：ECU 通常分為五個域

ECU 除了通過其自身域內(nèi)部的特定和相關(guān)網(wǎng)絡(luò)進行通信和交換數(shù)據(jù)，也會與域外的 ECU 通信。由于不同域會采用不同的網(wǎng)絡(luò)，因此會將網(wǎng)關(guān)作為通信橋梁。

圖 1 展示了一輛采用基于域架構(gòu)的汽車。在此圖中，有一個中央網(wǎng)關(guān)模塊連接到汽車內(nèi)的各個域。每個域可執(zhí)行多種功能。域控制器（例如動力總成的車輛控制單元）就包括了網(wǎng)關(guān)功能。此域網(wǎng)關(guān)支持在相關(guān)域的 ECU 之間以及該域與車輛其余部分之間數(shù)據(jù)通信。

域控制器還包含 ECU，通常由多個 ECU 集成實現(xiàn)，能夠更大程度降低系統(tǒng)成本。TI 的 Jacinto 7 處理器集成了 Arm Cortex A-72 內(nèi)核來進行原始數(shù)據(jù)處理，集成了 Arm Cortex R-5F 進行實時控制，也集成了用于高速聯(lián)網(wǎng)的千兆位時間敏感網(wǎng)絡(luò) (TSN) 和以太網(wǎng)交換機。

圖 1：域架構(gòu)

區(qū)域架構(gòu)簡介

如果把汽車比作房間，而把 ECU 比作聚集在該房間內(nèi)討論不同話題的人，那么域架構(gòu)的作用就相當于對這些人隨機分配位置，使得他們需要提高音量才能與房間另一端討論相同話題的人交流。

圖 2 展示了一輛根據(jù) ECU 在汽車內(nèi)的位置組織布局的區(qū)域架構(gòu)車輛，并另外增加了一個車輛計算模塊。該車輛計算模塊是一個具有高處理能力的計算機，用于執(zhí)行各種函數(shù)的所有計算。該圖還展示了汽車不同區(qū)域的區(qū)域模塊和相關(guān)邊緣節(jié)點。

雖然說可以使用控制器局域網(wǎng) (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)/計算模塊之間進行通信，不過，以太網(wǎng)等高速網(wǎng)絡(luò)也是不錯的選擇，因為此類網(wǎng)絡(luò)在汽車工作溫度內(nèi)具有高可靠性且可以平穩(wěn)運行。對于中央計算和區(qū)域模塊中的分布式計算，PCIe 是非常合適的網(wǎng)絡(luò)選擇。

圖 2：區(qū)域架構(gòu)中的配電模塊

區(qū)域架構(gòu)的電源優(yōu)勢

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)計智能接線盒后，可為車輛內(nèi)的不同負載和 ECU 配電。具體來說，工程師正在用半導體解決方案來替換繼電器和保險絲。

在區(qū)域架構(gòu)中，配電盒會經(jīng)過特定布置使每個區(qū)域都有相應(yīng)的配電單元為其模塊供電。圖 2 展示了區(qū)域架構(gòu)中的配電理念，您可以看到其中每個區(qū)域都集成了配電功能和管理網(wǎng)絡(luò)流量的區(qū)域模塊。新型配電架構(gòu)將實現(xiàn)線束電纜輕量化，從而提高內(nèi)燃機車輛的燃油效 率，并提高電池供電型電動車輛的行駛里程。

從域架構(gòu)過渡到區(qū)域架構(gòu)——交叉架構(gòu)應(yīng)運而生

將完整車輛架構(gòu)從當前域架構(gòu)過渡到新區(qū)域架構(gòu)是一個浩大的工程。這不僅需要設(shè)計新的區(qū)域模塊，還必須重新開發(fā)和配置大部分軟件，以便支持新架構(gòu)。此外，替代熔斷型保險絲和重新設(shè)計完整車輛線束都需要進行全面驗證?？偠灾?，車輛架構(gòu)可能會遷移到交叉架構(gòu)。

圖 3 展示了融合現(xiàn)有域架構(gòu)和新區(qū)域架構(gòu)的交叉架構(gòu)。此類架構(gòu)將保留域和相應(yīng)的邊緣節(jié)點。區(qū)域架構(gòu)的中央計算可能會細分為 ADAS、IVI 和 VCU 計算模塊，其中域特定邊緣節(jié)點直接與相應(yīng)的中央計算模塊通信。交叉架構(gòu)中的區(qū)域模塊很可能會注重配電，而不是區(qū)域中所有邊緣節(jié)點的網(wǎng)關(guān)。也就是說，區(qū)域模塊更像是傳統(tǒng)的車身控制模塊 (BCM)，不同的是汽車中將會有多個此類模塊。

圖 3：交叉架構(gòu)

結(jié)語

隨著 ECU 數(shù)量的不斷增加，汽車架構(gòu)已經(jīng)發(fā)展成一種根據(jù)每個 ECU 所執(zhí)行的相關(guān)功能對其進行分組的域架構(gòu)。然而，這也提高了網(wǎng)絡(luò)和配電的復雜性。汽車設(shè)計人員目前正在設(shè)計基于區(qū)域架構(gòu)的車輛，以其優(yōu)化數(shù)據(jù)和配電，這種汽車將會是采用交叉架構(gòu)的第一代汽車。新區(qū)域架構(gòu)最終會實現(xiàn)線束電纜輕量化，從而提高內(nèi)燃機車輛的燃油效率，并提高電池供電型電動車輛的行駛里程。