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域控制器:电子电气架构从分布到集中的桥梁
作者: 未名 来源: 翊弼智行 日期: 2022年4月22日

域和域控制器使汽车架构从分布式到集中式,并能在电动智能时代快速升级。在电子化和智能化发展的需要下,传统的分布式架构逐渐进化为域集中式架构,“域”和 “域控制器”产生。域控制器(DCU,Domain Control Unit)最早由博世、大陆、安波福(原德尔福)等 Tier1 厂商提出,通过利用处理能力更强的多核 CPU/GPU 芯片,使得 DCU 可以相对集中地控制每个域,从而取代传统的分布式电子电气架构。这种架构可以将传感与处理分开,传感器和 ECU 不再一对一,管理更容易,也可以减少 ECU 的数量。适当的集成化,平台的可扩展性会更好。考虑到车身与底盘等部分的少数 ECU 对安全性可靠性要求较高,全部集成的难度较高。我们预计,集中架构的最终形态为一个集成了绝大多数 ECU 的中央计算平台外加少量集成难度较大的 ECU。
 

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“域”根据功能对汽车电子控制系统进行划分,核心部件域控制器负责复杂计算和大部分控制任务。除了域控制器以外,还存在少量的 ECU。通过汽车总线(CAN,LIN,以太网等)的相连,ECU 和 DCU 之间可以实现信息共享。每个“域”凭借DCU 强大的计算能力以及丰富的软件接口,可以将功能集中到 DCU 当中,从而实现功能的集成化。这种集成化并非是把各个功能模块组合在一起,而是在软件以及系统层面的集成,打破了模块之间的硬件壁垒,真正地做到功能的集成化。同时,域控制器的出现使得汽车算力实现集中,相对于传统分布式 ECU 控制模式算力利用率提高。
 
域控制器产业链:主控芯片和系统总成最为核心
 
域控制器的构成主要分为硬件和软件两部分。域控制器作为汽车运算决策的中心,其功能的实现主要依赖于主控芯片、软件操作系统及中间件、算法等多层次软硬件之间的有机结合。域控制器包含硬件(主控芯片等)+软件(底层基础软件,中间件以及上层应用算法)。
 
1)硬件:主要包括主控芯片、电阻电容等无源器件、支架、散热组件、密封性金属外壳以及 PCB 板等部分。其中,主控芯片为整个域控制器的核心,智能座舱域及智能驾驶域等对算力要求较高的域主控芯片普遍为 MCU 芯片与集成了 CPU、图像处 理 GPU、音频处理 DSP、深度学习加速单元 NPU+内存+各种 I/O 接口的 SoC 芯片,而底盘域以及车身域等对算力要求不高的域其主控芯片仍然多为较为传统的 MCU 芯片。芯片主要由第三方芯片供应商单独供应。
 
2)软件:包括底层操作系统与中间层软件及上层应用软件。其中底层操作系统及中间层软件主要为域控制器厂商或软件平台供应商提供。上层应用层一般为主机厂自 研或委托第三方公司研发。最后将整个软件层集合打包烧入域控制器中,即可实现 对域内相应部件的控制。
 
域控制器发展趋势:域集中式到中央计算平台
 
当前整车电子电气架构正处于从分布式电子电气架构向域集中电子电气架构过渡。博世将电子电气架构演进分为三大阶段、六小阶段并被业内认可。三大阶段分别是分布式电子电气架构、域集中电子电气架构、车辆集中电子电气架构,六小阶段分 别是模块化阶段、模块整合阶段、区域中心化阶段、区域整合阶段、整车整合阶段和车载云计算阶段。当前正处于分布式电子电气架构向域集中电子电气架构的过渡阶段。
 
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传统分布式架构在电子化智能化过程过于复杂且难以快速迭代升级。传统的汽车电子电气架构是分布式,每个 ECU 都是通过 CAN 总线和 LIN 总线连接。随着车辆电子化发展,一开始用于控制发动机工作的 ECU 逐渐扩展到其他方面,从防抱死制动系统、车身电子稳定系统、四轮驱动系统、安全气囊系统等到车身各种传感控制、安全、娱乐系统。当前一辆普通汽车的 ECU 多达七八十个,代码约一亿行。当 ECU 数量增加时,分布式架构的逻辑控制十分混杂,ECU 难以统一维护,且线束设计复杂、成本大幅上升。另外,不同 ECU 来自不同供应商,有不同的嵌入式软件和底层 代码,造成了相当大的冗余,在智能化阶段无法统一进行革新升级。
 
底盘、动力、车身三域:电动化及智能化发展下有望突破
 
汽车智能化发展下底盘域控制器需求较高。在高度自动驾驶领域,迫切需要底盘域控制器产品的出现,实现转向、制动悬架的集中控制软硬件分离。车辆的横向纵向垂向等功能需要协同控制以便于全面提高整车性能。但由于底盘域控制器负责汽车的行驶控制,故对其安全等级具备较高要求,且需要集成的机械部件较多,因此带来的高行业门槛使底盘域控制器目前仍处于实验室阶段,但在需求催化下有望加速突破。
 
结语:
在软件定义汽车的转型阶段,智能驾驶域控制器作为车企关注的重点对象,消费者感知程度强,是各家车企竞争的核心领域。域控制器供应商作为主机厂的重要的生态合作伙伴,其核心竞争力表现在:
 
◆不断地拓展软件能力边界:在硬件逐渐趋同的趋势下,需要提升软件能力来为硬件赋能,让硬件发挥最佳性能;
 
◆有能力提供多样化的合作模式:面对主机厂的差异化需求,有能力提供差异化的服务;
 
◆工程化落地能力:在产品量产的时候能够提供相应的供货能力和工程服务能力,以保障产品顺利交付。

(转载请注明来源: 汽车制动网/chebrake.com 责任编辑:Jack)

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