淺析汽車電子架構發展與典型域控制器

黎偉　俞曉勇　匡小軍

摘 要：本論文從電子電器發展歷程，電子電器發展趨勢，電子電器架構開發以及典型的域控制器幾個方面剖析目前汽車架構發展方向。

關鍵詞：電子架構 汽車 域控制器

Analysis on the Development of Automotive Electronics Architecture and Typical Domain Controllers

Li Wei Yu Xiaoyong Kuang Xiaojun

Abstract：This paper analyzes the current development direction of automotive architecture， the development of electronic and electrical appliances， the development of electronic and electrical architecture， and the typical domain controller.

Key words：electronic architecture， automotive， domain controller

1 引言

隨著用戶對汽車駕駛智能性、舒適性的要求逐日提升，汽車的基礎配置越來越高，整車裝載的電子模塊也越來越多。如何科學的規劃相關功能，排布相關的汽車模塊，成為整車廠在汽車網聯化、智能化浪潮中面臨的最主要問題。電子架構的演變升級在這樣的背景下逐漸進入整車廠的視野，并扮演著舉足輕重的地位。

2 電子電器發展歷程

2.1 日益增加的功能需求

汽車正從傳統的機械裝置逐步向電子產品進行轉變，越來越多的電氣系統，用電模塊被集成在汽車之上。從1990年到2020年，汽車功能迅猛發展，以10年一個跨度爆炸式增長;90年初汽車僅僅是擁有一些常用的被動安全性功能，集成了一些常用的安全性質的模塊例如：ABS，EPS，安全氣囊等等。到2000年前后汽車已經擁有了導航功能，巡航功能，胎壓監測等功能。2010年前后遠程啟動，高階的自適應巡航，電子剎車功能被應用于汽車之上。到如今語音控制，自動駕駛成為研發主流。

2.2 汽車電子電氣系統發展及設計挑戰

汽車電子電器發展從最初的分離部件開發，到分散零部件開發再到系統集成式開發最終演變為整車架構的整體開發。隨著電子架構持續的發展，零部件也會經歷從最初的模塊化到集成化，再到融合化即域控制器出現，最終發展成為裝載超級電腦的整車級控制器，實現相關數據云端儲存或下載。

對比汽車架構演變趨勢，低端的汽車架構不足之處在于：

a.效率低下：每個系統都在開發各自的控制器，車輛控制單元數量劇烈增加。

b.維護困難：系統與系統間，控制器與控制器間信號接口復雜，匹配困難。

c.低復用性：零件及系統缺少前期完整規劃，產品復用率低。

而現今激烈的市場競爭則需要整車廠在復雜的功能以及繁多的零件中找到穩定的電子電氣系統，建設起具有完備功能安全的電氣結構，同時要求其具有穩定的可拓展性。

3 簡易電子電器架構開發

3.1 電子電氣架構開發的意義

電子架構開發意義在于成熟的架構有助于平衡多個開發目標（成本、重量、質量等）。可以建立成熟可靠的電子電氣平臺，擁有強大的沿用性與可拓展性。

3.2 簡易的電子電氣架構分類

簡易的電子電氣架構開發可以分類為三大部分：物理架構設計、網絡架構設計以及功能架構設計。

物理架構設計包含硬件拓撲設計;將整車各功能模塊映射到零部件上，通過信號路由方式將各ECU需要的信號發送到總線上來進行共享。

線束拓撲設計;線束拓撲設計中要確定部件安裝位置，接地點分布，部件間的距離，將零部件映射到實際安裝位置。

電源分配;將電源通過傳輸系統傳輸到傳輸負載。

網絡架構設計包含網絡信號的定義;包含信號列表，信號格式，信號周期，信號路由方式，定義模塊間的通訊策略等。

功能架構設計包含明確的功能需求，潛在的功能需求。在開發功能時我們通常考慮;同一功能的正常情況、失效情況、工廠制造、售后維修、物流運輸等情況。為了便于梳理繁雜的電氣功能，一般高階的電子架構將功能集合為域單位進行開發，而從功能到零件是架構開發的一貫宗旨。

3.3 簡易的汽車電子架構開發流程

通常的我們可以將簡易的架構開發流程分為四部分。分別為：需求開發，架構開發系統開發，系統驗證。

在進行需求開發時，架構開發者應注重以下四個方面的開發重點。

a.對標車型分析：架構開發者在對標車型分析時應弄清楚對標車的功能配置，功能分析，電氣系統排布及網絡信號排布。

b.市場需求分析：架構開發者應細分清楚相關車型的市場法法規要求。

c.客戶需求分析：架構開發者應能從市場方獲得反饋，明白客戶的用車需求。

d.產品特性分析：架構開發者需要從車輛的配置功能表需求表出發，將車輛需求的功能分配的各個功能域，之后確認各個功能間的約束條件，制定功能詳細的規范以及相應的網絡安全策略，最后落實到硬件上面。

在進行架構開發時，架構開發者應注意以下四個方面的開發重點。

a.功能方案開發：架構開發者編制相應的功能需求，以及相應功能的網絡安全策略釋放給相應的供應商，并對硬件的接口做出統一的要求。

b.邏輯架構模型開發：架構開發者應進行架構模型開發，對整車廠現有的功能邏輯進行梳理，并能夠進行功能變形。

c.物理架構開發：架構開發者應能設計或者主導設計電源分配以及接地點設計方案，保險絲盒及能源分配方案，能夠參與線束設計。

d.網絡架構開發：在進行網絡開發時架構開發者應對拓撲設計，矩陣編制，網絡通訊策略 進行制定，對CAN網路接口，供應商能力，元器件選型進行評估。

在進行系統開發時，架構開發者應注意以下三個方面的開發重點。

a.系統功能規范：根據整車需求編制整車級功能規范，根據子系統要求編寫單個零件功能規范，組織相關零件區域對編寫的功能規范進行評審鎖定留檔。

b.電器系統開發：電器系統設計要素包括線束原理設計，元器件ICD審核，線束圖紙設計，整車線束走向設計，接口電路校核以及線束拓撲方案設計。

c.系統架構評審：組織相關區域專家對以上文檔進行評審。

在進行系統驗證的時，架構開發者應注意以下四個方面的重點驗證。

a.CAN&LIN總線測試：CAN與LIN總線的單節點測試，整車集成測試，實車信號測試，三者為重點CAN&LIN總線測試項。

b.診斷測試：樣件的單節點診斷協議測試，零件的刷新功能測試，整車級別的診斷測試。

c.整車靜態測試;靜態測試主要包括各系統及模塊的功能測試，整車及零部件HIL在環測試及驗證，系統及模塊的靜態電流測試，整車環模的相關測試。

d.整車路試測試：包括整車動態路試測試，整車冬季路試測試，整車夏季路試測試。

4 電子架構要求下的簡易域融合控制器

架構發展初期，智能駕駛的功能依托于多個主動安全相關控制器來實現。一般將智能駕駛中的主動安全功能分為：低速泊車功能，盲區監測功能，車道輔助功能，碰撞避免功能，巡航控制功能。這些功能由RSM、CSM、RCR、APA等不同的控制器來實現。早期技術方案

隨著汽車電子架構發展，功能域的概念進入大眾視野，主動安全的相關功能最終會融合落地于一個大型的域控制器。主動安全域控制器能通過外在攝像頭或傳感器采集車輛的外部環境信息，對外部環境信息進行統一的決策，然后通過CAN總線/LVDS將相關的處理信息發送至相關控制器。相關電路如圖2。

進行域控制器融合后，能有效縮小總零件體積，減小總布置難度。降低整車線束、網絡信號復雜程度，同時域控制器有益于整車輕量化，能夠提高整車質量，方便后續故障定位以及整車維修。

按照后續整車電子架構的發展，將會越來越多的域控制器出現。整車廠與零部件供應鏈必將掀起新一輪的革新浪潮。

參考文獻：

[1]基于模型的智能汽車電子電氣架構發展綜述[J].華一丁，龔進峰，戎輝，唐風敏，王文揚，何佳.汽車零部件.2019（02）.

[2]汽車電子電氣架構設計與優化[J].高煥吉.汽車電器.2011（06）.