商用車電子電氣架構與主動安全措施探討

郭維杰

關鍵詞：智能網聯汽車 電子電氣架構 主動安全措施 功能域

受不斷提升的汽車復雜性和逐漸增加的整車電子控制器數量影響，供應商負責電子電氣設計的傳統方式逐漸被淘汰，預研發階段電子電氣架構設計開始引起業界高度重視。結合智能網聯汽車特點，必須有針對性地開展智能網聯電子電氣架構設計，這一設計須同時做好主動安全措施的選擇。

1商用車電子電氣架構設計

1.1總體設計

商用車電子電氣架構總體設計由域控制器、通訊網絡架構、電氣架構、執行器、傳感器、上層應用軟件、計算平臺、操作系統組成。深入分析可以發現，中央網關負責連接通訊域控制器、智能座艙域控制器、自動駕駛域控制器，同時存在處于預留狀態的動力域控制器和底盤域控制器。基于車載以太網，自動駕駛域控制器能夠連接激光雷達、攝像頭、慣導、冗余雷達，與車側激光雷、毫米波雷達的連接使用CAN總線：智能座艙域控制器與座椅控制器、音量調節面板、功放的連接基于CAN總線實現，座椅調節電機、座椅加熱器、座椅通風電機等執行器通過硬線驅動，USB接口、WIFI天線、GPS天線等傳感器采集也通過硬線完成，連接中控顯示屏、抬頭顯示屏、儀表顯示屏使用LVDS：通訊域控制器與主駕駛門模塊、路測單元的連接通過CAN總線實現，CAN總線同時負責大燈執行器、雨刮電機、頂燈的數據采集和控制交互。

在電氣架構設計中，電動助力轉向系統、自動駕駛域控制器、電子制動器、車身穩定性系統、攝像頭、慣導、激光雷達等通過雙供電設計的電源分配單元進行雙路供電，同時物理隔離雙電源，保證系統安全。還需做好電平衡校核、接地點分配等工作。底層硬件通過計算平臺實施決策及處理數據，計算平臺涉及通信接口單元、數字信號處理單元、視覺處理單元、計算單元、內存單元、控制單元、AI單元，通過多元數據處理，可為自動駕駛等功能提供支持。操作系統由設備驅動、體系結構代碼、進程間通信、內存管理、進程管理、網絡協議、系統應用接口等組成，負責事件調度和任務管理，同時虛擬機監控程序也能夠應用。在服務通信方面，操作系統也能夠發揮重要作用，如為線控轉向、線控制動、自動駕駛等提供服務及數據調用支持，便于擴展和使用的軟件標準化模塊能夠順利形成?；诳偩€傳輸協議，通訊網絡架構能夠成為執行器、傳感器、域控制器的信號傳輸通道。

圍繞執行器、域內傳感器和域控制器、中央網關三層架構設計電子架構方案進行分析可以發現，自動駕駛控制由自動駕駛域控制器負責，以QNX系統為操作系統;通信域控制器采用V2X通信與5G模組，可與道路設備及其他車輛進行通信，以Linux系統為操作系統;智能座艙域控制器的上層應用開發基于安卓系統完成，涉及座椅控制、中控大屏、集成儀表等交互功能;通過車載以太網實現域控制器間通信，三層通訊網絡由LIN總線（或CAN總線）、車載以太網組成，為滿足數據實時性要求，介質訪問控制選擇時間敏感網絡（TSN），數據時鐘同步性可得到保證，應用層通信協議設計面向調度服務。

1.2功能域劃分

在整車功能域的劃分中，可結合域控制器進行細分，具體分為動力域、自動駕駛域、底盤域、智能網聯域、智能座艙域。

動力域涉及高壓能量管理、電池管理、前后電機控制、扭矩控制、充電管理、熱管理等功能，核心控制器為VCU。選擇分布式控制，對扭矩控制功能進行集成，基于充電機的充電狀態反饋。VCU能夠在充電過程對充電時間和充電電流進行計算，而在車輛運行過程中，基于BMS反饋的電池電壓、電流、電量等信息，VCU能夠對電池的能量用途進行分配。

自動駕駛域涉及安全帶/安全氣囊、自適應巡航、主動剎車、車道保持、自動泊車、車道回正等功能。自動駕駛域控制器為其中核心，負責自動駕駛算法控制，結合周圍環境信息能夠實現最佳車輛姿態、行車路線等目標計算，滿足自動駕駛需要。

底盤域涉及懸架管理、電子駐車、行車制動、備份制動、電動助力轉向、自動駕駛響應等功能，選擇分布式控制，通過總線的信號實現懸架系統、制動系統等功能，同時負責為自動駕駛域控制器提供協助。

智能網聯域涉及車聯網V2X、5G外網通信、內外燈光、后視鏡、雨刮/洗滌、門鎖控制等功能，主要在通信域控制器中集成上述功能，依托SG模組和V2X功能，快速數據傳輸、數據交互能夠順利實現，提供的輔助信息能夠更好服務于自動駕駛，同時對車身電子功能進行集成，可通過減少控制器節約成本。

智能座艙域涉及數字儀表、中控大屏交互、后排娛樂控制屏、AI交互/語音識別、座椅通風等功能，能夠控制智能座艙，如基于駕駛員需要進行座椅位置、角度調整。

2商用車電子電氣架構主動安全措施

2.1域控制器硬件方案

結合上述功能域劃分進行分析可以發現，域控制器硬件方案存在多方面優點，包括降低總線長度、減少電子部件、提升運算能力、簡化網絡架構、擴大儲存空間、支持高級總線。每個域內的邏輯處理和運算可通過域控制方案實現，高速總線負責域之間的數據交互，域控制器負責分類集成功能域。為實現域控制器，可將兩個微控制器在同一電子控制單元設置，二者分別負責Linux應用程序運行（信息娛樂功能、AI算法等高計算任務）、簡單應用程序運行（診斷通信、車載等實時程序），二者連接基于串行外圍設備接口實現。在主動安全措施的設計上，選擇多傳感器融合技術，以此形成高安全性的自動駕駛整體傳感器方案。

通信域控制器硬件設計涉及的主動安全措施也需要得到重視，如基于車與車場景交互形成的第二套預警系統，該系統能夠在自動駕駛激光雷達故障時保證行車安全，具體涉及前方碰撞預警、盲區預警、逆向超車預警、車輛失控預警、異常車輛提醒等應用場景。

2.2電氣系統硬件方案

電氣系統硬件方案涉及雙供電系統、整車電平衡、接地點，為保證方案的安全性，需聚焦雙電源系統的冗余保護設計，設計中主供電狀態不僅由PDU電源分配單元負責采集，自動駕駛系統控制器也能夠對自身主供電狀態進行診斷，這能夠保證雙路供電下的自動駕駛系統正常工作，行車安全自然能夠更好得到保障。

主動安全措施在抗干擾接地中也有著直觀體現，汽車用電器安全能夠更好地得到保障，具體設計選擇降低接地線阻抗措施，主要選擇單點并聯方式進行汽車電氣接地。

3結語

商用車電子電氣架構與主動安全措施設計存具有重大的現實意義。在此基礎上，本文涉及的總體設計、功能域劃分、域控制器硬件方案、電氣系統硬件方案等內容，提供了可行性較高的智能網聯電子電氣架構設計路徑。為更好地滿足汽車工業發展需要，基于區域型計算平臺的電子電氣架構設計探索同樣需要得到重視。