黎偉　俞曉勇　匡小軍

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

關(guān)鍵詞：電子架構(gòu) 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(chǔ)配置越來越高，整車裝載的電子模塊也越來越多。如何科學(xué)的規(guī)劃相關(guān)功能，排布相關(guān)的汽車模塊，成為整車廠在汽車網(wǎng)聯(lián)化、智能化浪潮中面臨的最主要問題。電子架構(gòu)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(fā)展歷程

2.1 日益增加的功能需求

汽車正從傳統(tǒng)的機械裝置逐步向電子產(chǎn)品進行轉(zhuǎn)變，越來越多的電氣系統(tǒng)，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(fā)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(zhì)的模塊例如：ABS，EPS，安全氣囊等等。到2000年前后汽車已經(jīng)擁有了導(dǎo)航功能，巡航功能，胎壓監(jiān)測等功能。2010年前后遠(yuǎn)程啟動，高階的自適應(yīng)巡航，電子剎車功能被應(yīng)用于汽車之上。到如今語音控制，自動駕駛成為研發(fā)主流。

2.2 汽車電子電氣系統(tǒng)發(fā)展及設(shè)計挑戰(zhàn)

汽車電子電器發(fā)展從最初的分離部件開發(fā)，到分散零部件開發(fā)再到系統(tǒng)集成式開發(fā)最終演變?yōu)檎嚰軜?gòu)的整體開發(fā)。隨著電子架構(gòu)持續(xù)的發(fā)展，零部件也會經(jīng)歷從最初的模塊化到集成化，再到融合化即域控制器出現(xiàn)，最終發(fā)展成為裝載超級電腦的整車級控制器，實現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)云端儲存或下載。

對比汽車架構(gòu)演變趨勢，低端的汽車架構(gòu)不足之處在于：

a.效率低下：每個系統(tǒng)都在開發(fā)各自的控制器，車輛控制單元數(shù)量劇烈增加。

b.維護困難：系統(tǒng)與系統(tǒng)間，控制器與控制器間信號接口復(fù)雜，匹配困難。

c.低復(fù)用性：零件及系統(tǒng)缺少前期完整規(guī)劃，產(chǎn)品復(fù)用率低。

而現(xiàn)今激烈的市場競爭則需要整車廠在復(fù)雜的功能以及繁多的零件中找到穩(wěn)定的電子電氣系統(tǒng)，建設(shè)起具有完備功能安全的電氣結(jié)構(gòu)，同時要求其具有穩(wěn)定的可拓展性。

3 簡易電子電器架構(gòu)開發(fā)

3.1 電子電氣架構(gòu)開發(fā)的意義

電子架構(gòu)開發(fā)意義在于成熟的架構(gòu)有助于平衡多個開發(fā)目標(biāo)（成本、重量、質(zhì)量等）?？梢越⒊墒炜煽康碾娮与姎馄脚_，擁有強大的沿用性與可拓展性。

3.2 簡易的電子電氣架構(gòu)分類

簡易的電子電氣架構(gòu)開發(fā)可以分類為三大部分：物理架構(gòu)設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計以及功能架構(gòu)設(shè)計。

物理架構(gòu)設(shè)計包含硬件拓?fù)湓O(shè)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(fā)送到總線上來進行共享。

線束拓?fù)湓O(shè)計;線束拓?fù)湓O(shè)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(tǒng)傳輸?shù)絺鬏斬?fù)載。

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計包含網(wǎng)絡(luò)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(gòu)設(shè)計包含明確的功能需求，潛在的功能需求。在開發(fā)功能時我們通?？紤];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?shù)惹闆r。為了便于梳理繁雜的電氣功能，一般高階的電子架構(gòu)將功能集合為域單位進行開發(fā)，而從功能到零件是架構(gòu)開發(fā)的一貫宗旨。

3.3 簡易的汽車電子架構(gòu)開發(fā)流程

通常的我們可以將簡易的架構(gòu)開發(fā)流程分為四部分。分別為：需求開發(fā)，架構(gòu)開發(fā)系統(tǒng)開發(fā)，系統(tǒng)驗證。

在進行需求開發(fā)時，架構(gòu)開發(fā)者應(yīng)注重以下四個方面的開發(fā)重點。

a.對標(biāo)車型分析：架構(gòu)開發(fā)者在對標(biāo)車型分析時應(yīng)弄清楚對標(biāo)車的功能配置，功能分析，電氣系統(tǒng)排布及網(wǎng)絡(luò)信號排布。

b.市場需求分析：架構(gòu)開發(fā)者應(yīng)細(xì)分清楚相關(guān)車型的市場法法規(guī)要求。

c.客戶需求分析：架構(gòu)開發(fā)者應(yīng)能從市場方獲得反饋，明白客戶的用車需求。

d.產(chǎn)品特性分析：架構(gòu)開發(fā)者需要從車輛的配置功能表需求表出發(fā)，將車輛需求的功能分配的各個功能域，之后確認(rèn)各個功能間的約束條件，制定功能詳細(xì)的規(guī)范以及相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)安全策略，最后落實到硬件上面。

在進行架構(gòu)開發(fā)時，架構(gòu)開發(fā)者應(yīng)注意以下四個方面的開發(fā)重點。

a.功能方案開發(fā)：架構(gòu)開發(fā)者編制相應(yīng)的功能需求，以及相應(yīng)功能的網(wǎng)絡(luò)安全策略釋放給相應(yīng)的供應(yīng)商，并對硬件的接口做出統(tǒng)一的要求。

b.邏輯架構(gòu)模型開發(fā)：架構(gòu)開發(fā)者應(yīng)進行架構(gòu)模型開發(fā)，對整車廠現(xiàn)有的功能邏輯進行梳理，并能夠進行功能變形。

c.物理架構(gòu)開發(fā)：架構(gòu)開發(fā)者應(yīng)能設(shè)計或者主導(dǎo)設(shè)計電源分配以及接地點設(shè)計方案，保險絲盒及能源分配方案，能夠參與線束設(shè)計。

d.網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)開發(fā)：在進行網(wǎng)絡(luò)開發(fā)時架構(gòu)開發(fā)者應(yīng)對拓?fù)湓O(shè)計，矩陣編制，網(wǎng)絡(luò)通訊策略 進行制定，對CAN網(wǎng)路接口，供應(yīng)商能力，元器件選型進行評估。

在進行系統(tǒng)開發(fā)時，架構(gòu)開發(fā)者應(yīng)注意以下三個方面的開發(fā)重點。

a.系統(tǒng)功能規(guī)范：根據(jù)整車需求編制整車級功能規(guī)范，根據(jù)子系統(tǒng)要求編寫單個零件功能規(guī)范，組織相關(guān)零件區(qū)域?qū)帉懙墓δ芤?guī)范進行評審鎖定留檔。

b.電器系統(tǒng)開發(fā)：電器系統(tǒng)設(shè)計要素包括線束原理設(shè)計，元器件ICD審核，線束圖紙設(shè)計，整車線束走向設(shè)計，接口電路校核以及線束拓?fù)浞桨冈O(shè)計。

c.系統(tǒng)架構(gòu)評審：組織相關(guān)區(qū)域?qū)＜覍σ陨衔臋n進行評審。

在進行系統(tǒng)驗證的時，架構(gòu)開發(fā)者應(yīng)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(jié)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(jié)點診斷協(xié)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(tài)測試;靜態(tài)測試主要包括各系統(tǒng)及模塊的功能測試，整車及零部件HIL在環(huán)測試及驗證，系統(tǒng)及模塊的靜態(tài)電流測試，整車環(huán)模的相關(guān)測試。

d.整車路試測試：包括整車動態(tài)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(gòu)要求下的簡易域融合控制器

架構(gòu)發(fā)展初期，智能駕駛的功能依托于多個主動安全相關(guān)控制器來實現(xiàn)。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(qū)監(jiān)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(xiàn)。早期技術(shù)方案

隨著汽車電子架構(gòu)發(fā)展，功能域的概念進入大眾視野，主動安全的相關(guān)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(huán)境信息，對外部環(huán)境信息進行統(tǒng)一的決策，然后通過CAN總線/LVDS將相關(guān)的處理信息發(fā)送至相關(guān)控制器。相關(guān)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(wǎng)絡(luò)信號復(fù)雜程度，同時域控制器有益于整車輕量化，能夠提高整車質(zhì)量，方便后續(xù)故障定位以及整車維修。

按照后續(xù)整車電子架構(gòu)的發(fā)展，將會越來越多的域控制器出現(xiàn)。整車廠與零部件供應(yīng)鏈必將掀起新一輪的革新浪潮。

參考文獻：

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