余世運，孟胥里

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

引言

傳統(tǒng)汽車時代“三大件”定義汽車，而當(dāng)前的客戶更關(guān)注汽車的智能化和網(wǎng)聯(lián)化需求，這些智能控制需求使得新時代汽車上的電控單元ECU暴增到數(shù)十個，加上各種智能傳感器或執(zhí)行器其數(shù)量甚至達(dá)到上百個以上。為了實現(xiàn)不同格式不同類別的數(shù)據(jù)傳輸需求，總線形式也越來越多樣化，傳統(tǒng)汽車總線形式只有一種或者兩種，智能網(wǎng)聯(lián)汽車可能存在七八種總線形式，對應(yīng)不同的通訊速率和數(shù)據(jù)格式，以適應(yīng)新功能的特殊需求。同時電氣電子系統(tǒng)的網(wǎng)聯(lián)化使得一些新功能的實現(xiàn)成為現(xiàn)實，如車載網(wǎng)聯(lián)信息系統(tǒng)和駕駛輔助系統(tǒng)等，這些功能的增加導(dǎo)致了汽車電氣電子系統(tǒng)的高復(fù)雜性，電氣架構(gòu)的復(fù)雜程度隨之提高，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞脑O(shè)計直觀展示了各個控制器之間的通訊方式，對信號傳遞路徑、診斷配置路徑和軟件刷新路徑有著直觀的顯示，合理的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵W(wǎng)絡(luò)性能、信息安全和成本有著重大影響。

1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涠x

汽車電氣網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚褪擒囕v控制器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和節(jié)點間相互連接形成的關(guān)聯(lián)關(guān)系。作為網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點，至少需要和網(wǎng)絡(luò)上的1個節(jié)點進行連接。車輛電子設(shè)備和控制器種類繁多，通訊的數(shù)據(jù)格式、延時限值及速率有著不同的要求。根據(jù)整車配置定位及控制器間的通信關(guān)系和需求，選擇合適的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫钦囯娮与娖骷軜?gòu)方案開發(fā)的重要基礎(chǔ)。

2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)漕愋?/h2>

常用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆行切屯負(fù)洹⒖偩€拓?fù)?、環(huán)形拓?fù)浜蜆湫瓮負(fù)?，不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)著不同的優(yōu)缺點，適用于不同的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方案及不同的信號通訊診斷需求，常用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 常見網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

目前由于新的電氣功能對總線需求越來越多，單一的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)已經(jīng)不能滿足整車電氣架構(gòu)需求，由兩種或者多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組成的混合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)成為趨勢。某種混合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 混合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

3 總線類型

為了實現(xiàn)各個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間或各個子系統(tǒng)之間相互通信需求和診斷需求，需要在節(jié)點或者子系統(tǒng)之間配置與需求相匹配的總線類型。選擇的總線類型必須要考慮數(shù)據(jù)傳輸速率、延時率、可靠性和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)量限制，還要考慮成本包含線束成本和控制器成本，同時考慮控制器的技術(shù)開發(fā)能力。常用的總線類型特性如表1所示。

表1 總線特性表

4 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計原則

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞脑O(shè)計應(yīng)該根據(jù)車型的定位及配置規(guī)劃，首先選擇合適的主干網(wǎng)絡(luò)，重點考慮節(jié)點數(shù)量和總線負(fù)載率，兼顧成本。出于信息安全考慮，OBD診斷口和遠(yuǎn)程控制器盡量不直接接入整車網(wǎng)絡(luò)，可以在網(wǎng)關(guān)節(jié)點增加防火墻功能后接入網(wǎng)關(guān)，由網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)信號路由傳遞。同時考慮容易暴露出來的節(jié)點盡量不接入主干網(wǎng)絡(luò)，避免外界設(shè)備非法入侵或者發(fā)生碰撞時不至于影響主干網(wǎng)絡(luò)正常運行。有功能安全的節(jié)點盡可能減少，特別是ASIL安全等級要求比較高的節(jié)點，盡量把相關(guān)需求集中到同一個或者少數(shù)幾個控制器，功能安全等級越高對成本的壓力越大。

目前比較流行的域結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲饕攸c是按照功能將整車電器劃分為若干個域，一般分為動力域、底盤域、車身域、娛樂域和安全域，每個域都配置一個域控制器，域控制器作為網(wǎng)關(guān)使用負(fù)責(zé)跨域的信息傳遞，域控制器之間由整車主干網(wǎng)絡(luò)進行連接，其他控制器節(jié)點在各個域內(nèi)進行信息傳遞，可以更好地進行總線隔離和功能封裝。

5 典型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞桨附馕?/h2>

以電氣架構(gòu)設(shè)計的明星產(chǎn)品特斯拉 Model 3網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錇槔撾姎饧軜?gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜诵氖且粋€自動駕駛及娛樂模塊外加兩個左右車身控制器，自動駕駛及娛樂控制模塊徹底接管了所有自動駕駛功能和屏顯信息娛樂功能，左車身控制器類似于傳統(tǒng)汽車的集成網(wǎng)關(guān)連接底盤和電源分配，右車身控制器兼顧低速輔助駕駛功能，整個電氣網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫峭ㄟ^BCM左、BCM右和配電盒三個主塊和Autopilot/娛樂系統(tǒng)進行組合連接。該車型電氣架構(gòu)拓?fù)涫强偩€拓?fù)?、星型拓?fù)浜涂偩€拓?fù)浼傻幕旌贤負(fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用了CAN/CANFD/LIN/Ether- net/LVDS多種總線形式，同時應(yīng)用了域控制器的方案，但域的劃分著重考慮了控制器的物理空間，降低線束成本。

特斯拉這套電氣架構(gòu)拓?fù)湎到y(tǒng)打破了原有通用的設(shè)計思想，大量的功能在都在有限的控制器上實現(xiàn)，核心控制器全部自行開發(fā)，真正地深入零部件層面進行整車正向開發(fā)，大量的功能都在有限的控制器上實現(xiàn)，可以最大限度地把開發(fā)周期縮短，特別是軟件開發(fā)迭代自主化以后，OTA過程所要面對的ECU數(shù)量盡量減少，OTA的可靠性得到保證，為實現(xiàn)自動駕駛軟件升級和軟件付費服務(wù)打下了堅實的基礎(chǔ)。但是這套電氣架構(gòu)拓?fù)湎到y(tǒng)開發(fā)風(fēng)險巨大，需要主機廠具有強大的軟件開發(fā)能力，從零部件手上接管所有的軟件開發(fā)工作，需要吸收掌握多個成熟模塊的開發(fā)能力，要求系統(tǒng)魯棒性足夠，否則后期維護難度非常大。

圖3 特斯拉Model 3網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

6 總結(jié)

目前汽車電子電器領(lǐng)域飛速發(fā)展，智能網(wǎng)聯(lián)和自動駕駛汽車離我們越來越近，汽車不只作為交通工具出現(xiàn)在我們的生活中，V2X的實現(xiàn)必然會導(dǎo)致整車電氣拓?fù)涓訌?fù)雜，但 是網(wǎng)絡(luò)性能、信息安全和整車成本的壓力要求在電氣拓?fù)湓O(shè)計時必須綜合考慮，混合式多總線形式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)漸漸成為主流設(shè)計。結(jié)合車型定位及自身工程開發(fā)能力，選擇合適的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，適時考慮引進新技術(shù)新方案對電氣架構(gòu)拓?fù)溥M行迭代升級已經(jīng)成為重中之重。