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汽车域控制器的前世、今生与未来

汽车域控制器的前世、今生与未来

  • 分类:行业洞察
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  • 发布时间:2020-09-22
  • 访问量:0

汽车域控制器的前世、今生与未来

【概要描述】

  • 分类:行业洞察
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随着智能网联汽车的快速发展,整车信息量大幅增加和汽车智能化需求共同推动了汽车电子电气架构升级演进,汽车架构从分布式-域集中式-中央计算式逐渐进化,当前正处于分布式向域集中式过渡阶段,从全车100余ECU到5个DCU,控制功能迅速集中,作为整车区域功能决策中心的域控制器逐渐走上历史舞台。

图1:博世划分的电子电器架构演进路线

来源:网络资料

一、前世:分布式ECU

ECU(Electronic Control Unit)名为电子控制单元,是汽车专用微机控制器,核心作用是接收来自传感器的信息、进行处理、输出相应的控制指令给到执行器执行,以控制汽车的行驶状态以及实现其各种功能。传统的汽车电子电气架构均为分布式,整车中各 ECU 通过CAN和LIN总线连接成网络。随着车辆的电子化程度逐渐提高,ECU迅速渗透至汽车各个部分,从防抱死制动系统、四轮驱动系统、电控自动变速器、主动悬架系统、安全气囊系统,逐渐延伸到了车身安全、网络、娱乐、传感控制系统等。同时汽车ECU数量迅速增加,高端车型里的ECU平均达到50-70个,个别车型EC数量超过100。

图2:大众品牌汽车整车ECU分布

来源:国泰君安证券

随着车载传感器数量越来越多,传感器与ECU一一对应使得车辆整体性能下降,线路复杂性也急剧增加,同时分布式ECU架构在自动驾驶功能实现上面临诸多技术瓶颈, 此时 DCU(域控制器)和 MDC(多域控制器)应运而生,以更强大的中心化架构逐步替代了分布式架构。

二、今生:域控制器走上舞台

域控制器(DCU,Domain Control Unit)的概念最早是由以博世、大陆为首的Tier1提出,它的出现是为了解决信息安全,以及ECU瓶颈的问题。域控制器因为有强大的硬件计算能力与丰富的软件接口支持,使得更多核心功能模块集中于域控制器内,系统功能集成度大大提高,这样对于功能的感知与执行的硬件要求降低。加之数据交互的接口标准化,外围零件未来只需关注本身基本功能(标准零件),而中央域控制器则负责系统级功能实现。

图3:伟世通将仪表ECU和车机ECU整合为座舱域控制器SmartCore

来源:网络资料

域控制器从功能角度划分,可分为5大类:动力域(安全)、底盘域(车辆运动)、座舱域/智能信息域(娱乐信息)、自动驾驶域(辅助驾驶)和车身域(车身电子),这五大域控制模块较为完备的集成了L3及以上级别自动驾驶车辆的所有控制功能。

图4:博世域控制器电子架构

来源:网络资料

1.动力域(安全)

动力域控制器是一种智能化的动力总成管理单元,借助CAN/FLEXRAY实现变速器管理、引擎管理、电池监控、交流发电机调节。其优势在于为多种动力系统单元(内燃机、电动机/发电机、电池、变速箱)计算和分配扭矩、通过预判驾驶策略实现CO2减排、通信网关等,主要用于动力总成的优化与控制,同时兼具电气智能故障诊断、智能节电、总线通信等功能

2.底盘域(车辆运动)

底盘域是与汽车行驶相关,由传动系统、行驶系统、转向系统和制动系统共同构成。传动系统负责把发动机的动力传给驱动轮,可以分为机械式、液力式和电力式等,其中机械式传动系统主要由离合器、变速器、万向传动装置和驱动桥组成、液力式传动系统主要由液力变矩器、自动变速器、万向传动装置和驱动桥组成;行驶系统把汽车各个部分连成一个整体并对全车起支承作用,如车架、悬架、车轮、车桥都是它的零件;转向系统保证汽车能按驾驶员的意愿进行直线或转向行驶;制动系统给汽车车轮上施加一定的与汽车行驶方向相反的外力,对汽车进行一定程度的强制制动,其功用是减速停车、驻车制动。

3.座舱域/智能信息域(娱乐信息)

传统座舱域是由几个分散子系统或单独模块组成,这种架构无法支持多屏联动、多屏驾驶等复杂电子座舱功能,因此催生出座舱域控制器集中式的计算平台。智能座舱的构成主要包括全液晶仪表、大屏中控系统、车载信息娱乐系统、抬头显示系统、流媒体后视镜等,核心控制部件是域控制器。座舱域控制器通过以太网/MOST/CAN实现抬头显示、仪表盘、导航等部件的融合,不仅具有传统座舱电子部件,还进一步整合智能驾驶ADAS系统和车联网V2X系统,从而进一步优化智能驾驶、车载互联、信息娱乐等功能。

4.自动驾驶域(辅助驾驶)

应用于自动驾驶领域的域控制器能够使车辆具备多传感器融合、定位、路径规划、决策控制的能力,通常需要外接多个摄像头、毫米波雷达、激光雷达等设备,完成的功能包含图像识别、数据处理等。自动驾驶域控制器需要匹配不同算力的核心处理器,从而提供自动驾驶不同等级对计算能力的要求,目前业内有NVIDIA、华为、瑞萨、NXP、TI、Mobileye、赛灵思、地平线等多个方案。汽车通过激光雷达、毫米波雷达、摄像头、GPS、惯导等车载传感器来采集周围环境数据,域控制器对感知数据进行算法处理、决策,并将车辆行驶控制信号传输至执行机构,以控制汽车横纵向运动。

5.车身域(车身电子)

随着整车发展,车身控制器越来越多,为了降低控制器成本,降低整车重量,集成化需要把所有的功能器件,从车头、车中间和车尾三部分如后刹车灯、后位置灯、尾门锁、甚至双撑杆统一连接到一个总的控制器里面。车身域控制器从分散化的功能组合,逐渐过渡到集成所有车身电子的基础驱动、钥匙功能、车灯、车门、车窗等的大控制器。车身域控制系统综合灯光、雨刮洗涤、中控门锁、车窗控制;PEPS 智能钥匙、低频天线、低频天线驱动、电子转向柱锁、 IMMO天线;网关的CAN、可扩展CANFD和FLEXRAY、LIN网络、以太网接口;TPMS和无线接收模块等进行总体开发设计。

三、未来:域控制器走向中央控制器时代

如图1所示,以域控制器为核心单元的集中式电子电气架构继续演进,将成为集成化程度更高的车辆集中式电子电气架构——Vehicle computer and zone concept(车载电脑),未来车辆通过用高性能的中央计算单元取代现在的分布式计算的架构,将实现“软件定义车辆”的目标。最终,车载中央计算平台有望最后走向终极阶段——车云计算(Vehicle cloud computing),实现汽车的云、端协作,提供强大丰富的智能应用以及驾驶功能。

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