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传统动力电控

域控制器软件开发

发布时间:2022-09-27 11:36:56 来源:新利18官网登录网址 作者:新利18官网手机版下载

  最近几年汽车电子领域有一个概念异常火爆那就是域控制器。今天就从三个方面来介绍一下域控制器分别是什么是域控制器为什么要引入域控制器座舱域控制器简介。

  什么是域控制器呢简单来说就是把功能相近的多个传统ECU集中到一个算力和资源都很强大的控制器里这个控制器被称为域控制器所以这里的域指的是功能域。该控制器需要包含多个传统ECU的功能每个传统ECU对应域控制器里的一个或多个应用程序而控制执行器的底层驱动由域控制器统一管理。

  常见的域控制器有动力总成域控制器车身域控制器底盘域控制器辅助驾驶域控制器座舱域控制器(或者信息娱乐域控制器)。

  1.随着汽车电子化程度越来越高车上的ECU数量也越来越多奥迪A8上的ECU数量已经超过一百个。如此多的ECU它们之间还要相互通信让这么多ECU在整车上有条不紊地协调工作有非常大的挑战。传统的做法是车上需要增加一个新的功能时就需要增加一个ECU比如驾驶辅助系统就包括前向碰撞预警ECU、交通识别ECU、辅助泊车ECU等。加入一个新的ECU势必会打破整车原有的网络拓扑结构也会给整车线束布置带来新的挑战。引入域控制器后可以大量减少ECU的数量域控制器之间通过CAN FDFlecray或者车载以太网等高速率总线c;如此可以降低整车网络拓扑的复杂性同时也能减少整车线束数量。而且域控制器具有良好的扩展性需要引入新功能时只需要在现有的域控制器上开发即可OTA空中下载功能也让车载软件更新更加便捷。

  2.随着ADAS和娱乐信息系统的飞速发展车载ECU需要处理越来越多的数据(交通标志高精地图个性化多媒体等数据)同时对ECU的运算能力也有了更高的要求传统的ECU已经不能满足日益增长的数据处理和运算能力的需求。此时把高性能的Soc(片上系统)引入到车载控制器上也就顺理成章了Soc具有多个处理核心(四核或八核)拥有MCU无法比拟的运算能力同时Soc可以配合片外DDR RAM和EMMC或UFS使用为大量数据的处理和存储成为可能。

  3.随着软件在整车中的比重越来越高各大OEM都意识到自己开发核心软件的重要性纷纷成立了自己的软件研发中心或子公司在域控制器领域成功突破的OEM将来留给零部件供应商的业务只有应用软件开发了。每个OEM都想在域控制器领域抢占先机当然各大零部件供应商也不甘示弱最后会是一个OEM和供应商合作与竞争并存的局面。

  最后来简单介绍一下座舱域控制器也称为信息娱乐域控制器。主要涵盖数字液晶仪表中控娱乐屏副驾和后座娱乐屏HUD等。根据OEM的具体需求所包含的部件类型和数量会有所不同。

  一般的座舱域控制器会采用两个处理芯片一个MCU和一个Soc。MCU一般采用Classic Autosar架构通过整车网络(Flexray, CAN, LIN等)与其他零部件进行数据交换以及管理域控制器的电源状态。Soc端可以通过Hypevisor运行两个操作系统Qnx(或Linux)与安卓。Qnx用来处理对实时性和安全等级比较高的功能比如液晶仪表、HUD等。而安卓主要用来处理对扩展性要求比较高的功能比如导航、车辆设置、多媒体播放等功能需要增加新的功能时只需要安装一个APP即可。MCU和Soc之间有一些数据需要交互例如中控屏上的一些设置需要先把信号传送给MCU再由MCU通过整车网络发送给其他零部件MCU从整车网络接收到的一些状态信息也需要先发送给Soc再由Soc显示到液晶仪表或者中控娱乐屏上比如车速、Telltale、电池电量、空调状态等信息。

  MCU和Soc之间的通信方式由供应商或者OEM自己来定义如果从传输速率和经济性两个方面考虑SPI是一个比较好的选择。

  以上就是对智能座舱的分享如果觉得有用可以关注微信公众号“日拱一卒不期而至”可以获得更多相关分享。

  过去十多年的汽车智能化和信息化发展产生了一个显著结果就是ECU芯片使用量越来越多。从传统的引擎控制系统、安全气囊、防抱死系统、电动助力转向、车身电子稳定系统再到智能仪表、娱乐影音系统、辅助驾驶系统还有电动汽车上的电驱控制、电池管理系统、车载充电系统以及蓬勃发展的车载网关、T-BOX和自动驾驶系统等等。

  传统的汽车电子电气架构都是分布式的如下图2-1汽车里的各个ECU都是通过CAN和LIN总线c;现代汽车里的ECU总数已经迅速增加到了几十个甚至上百个之多整个系统复杂度越来越大几近上限。在今天软件定义汽车和汽车智能化、网联化的发展趋势下这种基于ECU的分布式EEA也日益暴露诸多问题和挑战。

  为了解决分布式EEA的这些问题人们开始逐渐把很多功能相似、分离的ECU功能集成整合到一个比ECU性能更强的处理器硬件平台上这就是汽车“域控制器Domain Control UnitDCU”。域控制器的出现是汽车EE架构从ECU分布式EE架构演进到域集中式EE架构如图2-2所示的一个重要标志。

  域控制器是汽车每一个功能域的核心它主要由域主控处理器、操作系统和应用软件及算法等三部分组成。平台化、高集成度、高性能和良好的兼容性是域控制器的主要核心设计思想。依托高性能的域主控处理器、丰富的硬件接口资源以及强大的软件功能特性域控制器能将原本需要很多颗ECU实现的核心功能集成到进来极大提高系统功能集成度再加上数据交互的标准化接口因此能极大降低这部分的开发和制造成本。

  2018年基于德尔福提供的域控制器技术奥地利TTTech公司开发的zFAS控制器率先应用在奥迪A8当中。伟世通公司则推出了SmartCore域控制器集成信息娱乐、仪表板、信息显示、HUD、ADAS等功能。这些产品开创了商用功能域控制器产品之先河全球各大Tier 1供应商纷纷跟进整个域控制器市场逐渐发展起来。

  在国内市场华为、德赛西威、航盛电子、东软等企业也推出了DCU解决方案并得到了国内车企的采用。比如2020年小鹏汽车推出的智能轿跑P7就采用了德赛西威基于英伟达Xavier打造的自动驾驶域控制器产品——IPU03。

  整个汽车行业普遍认为域控制器是汽车电子行业未来竞争门槛最高的部分因此利润也最高芯片厂商和核心算法供应商将会受益。

  更多更好的ADAS功能和智能座舱与信息娱乐功能一直是推动域控制器市场快速增长的主要因素这些新功能能明显提高整车的科技感和用户体验因此也是主机厂开发新车型时的投入重点。L1到L2级别之间的ADAS应用是这几年发展非常快很多功能都正在快速普及比如停车辅助、车道偏离预警、自适应巡航、碰撞避免、盲点侦测、驾驶员疲劳探测等。

  域控制器需要一颗性能更强、集成度越高的主控处理器来作为其大脑更多原本通过分离ECU实现的功能现在可以放到域主控处理器上来实现也因此就能更加节省功能域里所需的ECU用量和其它硬件资源。更高的集成度可以更主机厂供应链管理实现ADAS域控和相关零部件平台化和标准化的要求。

  汽车E/E架构的演进和发展也深刻影响了主机厂和汽车电子供应商的供应关系。主机厂的核心竞争力从以前的机械制造为主全面转向软件和算法为重点。预计未来整车厂与Tier 1供应商之间将可能有两种合作模式

  其一Tier 1负责域控制器硬件设计和生产以及中间层Middleware软件部分。整车厂负责自动驾驶软件部分。Tier 1的优势在于以合理的成本将产品生产出来并且加速产品落地因此整车厂和Tier 1进行合作生产方式是必然前者负责自动驾驶软件部分后者负责硬件生产、中间层以及芯片方案整合。这种模式下在项目立项时整车厂又可能跨过Tier 1直接与芯片厂商确定方案的芯片选型。

  其二Tier 1自己与芯片商合作做方案整合后研发中央域控制器并向整车厂销售例如大陆ADCU、采埃孚ProAI、麦格纳MAX4等。

  座舱智能化的实质是基于汽车驾驶舱中的人机交互场景将驾驶信息与娱乐信息两个模块进行集成为用户提供高效的、直观的、充满未来科技感的驾驶体验。智能座舱的设计诉求主要是用于提升用户的驾乘体验同时还要保证用户驾乘的安全性和舒适性最终实现汽车作为人们工作和家庭场景以外的第三生活空间这一终极目标。

  HUD是非常实用的功能将ADAS和部分导航功能投射到挡风玻璃上诸如ACC、行人识别、LDW、路线提示、路口转弯提示、变道提示、剩余电量、可行驶里程等。HUD将很快会演变为AR HUD在L3和L4时代成为标配。

  另外多模态交互技术的蓬勃发展将会极大改变用户与汽车的交互模式。基于语音识别功能的语音交互技术越来越普及常用于跟IVI系统的交互操作。进一步还能通过语音来对驾驶员进行情绪状态分析。当DMS系统检测到驾驶员昏昏欲睡时系统可以通过播放音乐或者释放香味来唤醒驾驶员基于多场景下的汽车座舱多模态交互技术未来一定会重新定义人机交互技术的发展。

  所有这些智能座舱新技术的发展都将推动对座舱域计算资源需求的暴增。

  智能座舱域控制器领域全球Tier 1厂商主要包括博世、大陆汽车、哈曼、伟世通和Aptiv安波福等。中国本土企业主要有德赛西威、航盛和东软睿驰等。

  ADAS域控制器通常需要连接多个摄像头、毫米波雷达、激光雷达等传感器设备要具备多传感器融合、定位、路径规划、决策控制、无线通讯、高速通讯的能力要完成包含图像识别、传感器数据处理等诸多功能因此要完成大量运算域控制器一般都要匹配一个核心运算力强的处理器能够提供自动驾驶不同级别算力的支持目前业内有NVIDIA、华为、瑞萨、NXP、TI、Mobileye、赛灵思、地平线等多个方案。

  自动驾驶技术目前是全球科技行业最前沿的方向。L1到L2级别的辅助驾驶技术和功能已经日趋成熟搭载ADAS功能和应用的很多车型开始进入大规模量产。可以遇见L1/L2级别ADAS功能的市场渗透率将快速提升而L3/L4级别自动驾驶系统仍处于小规模原型测试阶段。

  当今的自动驾驶行业中国市场绝对是主力。今年中国L2的搭载量预计突破80万中国品牌占据绝大部分份额。未来中国市场ADAS功能的渗透率还将持续快速提高中低端汽车所配置的ADAS功能将逐步增多。根据艾瑞咨询研究报告显示预计2025年ADAS功能在乘用车市场可以达到65%左右的渗透率。L3级别的高速自动领航HWP功能和L4级别的AVP自动泊车功能目前车型渗透率较低未来提升空间较大。

  ADAS域控制器正在从过去的分布式系统架构演变到域集中式架构。过去一套ADAS系统要有好几个独立的ECU才能实现比如车道偏移和交通识别ECU、前向碰撞预警ECU、泊车辅助ECU等。现在有了功能强大的集中式ADAS域控制器后一个域控制器就实现了所有功能。系统的软硬件复杂度大大降低可靠性也得到了提高。

  目前业内提供ADAS域控芯片平台的有NVIDIA、华为、瑞萨、NXP、TI、Mobileye以及国内本土的地平线和黑芝麻等多个方案。下表2-2总结了全球主要ADAS域控制器厂商及其客户和伙伴信息。

  域控制器的兴起对传统的汽车MCU厂商造成了极大的挑战“因为MCU使用量将大大减少传统的MCU产品其演进路线将不复存在”。

  在分布式ECU时代计算和控制的核心是MCU芯片传输的基础核心是基于传统的CAN、LIN和FlexRay等低速总线。但在域控制器时代高性能、高集成度的异构SoC芯片作为域的主控处理器将成为域控制器的计算与控制的核心芯片。而汽车TSNTime-Sensitive Network以太网因为具有高带宽、实时和可靠的数据通信能力等特点必将成为整车通信的核心基础设施尤其是域主控处理器之间的通信主干网。

  下面我们来简单分析一下域控制器以及核心的主控处理器的一些关键技术和趋势。

  总的来说对算力的需求提升一直是域控制器核心芯片发展的主要推动力。一方面原本由多个ECU完成的功能现在需要依靠单一的域主控处理器来完成并且还需要管理和控制所连接的各种传感器与执行器等。比如底盘、动力传动系统和车身舒适电子系统的域主控处理器其算力需求大约在10000DMIPS-15000DMIPS左右。

  新的智能汽车除了要更多的与人交互外更需要大量的对环境进行感知这就需要计算和处理海量的非结构化数据因此座舱域和自动驾驶域都要求高性能的CPU比如就座舱仪表的CPU算力而言它其实跟一部高端智能手机的CPU算力差不多约为50000DMIPS左右。此外为了支持L2辅助驾驶功能或者更高级别的自动驾驶功能需要运行很多视觉DNN模型算法这就又额外需要上百TOPS的AI算力。

  所以各芯片厂商总是会尽量使用更先进的制程工艺、更先进的CPU核于与NPU核来尽量提高域主控芯片的CPU核心性能与NPU性能。

  伴随着AI技术在视觉领域的应用基于视觉的自动驾驶方案逐渐兴起这就需要在CPU的基础上加装擅长视觉算法的GPU芯片从而形成“CPUGPU”的解决方案。不过“CPUGPU”组合也并非最优解决方案因为 GPU 虽然具备较强的计算能力但成本高、功耗大由此又逐步引入了FPGA和 ASIC 芯片。

  从功能层面上域控制器会整合集成越来越多的功能。比如动力系统域可能把发动机的控制、电机控制、BMS、车载充电机的控制组合在一起。有些主机厂甚至直接一步到位将底盘、动力传动以及车身三大功能域直接整合成一个“整车控制域Vehicle Domain ControllerVDC”。

  原本需要多个ECU实现的多个功能都整合到域控制器上后势必会导致域控制器的软件更为复杂这势必会导致整个软件系统的出错概率增加、可靠性下降。而且多个应用混合运行在同一个操作系统上经常会出现故障传播Failure Propagation也就是一个应用出现问题后会使得整个系统底层软件和硬件都处于紊乱状态从而导致其它原本正常的应用也会开始出现故障。因此通过硬件虚拟化技术对硬件资源进行分区Partition使得各个功能对应的软硬件之间互相隔离Isolation以此保证整个系统的可靠性。

  另一方面在汽车电子系统中通常不同的应用其对实时性要求和功能安全等级要求都不同。例如根据ISO 26262标准汽车仪表系统与娱乐信息系统属于不同的安全等级具有不同的处理优先级。汽车仪表系统与动力系统密切相关要求具有高实时性、高可靠性和强安全性要求运行在底层实时操作系统上比如QNX。而信息娱乐系统主要为车内人机交互提供控制平台追求多样化的应用与服务以Linux和Android为主。为了实现混合安全等级的应用实现不同的操作系统运行在同一个系统上这就需要虚拟化技术的支持。

  车载硬件虚拟化技术的核心是Hypervisor它是一种运行在物理服务器和操作系统之间的中间层软件可以允许多个不同虚机上的操作系统和应用共享一套基础物理硬件。当系统启动时首先运行Hypervisor由它来负责给每一台虚拟机分配适量的内存、CPU、网络、存储以及其它硬件资源等等也就是对硬件资源进行分区最后加载并启动所有虚拟机的客户操作系统。

  一句话总结一下基于Hypervisor的优点它提供了在同一硬件平台上承载异构操作系统的灵活性同时实现了良好的高可靠性和故障控制机制, 以保证关键任务、硬实时应用程序和一般用途、不受信任的应用程序之间的安全隔离实现了车载计算单元整合与算力共享。

  功能安全是汽车研发流程中非常关键的要素之一。随着系统复杂性的提高来自系统失效和随机硬件失效的风险日益增加。ISO 26262标准制定的目的就是更好的规范和标准化汽车全生命周期中的功能安全管理和要求包括概念阶段、系统研发、硬件研发、软件研发、生产和操作过程、售后等环节尤其重点在产品设计阶段如何定义和实现功能安全的目标。

  载汽车功能安全标准ISO26262-5 2018 “产品开发硬件层面附录D”中对处理器单元的诊断覆盖率推荐的安全技术措施中双核锁步(dual-core lockstep)、非对称冗余和编码计算是三种典型的硬件冗余技术措施。除此之外硬件BIST、软硬件Self-Test技术、ECC等也是常见的提高处理器安全特性的设计措施。

  双核锁步CPU是一种CPU冗余技术在一个芯片中包含两个相同的处理器一个作为master core一个作为slave core它们执行相同的代码并严格同步master可以访问系统内存并输出指令而slave不断执行在总线;即由主处理器获取的指令。slave产生的输出包括地址位和数据位发送到比较逻辑模块由master和slave总线接口的比较器电路组成检查它们之间的数据、地址和控制线的一致性。检测到任何总线的值不一致时就会发现其中一个CPU 上存在故障但不会确定是哪个CPU故障。

  这种CPU架构使得CPU自检独立于应用软件不需要执行专门的指令集自检实际运行的软件指令在每个时钟都进行比较只需要测试软件用到的CPU资源但这种架构不会对内存和总线c;需要增加单独的检测方法以避免两个CPU的共模故障。

  汽车网络会存在多种通信总线。骨干网未来势必会基于TSN以太网来构建但是从域主控处理器到ECU或者传感器之间的通信则仍然是基于传统的车载低速总线a;CAN、FlexRay等。域主控处理器作为域控制器的核心是所有ECU和传感器通信的汇聚中心。因此如果要依靠CPU的算力来完成不同总线间的协议转换以及跨域通信的网络包处理的线c;势必会占用宝贵的CPU算力资源。

  因此基于硬件来实现网络协议转换处理的网络卸载引擎对于各个域包括中央网关的域主控处理器是非常重要的技术。

  连接性Connectivity是汽车智能化发展的一个很重要的趋势未来的汽车一定会像今天的手机一样随时保持连接到互联网中。因此如何阻止未经授权的网络访问以保护汽车免于受到黑客的攻击对未来的智能汽车而言就会变得极为重要。下一代硬件安全模块Hardware Security ModuleHSM正在成为下一代车载网络通信的重要基础设施之一。

  密钥泄漏问题如果密钥存储在应用程序的代码或数据中很容易被泄漏。所以有必要增加一个硬件模块专门存储密钥。

  Crypto算法加速通过内核来直接进行加密或解密运算会占用大量CPU算力资源。因此有必要通过硬件模块来进行加密解密算法的加速。

  SHESecure Hardware Extension标准是由奥迪和宝马公司合作制定的、针对硬件安全模块HSM的规范它主要包括密码模块的硬件、硬件软件接口。这个规范已被广泛接受很多针对汽车行业的微处理器都支持这个规范。

  ECU原先运行的软件大多数是按照Classic AutoSAR规范开发的软件系统其中的应用软件一般都是静态调度Static Scheduling模式的也即在系统运行时程序中不同功能的函数按照事先定义好的排序文件依次调用、逐个运行。静态调度的优点是资源分配问题都是事先安排好的车辆量产后就不会再改变每个功能对应的函数代码具体运行时间也被提前锁定是确定性的。因此这种设计对于汽车上很多对功能安全要求苛刻的场景是非常适合的。比如决定安全气囊是否打开的功能函数就是固定地每隔几毫秒运行一次以便紧急情况下可以及时打开。

  承载计算和控制的底层硬件从分散的多个ECU集中到多核、异构的高性能域主控处理器后相应的软件也会从分散向集中、从简单向复杂、从静态向动态进化。下图2-7显示了以后汽车域控制器上的典型软件架构

  中间件层操作系统是不做任何与“车”特定相关工作的。为了让域主控处理器在汽车场景下使用需要有很多软件或者中间件用于让域控制器满足汽车的电源管理标准、网络管理标准以及诊断标准等车载域控制器需要比一般工业嵌入式系统有更高的可靠性要求这样就需要在计算机OS基础上再附加对存储和通讯等各方面的安全保护和容错机制同时位了让车载域控制器能够在整车EE架构下运行还需要提供时钟同步、日志跟踪以及服务管理和发现等功能。Adaptive AutoSAR规范定义了运行在Linux或者完全兼容POSIX 1003.1标准RTOS上的这一层与“车”相关的中间件标准而传统运行在POSIX子集的RTOS或者BareMetal模式的中间件规范则由Classic AutoSAR标准定义。

  应用层上层应用基于AutoSAR标准的中间件来进行开发。随着汽车智能化和网联化相关的功能越来多上层应用软件也越来越复杂。位了降低单个应用的整体复杂性我们可以借鉴互联网的面向服务架构SOA的软件设计思想将一个复杂应用拆分多个服务。每个服务实现得尽可能小尽量实现成无状态方式的服务以利于整个系统的开发、测试和软件重用。服务与服务之间通过事件或者消息总线;发布/订阅工作模式来进行通信并降低互相之间的耦合度。通过服务配置来管理服务之间的依赖性、服务的部署和启动以及服务的健康状态检测等。

  汽车以太网给车载系统通信带来一个革命性的变化在中央计算式汽车EE架构下整个车载系统可以被看作是一个分布式网络系统中央计算平台是一个小型服务器集群区域计算平台是边缘计算节点。在互联网或者大型分布式系统中SOA架构设计理念已经被广泛使用了。因此当IP网络技术被广泛应用于汽车后很多在互联网或者分布式计算中已经很成熟的软件技术自然会被借鉴到新的汽车软件架构设计中来比如RPC技术、事件/消息总线、RESTful API设计等。

  大型互联网数据中心中的服务器集群动辄几百、上千台服务器每秒百万、千万级别的并发。车载系统尽管可以被看作是一个分布式网络系统但是它却没有互联网大型服务器系统的高并发特征相反它更注重通信的实时性和可靠性。

  车载系统在物理上是向集中式发展的也就是原来通过多个分散ECU来实现的功能渐渐集中到几个主要的高性能域控制器上。因此尽管在软件设计上我们会尽量按照SOA的思路拆分成一个一个小的服务但是这些服务在部署上其实是集中式的。鉴于这种物理部署上的“集中”与运行时的“分布式”并存的特点因此我们可以通过一系列技术手段来优化服务与服务之间的通信延迟比如通过共享内存技术。这是车载分布式系统与互联网强调高并发特性的分布式系统之间另一个显著的差别。

  域集中式EE架构会是未来相当长一段时间占主要地位的汽车EE架构域控制器作为域集中式EE架构的核心会在整个汽车产业链中占据越来越重要的地位。其相应的芯片和硬件方案、操作系统和算法等将会成为整个产业链各上下游厂家的争夺焦点。

  域控制器( Domain controllerDC)是活动目录的存储位置,安装了活动目录的计算机称为域控制器。在第一次安装活动目录时,安装活动目录的那台计算机就成为域控制器,简称“域控”。域控制器存储着目录数据并管理用户域的交互关系,其中包括用户登录过程、身份验证和目录搜索等。一个域可以有多个域控制器。为了获得高可用性和容错能力,规模较小的域只需两个域控制器,一个实际使用,另一个用于容错性检査;规模较大的域可以使用多个域控制器。

  在对等网模式下任何一台电脑只要接入网络其他机器就都可以访问共享资源如共享上网等。尽管对等网络上的共享文件可以加访问密码但是非常容易被破解。在由Windows 9x构成的对等网中数据的传输是非常不安全的。

  域控制器中包含了由这个域的账户、密码、属于这个域的计算机等信息构成的数据库。当电脑联入网络时域控制器首先要鉴别这台电脑是否是属于这个域的用户使用的登录账号是否存在、密码是否正确。如果以上信息有一样不正确那么域控制器就会拒绝这个用户从这台电脑登录。不能登录用户就不能访问服务器上有权限保护的资源他只能以对等网用户的方式访问Windows共享出来的资源这样就在一定程度上保护了网络上的资源。

  要把一台电脑加入域仅仅和服务器在网上邻居中能够相互“看”到是远远不够的必须要由网络管理员进行相应的设置把这台电脑加入到域中。这样才能实现文件的共享。

  为了解决分布式EEA的这些问题人们开始逐渐把很多功能相似、分离的ECU功能集成整合到一个比ECU性能更强的处理器硬件平台上这就是汽车“域控制器Domain Control UnitDCU”。域控制器的出现是汽车EE架构从ECU分布式EE架构演进到域集中式EE架构如图2-2所示的一个重要标志。

  域控制器是汽车每一个功能域的核心主要由域主控处理器、操作系统和应用软件及算法等三部分组成。平台化、高集成度、高性能和良好的兼容性是域控制器的主要核心设计思想。依托高性能的域主控处理器、丰富的硬件接口资源以及强大的软件功能特性域控制器能将原本需要很多颗ECU实现的核心功能集成到进来极大提高系统功能集成度再加上数据交互的标准化接口因此能极大降低这部分的开发和制造成本。

  过去十多年的汽车智能化和信息化发展产生了一个显著结果就是ECU芯片使用量越来越多。从传统的引擎控制系统、安全气囊、防抱死系统、电动助力转向、车身电子稳定系统再到智能仪表、娱乐影音系统、辅助驾驶系统还有电动汽车上的电驱控制、电池管理系统、车载充电系统以及蓬勃发展的车载网关、T-BOX和自动驾驶系统等等。

  传统的汽车电子电气架构都是分布式的如下图2-1汽车里的各个ECU都是通过CAN和LIN总线c;现代汽车里的ECU总数已经迅速增加到了几十个甚至上百个之多整个系统复杂度越来越大几近上限。在今天软件定义汽车和汽车智能化、网联化的发展趋势下这种基于ECU的分布式EEA也日益暴露诸多问题和挑战。

  为了解决分布式EEA的这些问题人们开始逐渐把很多功能相似、分离的ECU功能集成整合到一个比ECU性能更强的处理器硬件平台上这就是汽车“域控制器Domain Control UnitDCU”。域控制器的出现是汽车EE架构从ECU分布式EE架构演进到域集中式EE架构如图2-2所示的一个重要标志。

  域控制器是汽车每一个功能域的核心主要由域主控处理器、操作系统和应用软件及算法等三部分组成。平台化、高集成度、高性能和良好的兼容性是域控制器的主要核心设计思想。依托高性能的域主控处理器、丰富的硬件接口资源以及强大的软件功能特性域控制器能将原本需要很多颗ECU实现的核心功能集成到进来极大提高系统功能集成度再加上数据交互的标准化接口因此能极大降低这部分的开发和制造成本。

  2018年基于德尔福提供的域控制器技术奥地利TTTech公司开发的zFAS控制器率先应用在奥迪A8当中。伟世通公司则推出了SmartCore域控制器集成信息娱乐、仪表板、信息显示、HUD、ADAS等功能。这些产品开创了商用功能域控制器产品之先河全球各大Tier 1供应商纷纷跟进整个域控制器市场逐渐发展起来。

  在国内市场华为、德赛西威、航盛电子、东软等企业也推出了DCU解决方案并得到了国内车企的采用。比如2020年小鹏汽车推出的智能轿跑P7就采用了德赛西威基于英伟达Xavier打造的自动驾驶域控制器产品——IPU03。

  整个汽车行业普遍认为域控制器是汽车电子行业未来竞争门槛最高的部分因此利润也最高芯片厂商和核心算法供应商将会受益。

  更多更好的ADAS功能和智能座舱与信息娱乐功能一直是推动域控制器市场快速增长的主要因素这些新功能能明显提高整车的科技感和用户体验因此也是主机厂开发新车型时的投入重点。L1到L2级别之间的ADAS应用是这几年发展非常快很多功能都正在快速普及比如停车辅助、车道偏离预警、自适应巡航、碰撞避免、盲点侦测、驾驶员疲劳探测等。

  域控制器需要一颗性能更强、集成度越高的主控处理器来作为其大脑更多原本通过分离ECU实现的功能现在可以放到域主控处理器上来实现也因此就能更加节省功能域里所需的ECU用量和其它硬件资源。更高的集成度可以更主机厂供应链管理实现ADAS域控和相关零部件平台化和标准化的要求。

  汽车E/E架构的演进和发展也深刻影响了主机厂和汽车电子供应商的供应关系。主机厂的核心竞争力从以前的机械制造为主全面转向软件和算法为重点。预计未来整车厂与Tier 1供应商之间将可能有两种合作模式

  • 其一Tier 1负责域控制器硬件设计和生产以及中间层Middleware软件部分。整车厂负责自动驾驶软件部分。Tier 1的优势在于以合理的成本将产品生产出来并且加速产品落地因此整车厂和Tier 1进行合作生产方式是必然前者负责自动驾驶软件部分后者负责硬件生产、中间层以及芯片方案整合。这种模式下在项目立项时整车厂又可能跨过Tier 1直接与芯片厂商确定方案的芯片选型。

  座舱智能化的实质是基于汽车驾驶舱中的人机交互场景将驾驶信息与娱乐信息两个模块进行集成为用户提供高效的、直观的、充满未来科技感的驾驶体验。智能座舱的设计诉求主要是用于提升用户的驾乘体验同时还要保证用户驾乘的安全性和舒适性最终实现汽车作为人们工作和家庭场景以外的第三生活空间这一终极目标。

  HUD是非常实用的功能将ADAS和部分导航功能投射到挡风玻璃上诸如ACC、行人识别、LDW、路线提示、路口转弯提示、变道提示、剩余电量、可行驶里程等。HUD将很快会演变为AR HUD在L3和L4时代成为标配。

  另外多模态交互技术的蓬勃发展将会极大改变用户与汽车的交互模式。基于语音识别功能的语音交互技术越来越普及常用于跟IVI系统的交互操作。进一步还能通过语音来对驾驶员进行情绪状态分析。当DMS系统检测到驾驶员昏昏欲睡时系统可以通过播放音乐或者释放香味来唤醒驾驶员基于多场景下的汽车座舱多模态交互技术未来一定会重新定义人机交互技术的发展。

  所有这些智能座舱新技术的发展都将推动对座舱域计算资源需求的暴增。

  智能座舱域控制器领域全球Tier 1厂商主要包括博世、大陆汽车、哈曼、伟世通和Aptiv安波福等。中国本土企业主要有德赛西威、航盛和东软睿驰等。

  ADAS域控制器通常需要连接多个摄像头、毫米波雷达、激光雷达等传感器设备要具备多传感器融合、定位、路径规划、决策控制、无线通讯、高速通讯的能力要完成包含图像识别、传感器数据处理等诸多功能因此要完成大量运算域控制器一般都要匹配一个核心运算力强的处理器能够提供自动驾驶不同级别算力的支持目前业内有NVIDIA、华为、瑞萨、NXP、TI、Mobileye、赛灵思、地平线等多个方案。

  自动驾驶技术目前是全球科技行业最前沿的方向。L1到L2级别的辅助驾驶技术和功能已经日趋成熟搭载ADAS功能和应用的很多车型开始进入大规模量产。可以遇见L1/L2级别ADAS功能的市场渗透率将快速提升而L3/L4级别自动驾驶系统仍处于小规模原型测试阶段。

  当今的自动驾驶行业中国市场绝对是主力。今年中国L2的搭载量预计突破80万中国品牌占据绝大部分份额。未来中国市场ADAS功能的渗透率还将持续快速提高中低端汽车所配置的ADAS功能将逐步增多。根据艾瑞咨询研究报告显示预计2025年ADAS功能在乘用车市场可以达到65%左右的渗透率。L3级别的高速自动领航HWP功能和L4级别的AVP自动泊车功能目前车型渗透率较低未来提升空间较大。

  ADAS域控制器正在从过去的分布式系统架构演变到域集中式架构。过去一套ADAS系统要有好几个独立的ECU才能实现比如车道偏移和交通识别ECU、前向碰撞预警ECU、泊车辅助ECU等。现在有了功能强大的集中式ADAS域控制器后一个域控制器就实现了所有功能。系统的软硬件复杂度大大降低可靠性也得到了提高。

  目前业内提供ADAS域控芯片平台的有NVIDIA、华为、瑞萨、NXP、TI、Mobileye以及国内本土的地平线和黑芝麻等多个方案。下表2-2总结了全球主要ADAS域控制器厂商及其客户和伙伴信息。

  域控制器的兴起对传统的汽车MCU厂商造成了极大的挑战“因为MCU使用量将大大减少传统的MCU产品其演进路线将不复存在”。

  在分布式ECU时代计算和控制的核心是MCU芯片传输的基础核心是基于传统的CAN、LIN和FlexRay等低速总线。但在域控制器时代高性能、高集成度的异构SoC芯片作为域的主控处理器将成为域控制器的计算与控制的核心芯片。而汽车TSNTime-Sensitive Network以太网因为具有高带宽、实时和可靠的数据通信能力等特点必将成为整车通信的核心基础设施尤其是域主控处理器之间的通信主干网。

  总的来说对算力的需求提升一直是域控制器核心芯片发展的主要推动力。一方面原本由多个ECU完成的功能现在需要依靠单一的域主控处理器来完成并且还需要管理和控制所连接的各种传感器与执行器等。比如底盘、动力传动系统和车身舒适电子系统的域主控处理器其算力需求大约在10000DMIPS-15000DMIPS左右。

  新的智能汽车除了要更多的与人交互外更需要大量的对环境进行感知这就需要计算和处理海量的非结构化数据因此座舱域和自动驾驶域都要求高性能的CPU比如就座舱仪表的CPU算力而言其实跟一部高端智能手机的CPU算力差不多约为50000DMIPS左右。此外为了支持L2辅助驾驶功能或者更高级别的自动驾驶功能需要运行很多视觉DNN模型算法这就又额外需要上百TOPS的AI算力。

  所以各芯片厂商总是会尽量使用更先进的制程工艺、更先进的CPU核于与NPU核来尽量提高域主控芯片的CPU核心性能与NPU性能。

  伴随着AI技术在视觉领域的应用基于视觉的自动驾驶方案逐渐兴起这就需要在CPU的基础上加装擅长视觉算法的GPU芯片从而形成“CPUGPU”的解决方案。不过“CPUGPU”组合也并非最优解决方案因为 GPU 虽然具备较强的计算能力但成本高、功耗大由此又逐步引入了FPGA和 ASIC 芯片。

  从功能层面上域控制器会整合集成越来越多的功能。比如动力系统域可能把发动机的控制、电机控制、BMS、车载充电机的控制组合在一起。有些主机厂甚至直接一步到位将底盘、动力传动以及车身三大功能域直接整合成一个“整车控制域Vehicle Domain ControllerVDC”。

  原本需要多个ECU实现的多个功能都整合到域控制器上后势必会导致域控制器的软件更为复杂这势必会导致整个软件系统的出错概率增加、可靠性下降。而且多个应用混合运行在同一个操作系统上经常会出现故障传播Failure Propagation也就是一个应用出现问题后会使得整个系统底层软件和硬件都处于紊乱状态从而导致其它原本正常的应用也会开始出现故障。因此通过硬件虚拟化技术对硬件资源进行分区Partition使得各个功能对应的软硬件之间互相隔离Isolation以此保证整个系统的可靠性。

  另一方面在汽车电子系统中通常不同的应用其对实时性要求和功能安全等级要求都不同。例如根据ISO 26262标准汽车仪表系统与娱乐信息系统属于不同的安全等级具有不同的处理优先级。汽车仪表系统与动力系统密切相关要求具有高实时性、高可靠性和强安全性要求运行在底层实时操作系统上比如QNX。而信息娱乐系统主要为车内人机交互提供控制平台追求多样化的应用与服务以Linux和Android为主。为了实现混合安全等级的应用实现不同的操作系统运行在同一个系统上这就需要虚拟化技术的支持。

  车载硬件虚拟化技术的核心是Hypervisor一种运行在物理服务器和操作系统之间的中间层软件可以允许多个不同虚机上的操作系统和应用共享一套基础物理硬件。当系统启动时首先运行Hypervisor负责给每一台虚拟机分配适量的内存、CPU、网络、存储以及其它硬件资源等等也就是对硬件资源进行分区最后加载并启动所有虚拟机的客户操作系统。

  一句话总结一下基于Hypervisor的优点提供了在同一硬件平台上承载异构操作系统的灵活性同时实现了良好的高可靠性和故障控制机制, 以保证关键任务、硬实时应用程序和一般用途、不受信任的应用程序之间的安全隔离实现了车载计算单元整合与算力共享。

  功能安全是汽车研发流程中非常关键的要素之一。随着系统复杂性的提高来自系统失效和随机硬件失效的风险日益增加。ISO 26262标准制定的目的就是更好的规范和标准化汽车全生命周期中的功能安全管理和要求包括概念阶段、系统研发、硬件研发、软件研发、生产和操作过程、售后等环节尤其重点在产品设计阶段如何定义和实现功能安全的目标。

  载汽车功能安全标准ISO26262-5 2018 “产品开发硬件层面附录D”中对处理器单元的诊断覆盖率推荐的安全技术措施中双核锁步(dual-core lockstep)、非对称冗余和编码计算是三种典型的硬件冗余技术措施。除此之外硬件BIST、软硬件Self-Test技术、ECC等也是常见的提高处理器安全特性的设计措施。

  双核锁步CPU是一种CPU冗余技术在一个芯片中包含两个相同的处理器一个作为master core一个作为slave core执行相同的代码并严格同步master可以访问系统内存并输出指令而slave不断执行在总线;即由主处理器获取的指令。slave产生的输出包括地址位和数据位发送到比较逻辑模块由master和slave总线接口的比较器电路组成检查之间的数据、地址和控制线的一致性。检测到任何总线的值不一致时就会发现其中一个CPU 上存在故障但不会确定是哪个CPU故障。

  这种CPU架构使得CPU自检独立于应用软件不需要执行专门的指令集自检实际运行的软件指令在每个时钟都进行比较只需要测试软件用到的CPU资源但这种架构不会对内存和总线c;需要增加单独的检测方法以避免两个CPU的共模故障。

  汽车网络会存在多种通信总线。骨干网未来势必会基于TSN以太网来构建但是从域主控处理器到ECU或者传感器之间的通信则仍然是基于传统的车载低速总线a;CAN、FlexRay等。域主控处理器作为域控制器的核心是所有ECU和传感器通信的汇聚中心。因此如果要依靠CPU的算力来完成不同总线间的协议转换以及跨域通信的网络包处理的线c;势必会占用宝贵的CPU算力资源。

  因此基于硬件来实现网络协议转换处理的网络卸载引擎对于各个域包括中央网关的域主控处理器是非常重要的技术。

  连接性Connectivity是汽车智能化发展的一个很重要的趋势未来的汽车一定会像今天的手机一样随时保持连接到互联网中。因此如何阻止未经授权的网络访问以保护汽车免于受到黑客的攻击对未来的智能汽车而言就会变得极为重要。下一代硬件安全模块Hardware Security ModuleHSM正在成为下一代车载网络通信的重要基础设施之一。

  密钥泄漏问题如果密钥存储在应用程序的代码或数据中很容易被泄漏。所以有必要增加一个硬件模块专门存储密钥。

  Crypto算法加速通过内核来直接进行加密或解密运算会占用大量CPU算力资源。因此有必要通过硬件模块来进行加密解密算法的加速。

  SHESecure Hardware Extension标准是由奥迪和宝马公司合作制定的、针对硬件安全模块HSM的规范主要包括密码模块的硬件、硬件软件接口。这个规范已被广泛接受很多针对汽车行业的微处理器都支持这个规范。

  ECU原先运行的软件大多数是按照Classic AutoSAR规范开发的软件系统其中的应用软件一般都是静态调度Static Scheduling模式的也即在系统运行时程序中不同功能的函数按照事先定义好的排序文件依次调用、逐个运行。静态调度的优点是资源分配问题都是事先安排好的车辆量产后就不会再改变每个功能对应的函数代码具体运行时间也被提前锁定是确定性的。因此这种设计对于汽车上很多对功能安全要求苛刻的场景是非常适合的。比如决定安全气囊是否打开的功能函数就是固定地每隔几毫秒运行一次以便紧急情况下可以及时打开。

  承载计算和控制的底层硬件从分散的多个ECU集中到多核、异构的高性能域主控处理器后相应的软件也会从分散向集中、从简单向复杂、从静态向动态进化。下图2-7显示了以后汽车域控制器上的典型软件架构

  • 中间件层操作系统是不做任何与“车”特定相关工作的。为了让域主控处理器在汽车场景下使用需要有很多软件或者中间件用于让域控制器满足汽车的电源管理标准、网络管理标准以及诊断标准等车载域控制器需要比一般工业嵌入式系统有更高的可靠性要求这样就需要在计算机OS基础上再附加对存储和通讯等各方面的安全保护和容错机制同时位了让车载域控制器能够在整车EE架构下运行还需要提供时钟同步、日志跟踪以及服务管理和发现等功能。Adaptive AutoSAR规范定义了运行在Linux或者完全兼容POSIX 1003.1标准RTOS上的这一层与“车”相关的中间件标准而传统运行在POSIX子集的RTOS或者BareMetal模式的中间件规范则由Classic AutoSAR标准定义。

  • 应用层上层应用基于AutoSAR标准的中间件来进行开发。随着汽车智能化和网联化相关的功能越来多上层应用软件也越来越复杂。位了降低单个应用的整体复杂性可以借鉴互联网的面向服务架构SOA的软件设计思想将一个复杂应用拆分多个服务。每个服务实现得尽可能小尽量实现成无状态方式的服务以利于整个系统的开发、测试和软件重用。服务与服务之间通过事件或者消息总线;发布/订阅工作模式来进行通信并降低互相之间的耦合度。通过服务配置来管理服务之间的依赖性、服务的部署和启动以及服务的健康状态检测等。

  汽车以太网给车载系统通信带来一个革命性的变化在中央计算式汽车EE架构下整个车载系统可以被看作是一个分布式网络系统中央计算平台是一个小型服务器集群区域计算平台是边缘计算节点。在互联网或者大型分布式系统中SOA架构设计理念已经被广泛使用了。因此当IP网络技术被广泛应用于汽车后很多在互联网或者分布式计算中已经很成熟的软件技术自然会被借鉴到新的汽车软件架构设计中来比如RPC技术、事件/消息总线、RESTful API设计等。

  大型互联网数据中心中的服务器集群动辄几百、上千台服务器每秒百万、千万级别的并发。车载系统尽管可以被看作是一个分布式网络系统但是却没有互联网大型服务器系统的高并发特征相反更注重通信的实时性和可靠性。

  车载系统在物理上是向集中式发展的也就是原来通过多个分散ECU来实现的功能渐渐集中到几个主要的高性能域控制器上。因此尽管在软件设计上会尽量按照SOA的思路拆分成一个一个小的服务但是这些服务在部署上其实是集中式的。鉴于这种物理部署上的“集中”与运行时的“分布式”并存的特点因此可以通过一系列技术手段来优化服务与服务之间的通信延迟比如通过共享内存技术。这是车载分布式系统与互联网强调高并发特性的分布式系统之间另一个显著的差别。

  域集中式EE架构会是未来相当长一段时间占主要地位的汽车EE架构域控制器作为域集中式EE架构的核心会在整个汽车产业链中占据越来越重要的地位。其相应的芯片和硬件方案、操作系统和算法等将会成为整个产业链各上下游厂家的争夺焦点。

  根据国外主流供应商的总结经验现如今行业中将汽车E/E架构按功能划分为动力域(安全)、底盘域(车辆运动)、座舱域(信息娱乐)、自动驾驶域(辅助驾驶)和车身域(车身电子)五大区域每个区域对应推出相应的域控制器最后再通过CAN/LIN等通讯方式连接至主干线甚至托管至云端从而实现整车信息数据的交互。

  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实现变速器管理引整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。

  以多核安全微处理器为核心的硬件平台对动力域内子控制器进行功能整合集成各ECU的基本功能需要的硬件针对动力域VClLIverterTCU BMS和DCDO等高级的域最次算法提供当力支持以ASIL-C安全等级为目标具备SOTA信息安全、通讯管理等功能。

  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。随着汽车智能化发展智能汽车的感知识别、决策规划、控制执行三个核心系统中与汽车零部件行业最贴近的是控制执行端也就是驱动控制、转向控制、制动控制等需要对传统汽车的底盘进行线控改造以适用于自动驾驶。

  线控底盘主要有五大系统分别为线控转向线控制动、线控换挡线控油门线c;线控转向和线控制动是面向自动驾驶执行端方向最核心的产品。

  底盘域控制器应采用高性能、可扩展的安全计算平台并支持传感器-群集及多轴惯性传感器并且可检查和惯性传感器信号融合实现车辆动态模型的高性能安全计算同时达成高性价比。现如今底盘电控越来越普及底盘上电控产品的数据往往可以达到10个以上当前电子底盘系统以零部件划分如车身稳定控制系统ESC电子助力系统IBS电子转向系统EPS电子县架等各个子系统属于不同供应商或OEM的不同开发部门同时每个子系统都拥有独立的汽车动力控制系统和车辆动态控制模型此外每个底盘电子产品的进行车辆控制的侧重点也有不同如舒适性操控性以及安全性。以上这些现状导致了在底盘电控开发上软硬件耦合关系强存在重复研发开发成本高各子系统存在相抵的负作用种种问题使得车辆控制无法达到最优的状态。

  正是在这样的背景下在高度自动驾驶领域迫切需要底盘域控制器产品的出现。实现转向、制动悬架的集中控制软硬件分离;车辆的横向纵向垂向协同控制更好的服务于ADAS全面提高整车性能。

  首先结合现有底盘电子产品的功能定义以及高度自动驾驶系统的需求底盘域控制器需要实现如下的功能:

  ●指令模式仲裁控制:底盘域控制器不仅需要执行上层感知层和决策层的指令更需要发挥自动驾驶“小脑”的作用结合整车车辆状态稳定性安全性综合判断决策出更优的控制指令。

  ●横向纵向垂向线控执行控制:进行横向纵向垂向控制实现6自由度的协同控制。

  ●车辆运动状态控制:向上层反馈当前车辆运动状态使得决策层更加有效的进行车辆控制。

  ●整车稳定性控制车辆姿态状态识别及预测主动垂向稳定控制。

  其次为了满足高度自动驾驶的要求需要重点考虑底盘域控制器的冗余设计需要包括如下

  ●冗余特行传感器端包括加速踏板开度制动踏板开度轮速传感器车身高度传感器方向盘转角力矩传感器惯量传感器等均需要有冗余备份。

  ●在域控制器内部需要有双路的主控芯片电源管理芯片预驱芯片

  智能座舱域控制器需要具备卓越的处理性能以支持座舱域的应用如语音识别手势识别等;提供优秀的显示性能支持同时支持虚拟化技术支持一芯多屏显示满足各种尺寸的仪表屏及中控屏幕显示需要并将不同安全级别的应用进行隔离。

  同时提供对外对内的通讯能力搭载5G千兆以太网wif6等技术提供稳定、高速的通信网络以轻松应对VR/AR4K乃至8K视频等高带宽应用的网络要求。针对公网通讯连接提供可靠的网联服务实现远程控制、整车OTA。

  第一、基于更高算力的座舱域控制器芯片开发产品集成度更高。集成仪表T-BOX和车机、空调控制、 HUD、后视镜、DMS等。

  第二、开发AR/抬头显示HUD内后视镜替代屏外后视镜替代视觉系统仪表屏、中控屏、副驾显示屏后排娱乐屏等多屏互动交互方案提升用户体验。

  第三基干win65GCV2X以及多模融合的高精定位技术开发智能天线c;通信可靠性高低时延高带宽为智能网联汽车提供多重无线通讯整合的车联网方案。

  随着自动驾驶的来临其所涉及的感知控制、决策系统复杂性更高与车身等其它系统的信息交互控制的场景也越来越多各方都希望其能变成一个模块化的、可移植性的、便于管理的汽车子系统。因此。专门定位于自动驾驶的域控制器系统就应运而生了。

  自动驾驶的域控制器。需要具备多传感器融合。定位路径规划决策控制无线c;高速通讯的能力。

  第一通常需要外接多个摄像头、毫米波雷达激光雷达以及IMU等设备完成的功能包含图像识别数据处理等因此外围接口可根据应用场景按需扩展增加。

  第二自动驾驶域控制器需要感知环境和实现信息融合逻辑运算和决策控制适应深度学习算法超大算力需求故一般采用GPU或是人工智能芯片TPU处理承担大规模浮点数并行计算包括了摄像头、激光雷达等识别、融合、分类因此需要域控制器提供足够可扩展的算力支撑同时平台算力性能可扩展硬件扩展能力强。

  第三为应对功能安全、冗余监控车辆控制保证可靠性满足ISO26262功能安全ASIL-D的要求一般采用安全MCU实现。

  第四域控制器与其他域交互能力需要支持未来数据量增长采用支持千兆以太网或万兆以太网。

  中国L2级以上智能汽车市场已经进入快速渗透期预计2025年将超过40%。随着新一代E/E普及预计2025年自动驾驶域控制器出货量将超过400万台套。目前自动驾驶域控制器行业演变形成传统外资Tier1本土Tier1互联网科技与软件公司、整车企业四大阵营拥有软硬件技术融合的公司优势相对较为突出。外资Tier企业倾向于一揽子域控制解决方案的“交钥匙”工程而国内Tier1企业偏向采用协同分工的模式。

  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的部分车中间的部分和车尾部的部分如后刹车灯、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。车身域控制器能够集成传统BCMPEPS、纹波防夹等功能。

  从通信角度来看存在传统架构-混合架构-最终的VehicleComputerPlatform的演变过程。这里面通信速度的变化还有带高功能安全的基础算力的价格降低是关键未来在基础控制器的电子层面兼容不同的功能慢慢有可能实现。

  采用业内最高规格的域控MCU实现功能安全目标。通过多核安全处理器平台将不同功能、不同安全等级、不用算力要求的应用置于不同的核运行降低整个系统运行故障风险。同时具有丰富的通信资源:支持16路CAN-FD24路LIN2路以太网等总线c;提供稳定、高速的通信网络能轻松应对各种网络要求;软件系统支持AUTOSARCPAUTOSARAP车载智能操作系统以实现分层设计使上层应用完全独立于硬件平台开发增强了系统的可移植性和软件模块复用性使得应用设计的扩展更加丰富。升级域控制器框架和接口技术基于跨域控制通信系统提升跨域权限和冲突管理及算力优化配置:

  升级域控制器框架和接口技术。基于跨域控制通信系统提升跨域权限和冲突管理及算力优化配置

  升级跨域控制器集成技术。分析跨域通讯的数据交互的延时特性建立跨域控制系统集成框架;

  升级架构系统的硬件及器件的冗余性加强软件的安全策略实现跨控制域的冗余容错技术框架和算法;

  针对车身域需要的控制算法(新型传感器算法、新型执行器控制算法;提升热管理系统和车身控制算法等)提供算力支持采用高性能的MPU为预留扩展各新型算法的算力能力。

  当下量产车型搭载了域控制器。例如的吉利星越L搭载的“CMA超级母体”架构首发搭载的(跨)域集中式电气功能架构借助车辆域控制器实现动力控制、智驾控制、底盘控制、云端协同等功能域的跨域高速运算与功能高度集成协同管理让自动驾驶控制管理实现集中敏捷等特性。在此之外去年6月上市的岚图FREE去年上市的小鹏P7红旗H9等诸多车型均已应用了域控制器。

  面对汽车新E/E架构的转型升级软件架构逐步实现分层解耦硬件从分布式向域控制/中央集中式发展车载网络通信从LN/CAN总线向以太网方向发展。在这个转型中重要的关键特征是需要有标准化的控制器的引入。标准域控制器的形成和面向SOA化的软件架构需要逐渐清晰车企可以更容易的进行上层应用软件开发功能的更新和升级提供个性化差异化的功能与服务加快车型向智能化发展。

  标准化域控制器产品及面向SOA的软件架构将加快汽车产业向智能化快速发展。在电子电器架构变化过程当中逐渐的共识是中央域控制器和自动驾驶域控制器可能是最先引入并且将成为影响最大的两个域控制器。如何用最短的周期、高效开发的方法有限的开发资源提升智能化水平中央域控制器和自动驾驶域控制器带来的效果是最明显的会解决整车软件的升级、T化基础设施的建设以及自动驾驶全域功能软件的开发和升级。

  汽车电子系统车载娱乐、人车交互、车联网将承担愈发重要的角色面向驾乘人员并以服务为导向软件复杂度将成指数上升并且要求整车功能快速迭代。为了应对这一系统变革必须将相应软件系统从分散在各处的控制器中剥离出来并重新集成在相应的域控制器中。

  汽车E/E架构由分布式逐渐向域控制E/E架构及中央计算机E/E架构发展度逐步提高集成化程减少ECU数量简化整车零部件装配复杂度降低整车线束长度及整车重量软硬件也逐步分离基础软件标准化达到软件定义汽车的架构要求。

  顺应分布式走向集中式的大趋势车身域控负责集中处理车身控制类功能逻辑简化各子节点ECU功能减少其运算资源的浪费算力集中化同时使用TSN骨干网络各域控制器间信息交互响应更快。

  车身域控制器一般集成BCM、PEPS、TPMS、Gateway等功能也可拓展增加座椅调节、后视镜控制、空调控制等功能综合统一管理各执行器合理有效的分配系统资源。

  车身域控制器主要功能如下表且不限于此列举项功能

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