一文帶你了解汽車(chē)區(qū)域架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)！

如果我們將一輛乘用車(chē)想象為多個(gè)電子控制單元 (ECU) 的集合，這些 ECU 會(huì)分布在汽車(chē)的各個(gè)位置并使用不同的網(wǎng)絡(luò)相互通信。在為實(shí)現(xiàn)車(chē)聯(lián)網(wǎng) (V2X)、自動(dòng)駕駛和汽車(chē)電氣化添加更多先進(jìn)的汽車(chē)電子產(chǎn)品時(shí)，ECU 數(shù)量和交換數(shù)據(jù)量都會(huì)增加。 

域架構(gòu)簡(jiǎn)介

在域架構(gòu)中，ECU 可根據(jù)不同功能分為不同的域。而區(qū)域架構(gòu)則是一種按照 ECU 在汽車(chē)內(nèi)的位置分類(lèi)的新方法，并由中央網(wǎng)關(guān)來(lái)管理通信。這種物理接近性可減少 ECU 之間的布線，從而節(jié)省空間并降低汽車(chē)重量，同時(shí)還能提高處理器速度。

為了更好地了解域架構(gòu)，可以首先了解根據(jù)功能將 ECU 分成的五個(gè)域，如表 1 所示。

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表 1：ECU 通常分為五個(gè)域 

ECU 除了通過(guò)其自身域內(nèi)部的特定和相關(guān)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信和交換數(shù)據(jù)，也會(huì)與域外的 ECU 通信。由于不同域會(huì)采用不同的網(wǎng)絡(luò)，因此會(huì)將網(wǎng)關(guān)作為通信橋梁。 

圖 1 展示了一輛采用基于域架構(gòu)的汽車(chē)。在此圖中，有一個(gè)中央網(wǎng)關(guān)模塊連接到汽車(chē)內(nèi)的各個(gè)域。每個(gè)域可執(zhí)行多種功能。域控制器（例如動(dòng)力總成的車(chē)輛控制單元）就包括了網(wǎng)關(guān)功能。此域網(wǎng)關(guān)支持在相關(guān)域的 ECU 之間以及該域與車(chē)輛其余部分之間數(shù)據(jù)通信。

域控制器還包含 ECU，通常由多個(gè) ECU 集成實(shí)現(xiàn)，能夠更大程度降低系統(tǒng)成本。TI 的 Jacinto? 7 處理器集成了 Arm? Cortex? A-72 內(nèi)核來(lái)進(jìn)行原始數(shù)據(jù)處理，集成了 Arm Cortex R-5F 進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，也集成了用于高速聯(lián)網(wǎng)的千兆位時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò) (TSN) 和以太網(wǎng)交換機(jī)。

圖 1：域架構(gòu)

區(qū)域架構(gòu)簡(jiǎn)介

如果把汽車(chē)比作房間，而把 ECU 比作聚集在該房間內(nèi)討論不同話題的人，那么域架構(gòu)的作用就相當(dāng)于對(duì)這些人隨機(jī)分配位置，使得他們需要提高音量才能與房間另一端討論相同話題的人交流。

圖 2 展示了一輛根據(jù) ECU 在汽車(chē)內(nèi)的位置組織布局的區(qū)域架構(gòu)車(chē)輛，并另外增加了一個(gè)車(chē)輛計(jì)算模塊。該車(chē)輛計(jì)算模塊是一個(gè)具有高處理能力的計(jì)算機(jī)，用于執(zhí)行各種函數(shù)的所有計(jì)算。該圖還展示了汽車(chē)不同區(qū)域的區(qū)域模塊和相關(guān)邊緣節(jié)點(diǎn)。 

雖然說(shuō)可以使用控制器局域網(wǎng) (CAN) 等低帶寬網(wǎng)絡(luò)在不同的區(qū)域模塊和中央網(wǎng)關(guān)/計(jì)算模塊之間進(jìn)行通信，不過(guò)，以太網(wǎng)等高速網(wǎng)絡(luò)也是不錯(cuò)的選擇，因?yàn)榇祟?lèi)網(wǎng)絡(luò)在汽車(chē)工作溫度內(nèi)具有高可靠性且可以平穩(wěn)運(yùn)行。對(duì)于中央計(jì)算和區(qū)域模塊中的分布式計(jì)算，PCIe 是非常合適的網(wǎng)絡(luò)選擇。

圖 2：區(qū)域架構(gòu)中的配電模塊

區(qū)域架構(gòu)的電源優(yōu)勢(shì)

工程師還通過(guò)這種 ECU 重組來(lái)優(yōu)化電源架構(gòu)，特別是重新設(shè)計(jì)智能接線盒后，可為車(chē)輛內(nèi)的不同負(fù)載和 ECU 配電。具體來(lái)說(shuō)，工程師正在用半導(dǎo)體解決方案來(lái)替換繼電器和保險(xiǎn)絲。

在區(qū)域架構(gòu)中，配電盒會(huì)經(jīng)過(guò)特定布置使每個(gè)區(qū)域都有相應(yīng)的配電單元為其模塊供電。圖 2 展示了區(qū)域架構(gòu)中的配電理念，您可以看到其中每個(gè)區(qū)域都集成了配電功能和管理網(wǎng)絡(luò)流量的區(qū)域模塊。新型配電架構(gòu)將實(shí)現(xiàn)線束電纜輕量化，從而提高內(nèi)燃機(jī)車(chē)輛的燃油效 率，并提高電池供電型電動(dòng)車(chē)輛的行駛里程。

從域架構(gòu)過(guò)渡到區(qū)域架構(gòu)——交叉架構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生

將完整車(chē)輛架構(gòu)從當(dāng)前域架構(gòu)過(guò)渡到新區(qū)域架構(gòu)是一個(gè)浩大的工程。這不僅需要設(shè)計(jì)新的區(qū)域模塊，還必須重新開(kāi)發(fā)和配置大部分軟件，以便支持新架構(gòu)。此外，替代熔斷型保險(xiǎn)絲和重新設(shè)計(jì)完整車(chē)輛線束都需要進(jìn)行全面驗(yàn)證?？偠灾?chē)輛架構(gòu)可能會(huì)遷移到交叉架構(gòu)。

圖 3 展示了融合現(xiàn)有域架構(gòu)和新區(qū)域架構(gòu)的交叉架構(gòu)。此類(lèi)架構(gòu)將保留域和相應(yīng)的邊緣節(jié)點(diǎn)。區(qū)域架構(gòu)的中央計(jì)算可能會(huì)細(xì)分為 ADAS、IVI 和 VCU 計(jì)算模塊，其中域特定邊緣節(jié)點(diǎn)直接與相應(yīng)的中央計(jì)算模塊通信。交叉架構(gòu)中的區(qū)域模塊很可能會(huì)注重配電，而不是區(qū)域中所有邊緣節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)關(guān)。也就是說(shuō)，區(qū)域模塊更像是傳統(tǒng)的車(chē)身控制模塊 (BCM)，不同的是汽車(chē)中將會(huì)有多個(gè)此類(lèi)模塊。

圖 3：交叉架構(gòu) 

結(jié)語(yǔ)

隨著 ECU 數(shù)量的不斷增加，汽車(chē)架構(gòu)已經(jīng)發(fā)展成一種根據(jù)每個(gè) ECU 所執(zhí)行的相關(guān)功能對(duì)其進(jìn)行分組的域架構(gòu)。然而，這也提高了網(wǎng)絡(luò)和配電的復(fù)雜性。汽車(chē)設(shè)計(jì)人員目前正在設(shè)計(jì)基于區(qū)域架構(gòu)的車(chē)輛，以其優(yōu)化數(shù)據(jù)和配電，這種汽車(chē)將會(huì)是采用交叉架構(gòu)的第一代汽車(chē)。新區(qū)域架構(gòu)最終會(huì)實(shí)現(xiàn)線束電纜輕量化，從而提高內(nèi)燃機(jī)車(chē)輛的燃油效率，并提高電池供電型電動(dòng)車(chē)輛的行駛里程。