一文带你了解汽车区域架构的优势!

如果我们将一辆乘用车想象为多个电子控制单元 (ECU) 的集合,这些 ECU 会分布在汽车的各个位置并使用不同的网络相互通信。在为实现车联网 (V2X)、自动驾驶和汽车电气化添加更多先进的汽车电子产品时,ECU 数量和交换数据量都会增加。 

域架构简介

在域架构中,ECU 可根据不同功能分为不同的域。而区域架构则是一种按照 ECU 在汽车内的位置分类的新方法,并由中央网关来管理通信。这种物理接近性可减少 ECU 之间的布线,从而节省空间并降低汽车重量,同时还能提高处理器速度。

为了更好地了解域架构,可以首先了解根据功能将 ECU 分成的五个域,如表 1 所示。 

ECU 功能
动力总成管理汽车的驾驶功能,包括电机控制和电池管理、发动机控制、变速器和转向控制
高级驾驶辅助系统域处理传感器信息并决定是否为驾驶员提供辅助,包括摄像头模块、雷达模块、超声波模块和传感器融合
信息娱乐系统域管理车内娱乐并实现车辆和外部世界之间的信息交换,包括音响主机、数字驾驶舱和远程信息处理控制模块
车身电子装置和照明域管理汽车内的舒适、便利和照明功能,包括车身控制模块、车门模块和前照灯控制模块
被动安全域控制与安全相关的功能,例如安全气囊控制模块、制动控制模块和底盘控制模块

 1ECU 通常分为五个域 

ECU 除了通过其自身域内部的特定和相关网络进行通信和交换数据,也会与域外的 ECU 通信。由于不同域会采用不同的网络,因此会将网关作为通信桥梁。 

图 1 展示了一辆采用基于域架构的汽车。在此图中,有一个中央网关模块连接到汽车内的各个域。每个域可执行多种功能。域控制器(例如动力总成的车辆控制单元)就包括了网关功能。此域网关支持在相关域的 ECU 之间以及该域与车辆其余部分之间数据通信。

域控制器还包含 ECU,通常由多个 ECU 集成实现,能够更大程度降低系统成本。TI 的 Jacinto 7 处理器集成了 Arm® Cortex® A-72 内核来进行原始数据处理,集成了 Arm Cortex R-5F 进行实时控制,也集成了用于高速联网的千兆位时间敏感网络 (TSN) 和以太网交换机。 

一文带你了解汽车区域架构的优势!

 1:域架构

区域架构简介

如果把汽车比作房间,而把ECU比作聚集在该房间内讨论不同话题的人,那么域架构的作用就相当于对这些人随机分配位置,使得他们需要提高音量才能与房间另一端讨论相同话题的人交流。

图 2 展示了一辆根据 ECU 在汽车内的位置组织布局的区域架构车辆,并另外增加了一个车辆计算模块。该车辆计算模块是一个具有高处理能力的计算机,用于执行各种函数的所有计算。该图还展示了汽车不同区域的区域模块和相关边缘节点。 

虽然说可以使用控制器局域网 (CAN) 等低带宽网络在不同的区域模块和中央网关/计算模块之间进行通信,不过,以太网等高速网络也是不错的选择,因为此类网络在汽车工作温度内具有高可靠性且可以平稳运行。对于中央计算和区域模块中的分布式计算,PCIe 是非常合适的网络选择。

一文带你了解汽车区域架构的优势!

 2:区域架构中的配电模块

区域架构的电源优势

工程师还通过这种 ECU 重组来优化电源架构,特别是重新设计智能接线盒后,可为车辆内的不同负载和 ECU 配电。具体来说,工程师正在用半导体解决方案来替换继电器和保险丝。

在区域架构中,配电盒会经过特定布置使每个区域都有相应的配电单元为其模块供电。图 2 展示了区域架构中的配电理念,您可以看到其中每个区域都集成了配电功能和管理网络流量的区域模块。新型配电架构将实现线束电缆轻量化,从而提高内燃机车辆的燃油效 率,并提高电池供电型电动车辆的行驶里程。

从域架构过渡到区域架构 – 交叉架构应运而生

将完整车辆架构从当前域架构过渡到新区域架构是一个浩大的工程。这不仅需要设计新的区域模块,还必须重新开发和配置大部分软件,以便支持新架构。此外,替代熔断型保险丝和重新设计完整车辆线束都需要进行全面验证。总而言之,车辆架构可能会迁移到交叉架构。

图 3 展示了融合现有域架构和新区域架构的交叉架构。此类架构将保留域和相应的边缘节点。区域架构的中央计算可能会细分为 ADAS、IVI 和 VCU 计算模块,其中域特定边缘节点直接与相应的中央计算模块通信。交叉架构中的区域模块很可能会注重配电,而不是区域中所有边缘节点的网关。也就是说,区域模块更像是传统的车身控制模块 (BCM),不同的是汽车中将会有多个此类模块。

一文带你了解汽车区域架构的优势!

 3:交叉架构 

结语

随着 ECU 数量的不断增加,汽车架构已经发展成一种根据每个 ECU 所执行的相关功能对其进行分组的域架构。然而,这也提高了网络和配电的复杂性。汽车设计人员目前正在设计基于区域架构的车辆,以其优化数据和配电,这种汽车将会是采用交叉架构的第一代汽车。新区域架构最终会实现线束电缆轻量化,从而提高内燃机车辆的燃油效率,并提高电池供电型电动车辆的行驶里程。

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