【導(dǎo)讀】如果我們將一輛乘用車想象為多個(gè)電子控制單元 (ECU) 的集合，這些 ECU 會分布在汽車的各個(gè)位置并使用不同的網(wǎng)絡(luò)相互通信。在為實(shí)現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng) (V2X)、自動駕駛和汽車電氣化添加更多先進(jìn)的汽車電子產(chǎn)品時(shí)，ECU 數(shù)量和交換數(shù)據(jù)量都會增加。
域架構(gòu)簡介
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 在汽車內(nèi)的位置分類的新方法，并由中央網(wǎng)關(guān)來管理通信。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)，也會與域外的 ECU 通信。由于不同域會采用不同的網(wǎng)絡(luò)，因此會將網(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。在此圖中，有一個(gè)中央網(wǎng)關(guān)模塊連接到汽車內(nèi)的各個(gè)域。每個(gè)域可執(zhí)行多種功能。域控制器（例如動力總成的車輛控制單元）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)簡介
如果把汽車比作房間，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 在汽車內(nèi)的位置組織布局的區(qū)域架構(gòu)車輛，并另外增加了一個(gè)車輛計(jì)算模塊。該車輛計(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。該圖還展示了汽車不同區(qū)域的區(qū)域模塊和相關(guān)邊緣節(jié)點(diǎn)。
雖然說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，以太網(wǎng)等高速網(wǎng)絡(luò)也是不錯(cuò)的選擇，因?yàn)榇祟惥W(wǎng)絡(luò)在汽車工作溫度內(nèi)具有高可靠性且可以平穩(wěn)運(yùn)行。對于中央計(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
工程師還通過這種 ECU 重組來優(yōu)化電源架構(gòu)，特別是重新設(shè)計(jì)智能接線盒后，可為車輛內(nèi)的不同負(fù)載和 ECU 配電。具體來說，工程師正在用半導(dǎo)體解決方案來替換繼電器和保險(xiǎn)絲。
在區(qū)域架構(gòu)中，配電盒會經(jīng)過特定布置使每個(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)車輛的燃油效 率，并提高電池供電型電動車輛的行駛里程。
從域架構(gòu)過渡到區(qū)域架構(gòu)——交叉架構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生
將完整車輛架構(gòu)從當(dāng)前域架構(gòu)過渡到新區(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)完整車輛線束都需要進(jìn)行全面驗(yàn)證。總而言之，車輛架構(gòu)可能會遷移到交叉架構(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，區(qū)域模塊更像是傳統(tǒng)的車身控制模塊 (BCM)，不同的是汽車中將會有多個(gè)此類模塊。
圖 3：交叉架構(gòu)
結(jié)語
隨著 ECU 數(shù)量的不斷增加，汽車架構(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。汽車設(shè)計(jì)人員目前正在設(shè)計(jì)基于區(qū)域架構(gòu)的車輛，以其優(yōu)化數(shù)據(jù)和配電，這種汽車將會是采用交叉架構(gòu)的第一代汽車。新區(qū)域架構(gòu)最終會實(shí)現(xiàn)線束電纜輕量化，從而提高內(nèi)燃機(jī)車輛的燃油效率，并提高電池供電型電動車輛的行駛里程。
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