一文盘点汽车五大域控制器

智驾最前沿 2022-10-04 08:30
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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。
1、动力域控制器
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。
支持的通讯类型包括CAN/CAN-FD,GigabitEthernet并对通讯提供SHA-256加密算法支持面向CPU\GPU发展,需要支持AdapativeAUTOSAR环境,或支持POSIX标准接口的操作系统。
2、底盘域控制器
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控悬挂,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。
底盘域控制器简图
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:
自动驾驶-车辆执行控制

●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。

●车身稳定性控制后轮转向控制

舒适性控制

●驾驶模式切换

●地形自适应控制

●驾驶工况

●自适应控制

●智能悬架控制

●综合控制

●转向助力

●制动助力

●驻车控制

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

●在通讯端,需要有冗余的网络设计

底盘域控制器架构
3、智能座舱域控制器
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。
提升算力平台、集成度和感知通信能力。
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,开发智能天线产品,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。
4、自动驾驶域控制器
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,无线通讯,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。
 5、车身域控制器
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路以太网等总线资源,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:
1)  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;
2)  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;
3)  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;
4)  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,它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。

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