浅析汽车电子架构发展与典型域控制器

黎伟　俞晓勇　匡小军

摘 要：本论文从电子电器发展历程，电子电器发展趋势，电子电器架构开发以及典型的域控制器几个方面剖析目前汽车架构发展方向。

关键词：电子架构 汽车 域控制器

Analysis on the Development of Automotive Electronics Architecture and Typical Domain Controllers

Li Wei Yu Xiaoyong Kuang Xiaojun

Abstract：This paper analyzes the current development direction of automotive architecture， the development of electronic and electrical appliances， the development of electronic and electrical architecture， and the typical domain controller.

Key words：electronic architecture， automotive， domain controller

1 引言

随着用户对汽车驾驶智能性、舒适性的要求逐日提升，汽车的基础配置越来越高，整车装载的电子模块也越来越多。如何科学的规划相关功能，排布相关的汽车模块，成为整车厂在汽车网联化、智能化浪潮中面临的最主要问题。电子架构的演变升级在这样的背景下逐渐进入整车厂的视野，并扮演着举足轻重的地位。

2 电子电器发展历程

2.1 日益增加的功能需求

汽车正从传统的机械装置逐步向电子产品进行转变，越来越多的电气系统，用电模块被集成在汽车之上。从1990年到2020年，汽车功能迅猛发展，以10年一个跨度爆炸式增长;90年初汽车仅仅是拥有一些常用的被动安全性功能，集成了一些常用的安全性质的模块例如：ABS，EPS，安全气囊等等。到2000年前后汽车已经拥有了导航功能，巡航功能，胎压监测等功能。2010年前后远程启动，高阶的自适应巡航，电子刹车功能被应用于汽车之上。到如今语音控制，自动驾驶成为研发主流。

2.2 汽车电子电气系统发展及设计挑战

汽车电子电器发展从最初的分离部件开发，到分散零部件开发再到系统集成式开发最终演变为整车架构的整体开发。随着电子架构持续的发展，零部件也会经历从最初的模块化到集成化，再到融合化即域控制器出现，最终发展成为装载超级电脑的整车级控制器，实现相关数据云端储存或下载。

对比汽车架构演变趋势，低端的汽车架构不足之处在于：

a.效率低下：每个系统都在开发各自的控制器，车辆控制单元数量剧烈增加。

b.维护困难：系统与系统间，控制器与控制器间信号接口复杂，匹配困难。

c.低复用性：零件及系统缺少前期完整规划，产品复用率低。

而现今激烈的市场竞争则需要整车厂在复杂的功能以及繁多的零件中找到稳定的电子电气系统，建设起具有完备功能安全的电气结构，同时要求其具有稳定的可拓展性。

3 简易电子电器架构开发

3.1 电子电气架构开发的意义

电子架构开发意义在于成熟的架构有助于平衡多个开发目标（成本、重量、质量等）。可以建立成熟可靠的电子电气平台，拥有强大的沿用性与可拓展性。

3.2 简易的电子电气架构分类

简易的电子电气架构开发可以分类为三大部分：物理架构设计、网络架构设计以及功能架构设计。

物理架构设计包含硬件拓扑设计;将整车各功能模块映射到零部件上，通过信号路由方式将各ECU需要的信号发送到总线上来进行共享。

线束拓扑设计;线束拓扑设计中要确定部件安装位置，接地点分布，部件间的距离，将零部件映射到实际安装位置。

电源分配;将电源通过传输系统传输到传输负载。

网络架构设计包含网络信号的定义;包含信号列表，信号格式，信号周期，信号路由方式，定义模块间的通讯策略等。

功能架构设计包含明确的功能需求，潜在的功能需求。在开发功能时我们通常考虑;同一功能的正常情况、失效情况、工厂制造、售后维修、物流运输等情况。为了便于梳理繁杂的电气功能，一般高阶的电子架构将功能集合为域单位进行开发，而从功能到零件是架构开发的一贯宗旨。

3.3 简易的汽车电子架构开发流程

通常的我们可以将简易的架构开发流程分为四部分。分别为：需求开发，架构开发系统开发，系统验证。

在进行需求开发时，架构开发者应注重以下四个方面的开发重点。

a.对标车型分析：架构开发者在对标车型分析时应弄清楚对标车的功能配置，功能分析，电气系统排布及网络信号排布。

b.市场需求分析：架构开发者应细分清楚相关车型的市场法法规要求。

c.客户需求分析：架构开发者应能从市场方获得反馈，明白客户的用车需求。

d.产品特性分析：架构开发者需要从车辆的配置功能表需求表出发，将车辆需求的功能分配的各个功能域，之后确认各个功能间的约束条件，制定功能详细的规范以及相应的网络安全策略，最后落实到硬件上面。

在进行架构开发时，架構开发者应注意以下四个方面的开发重点。

a.功能方案开发：架构开发者编制相应的功能需求，以及相应功能的网络安全策略释放给相应的供应商，并对硬件的接口做出统一的要求。

b.逻辑架构模型开发：架构开发者应进行架构模型开发，对整车厂现有的功能逻辑进行梳理，并能够进行功能变形。

c.物理架构开发：架构开发者应能设计或者主导设计电源分配以及接地点设计方案，保险丝盒及能源分配方案，能够参与线束设计。

d.网络架构开发：在进行网络开发时架构开发者应对拓扑设计，矩阵编制，网络通讯策略 进行制定，对CAN网路接口，供应商能力，元器件选型进行评估。

在进行系统开发时，架构开发者应注意以下三个方面的开发重点。

a.系统功能规范：根据整车需求编制整车级功能规范，根据子系统要求编写单个零件功能规范，组织相关零件区域对编写的功能规范进行评审锁定留档。

b.电器系统开发：电器系统设计要素包括线束原理设计，元器件ICD审核，线束图纸设计，整车线束走向设计，接口电路校核以及线束拓扑方案设计。

c.系统架构评审：组织相关区域专家对以上文档进行评审。

在进行系统验证的时，架构开发者应注意以下四个方面的重点验证。

a.CAN&LIN总线测试：CAN与LIN总线的单节点测试，整车集成测试，实车信号测试，三者为重点CAN&LIN总线测试项。

b.诊断测试：样件的单节点诊断协议测试，零件的刷新功能测试，整车级别的诊断测试。

c.整车静态测试;静态测试主要包括各系统及模块的功能测试，整车及零部件HIL在环测试及验证，系统及模块的静态电流测试，整车环模的相关测试。

d.整车路试测试：包括整车动态路试测试，整车冬季路试测试，整车夏季路试测试。

4 电子架构要求下的简易域融合控制器

架构发展初期，智能驾驶的功能依托于多个主动安全相关控制器來实现。一般将智能驾驶中的主动安全功能分为：低速泊车功能，盲区监测功能，车道辅助功能，碰撞避免功能，巡航控制功能。这些功能由RSM、CSM、RCR、APA等不同的控制器来实现。早期技术方案

随着汽车电子架构发展，功能域的概念进入大众视野，主动安全的相关功能最终会融合落地于一个大型的域控制器。主动安全域控制器能通过外在摄像头或传感器采集车辆的外部环境信息，对外部环境信息进行统一的决策，然后通过CAN总线/LVDS将相关的处理信息发送至相关控制器。相关电路如图2。

进行域控制器融合后，能有效缩小总零件体积，减小总布置难度。降低整车线束、网络信号复杂程度，同时域控制器有益于整车轻量化，能够提高整车质量，方便后续故障定位以及整车维修。

按照后续整车电子架构的发展，将会越来越多的域控制器出现。整车厂与零部件供应链必将掀起新一轮的革新浪潮。

参考文献：

[1]基于模型的智能汽车电子电气架构发展综述[J].华一丁，龚进峰，戎辉，唐风敏，王文扬，何佳.汽车零部件.2019（02）.

[2]汽车电子电气架构设计与优化[J].高焕吉.汽车电器.2011（06）.