商用车电子电气架构与主动安全措施探讨

郭维杰

关键词：智能网联汽车 电子电气架构 主动安全措施 功能域

受不断提升的汽车复杂性和逐渐增加的整车电子控制器数量影响，供应商负责电子电气设计的传统方式逐渐被淘汰，预研发阶段电子电气架构设计开始引起业界高度重视。结合智能网联汽车特点，必须有针对性地开展智能网联电子电气架构设计，这一设计须同时做好主动安全措施的选择。

1商用车电子电气架构设计

1.1总体设计

商用车电子电气架构总体设计由域控制器、通讯网络架构、电气架构、执行器、传感器、上层应用软件、计算平台、操作系统组成。深入分析可以发现，中央网关负责连接通讯域控制器、智能座舱域控制器、自动驾驶域控制器，同时存在处于预留状态的动力域控制器和底盤域控制器。基于车载以太网，自动驾驶域控制器能够连接激光雷达、摄像头、惯导、冗余雷达，与车侧激光雷、毫米波雷达的连接使用CAN总线：智能座舱域控制器与座椅控制器、音量调节面板、功放的连接基于CAN总线实现，座椅调节电机、座椅加热器、座椅通风电机等执行器通过硬线驱动，USB接口、WIFI天线、GPS天线等传感器采集也通过硬线完成，连接中控显示屏、抬头显示屏、仪表显示屏使用LVDS：通讯域控制器与主驾驶门模块、路测单元的连接通过CAN总线实现，CAN总线同时负责大灯执行器、雨刮电机、顶灯的数据采集和控制交互。

在电气架构设计中，电动助力转向系统、自动驾驶域控制器、电子制动器、车身稳定性系统、摄像头、惯导、激光雷达等通过双供电设计的电源分配单元进行双路供电，同时物理隔离双电源，保证系统安全。还需做好电平衡校核、接地点分配等工作。底层硬件通过计算平台实施决策及处理数据，计算平台涉及通信接口单元、数字信号处理单元、视觉处理单元、计算单元、内存单元、控制单元、AI单元，通过多元数据处理，可为自动驾驶等功能提供支持。操作系统由设备驱动、体系结构代码、进程间通信、内存管理、进程管理、网络协议、系统应用接口等组成，负责事件调度和任务管理，同时虚拟机监控程序也能够应用。在服务通信方面，操作系统也能够发挥重要作用，如为线控转向、线控制动、自动驾驶等提供服务及数据调用支持，便于扩展和使用的软件标准化模块能够顺利形成。基于总线传输协议，通讯网络架构能够成为执行器、传感器、域控制器的信号传输通道。

围绕执行器、域内传感器和域控制器、中央网关三层架构设计电子架构方案进行分析可以发现，自动驾驶控制由自动驾驶域控制器负责，以QNX系统为操作系统;通信域控制器采用V2X通信与5G模组，可与道路设备及其他车辆进行通信，以Linux系统为操作系统;智能座舱域控制器的上层应用开发基于安卓系统完成，涉及座椅控制、中控大屏、集成仪表等交互功能;通过车载以太网实现域控制器间通信，三层通讯网络由LIN总线（或CAN总线）、车载以太网组成，为满足数据实时性要求，介质访问控制选择时间敏感网络（TSN），数据时钟同步性可得到保证，应用层通信协议设计面向调度服务。

1.2功能域划分

在整车功能域的划分中，可结合域控制器进行细分，具体分为动力域、自动驾驶域、底盘域、智能网联域、智能座舱域。

动力域涉及高压能量管理、电池管理、前后电机控制、扭矩控制、充电管理、热管理等功能，核心控制器为VCU。选择分布式控制，对扭矩控制功能进行集成，基于充电机的充电状态反馈。VCU能够在充电过程对充电时间和充电电流进行计算，而在车辆运行过程中，基于BMS反馈的电池电压、电流、电量等信息，VCU能够对电池的能量用途进行分配。

自动驾驶域涉及安全带/安全气囊、自适应巡航、主动刹车、车道保持、自动泊车、车道回正等功能。自动驾驶域控制器为其中核心，负责自动驾驶算法控制，结合周围环境信息能够实现最佳车辆姿态、行车路线等目标计算，满足自动驾驶需要。

底盘域涉及悬架管理、电子驻车、行车制动、备份制动、电动助力转向、自动驾驶响应等功能，选择分布式控制，通过总线的信号实现悬架系统、制动系统等功能，同时负责为自动驾驶域控制器提供协助。

智能网联域涉及车联网V2X、5G外网通信、内外灯光、后视镜、雨刮/洗涤、门锁控制等功能，主要在通信域控制器中集成上述功能，依托SG模组和V2X功能，快速数据传输、数据交互能够顺利实现，提供的辅助信息能够更好服务于自动驾驶，同时对车身电子功能进行集成，可通过减少控制器节约成本。

智能座舱域涉及数字仪表、中控大屏交互、后排娱乐控制屏、AI交互/语音识别、座椅通风等功能，能够控制智能座舱，如基于驾驶员需要进行座椅位置、角度调整。

2商用车电子电气架构主动安全措施

2.1域控制器硬件方案

结合上述功能域划分进行分析可以发现，域控制器硬件方案存在多方面优点，包括降低总线长度、减少电子部件、提升运算能力、简化网络架构、扩大储存空间、支持高级总线。每个域内的逻辑处理和运算可通过域控制方案实现，高速总线负责域之间的数据交互，域控制器负责分类集成功能域。为实现域控制器，可将两个微控制器在同一电子控制单元设置，二者分别负责Linux应用程序运行（信息娱乐功能、AI算法等高计算任务）、简单应用程序运行（诊断通信、车载等实时程序），二者连接基于串行外围设备接口实现。在主动安全措施的设计上，选择多传感器融合技术，以此形成高安全性的自动驾驶整体传感器方案。

通信域控制器硬件设计涉及的主动安全措施也需要得到重视，如基于车与车场景交互形成的第二套预警系统，该系统能够在自动驾驶激光雷达故障时保证行车安全，具体涉及前方碰撞预警、盲区预警、逆向超车预警、车辆失控预警、异常车辆提醒等应用场景。

2.2电气系统硬件方案

电气系统硬件方案涉及双供电系统、整车电平衡、接地点，为保证方案的安全性，需聚焦双电源系统的冗余保护设计，设计中主供电状态不仅由PDU电源分配单元负责采集，自动驾驶系统控制器也能够对自身主供电状态进行诊断，这能够保证双路供电下的自动驾驶系统正常工作，行车安全自然能够更好得到保障。

主动安全措施在抗干扰接地中也有着直观体现，汽车用电器安全能够更好地得到保障，具体设计选择降低接地线阻抗措施，主要选择单点并联方式进行汽车电气接地。

3结语

商用车电子电气架构与主动安全措施设计存具有重大的现实意义。在此基础上，本文涉及的总体设计、功能域划分、域控制器硬件方案、电气系统硬件方案等内容，提供了可行性较高的智能网联电子电气架构设计路径。为更好地满足汽车工业发展需要，基于区域型计算平台的电子电气架构设计探索同样需要得到重视。