时间: 2024-01-15 11:27:06 作者: 半岛官方网站下载
为了让大家更好的理解域控制器,在回答什么是域控制器之前,先说一下汽车电子架构。
简单来讲,所谓电子电气架构能够理解为汽车上所有的电子和电气部件,以及它们间的拓扑结构(能够理解为布局)和线束连接的总称。
近年来智能汽车特有的无人驾驶和智能座舱需要大算力的处理器,以及高速数据传输的需求,在传统的电子电气架构进行修修补补已经没办法满足智能汽车的性能需求,所以电子电气架构的改革就显得势在必行了。
众所周知,从1G、2G到3G、4G、5G ,移动网络的通信速率从几十K升级到1M,10M甚至百兆,手机的功能也从简单的通话、短信升级到视频聊天、海量影音资源、实时直播、万物互联,而且这些功能还在持续的更新中一直在升级迭代,慢慢的变智能,慢慢的变好用。
其实汽车电子架构的演变跟大家息息相关的通讯升级类似。电子电气架构分为三个阶段:分布式电子电气架构、域集中电子电气架构、中央集中电子电气架构。伴随电子电气架构的升级,汽车数据处理及传输能力强大,实现更多拓展功能。
上世纪80年代,随着IT技术的初步兴起,在当时以机械为主宰的汽车行业掀起了一场汽车电子电气化革命。“电子控制单元(Electronic Control Unit,ECU)”迅猛发展。(ECU还有一个通俗的名字就是“行车电脑”。) ECU利用传感器采集行驶过程中数据,通过总线进行数据传输,了解车辆状态和驾驶员意图,最后通过执行器来执行具体操作。很多人把电子控制单元形象的比喻成“大脑”,如下图所示,各个控制单元就像一个个控制“大脑”,各个控制大脑之间通过总线进行信息流动,每一个控制 “大脑”经过控制执行器“手”进行具体指令操作,给大家举个例子:比如驾驶员想要关闭车窗,上提玻璃升降器开关,指令就传递到车窗控制单元,车窗控制单元接到信号后,指示玻璃升降电机执行命令,将车窗上升。
聊完ECU,接下来我们来说一下电子电气架构,传统汽车电子电气架构采用分布式结构,各个控制单元通过CAN总线和LIN总线连接,随着汽车智能化的发展,汽车内的控制单元数量慢慢的变多,ECU总数达到几十个甚至上百个之多,整个控制管理系统越来越复杂,能力接近上限。同时在汽车“新四化”的发展的新趋势下,这种ECU的分布式电气架构也逐渐暴露出很多问题,比如控制单元数量到了瓶颈,总线长度重量和成本居高不下,信息安全性存在风险等。
为了解决以上问题,各大汽车厂商开始逐渐尝试能否把一些功能相似、分离的ECU功能整合到一个比ECU性能更强的处理器硬件上,在这种背景下,域控制器应运而生,域控制器的出现助力汽车电子电气架构从ECU分布式演变为域集中式。如果把刚才提到的ECU“大脑”例子作对比,那么域集中式示意图如下,通过这一个示意图,能够准确的看出,原先一个“大脑”控制一个执行“手”,转变为一个“大脑”控制N个手,大幅度减少了ECU数量以及各ECU之间信息连接线束长度。
域控制器带来的好处很多。一种原因是更高的集成度能够大大减少ECU的数量,平台的可拓展性更好。另一方面是,在更强大的域控制器能够直接进行共复杂的传感器融合算法,实现跨传感器的复杂功能融合与协同。
可以说,域控制器是从功能汽车转变为智能汽车的一个关键零部件,没有了域控制器,汽车很难实现软件与硬件分离、OTA升级以及更高级别无人驾驶功能。
前面提到了什么是域控制器,接下来我们的角度来看一下域控制器划分。接下来聊一聊各个域的具体划分,各大汽车主机厂商通过你自己研发理念不同划分的数量和功能不同。给大家举个例子,某厂商将汽车功能划分成下面5个域:动力域、底盘域、车身域、座舱域、无人驾驶域,这种划分就是五域集中式电子电气架构。
除了这种五域划分之外,有的厂商在五域集中式电子电气架构基础上做了进一步融合,比如把动力域、底盘域和车身域整合为车辆控制域,形成另外一种三域集中电子式电气架构,即:车辆控制域、智能驾驶域、智能座舱域。
在每个功能域中,域控制器就是一个高性能融合的ECU,负责处理域内部控制单元功能控制和信息传递。因此,域控制器应具备强大数据处理功能、及时性能,并连接大量的通信外设。
各个功能域内的通信怎么来实现的呢?从目前各大厂商提供的信息来看,依然沿用之前的数据总线(比如CAN总线、LIN总线、Flex Ray,你们可以简单理解为传输信息用的不同协议的线束)进行通信,而功能域之间的通信,由于信息量极大,就需要传输新年更高的以太网来承担信息交互的任务。
看到这可能大家会有一个疑问,那就是原来分布式电子电气架构中那么多的ECU到底还需不需要呢?从目前网络架构来看, ECU的数量有一定的减少,但目前还不具备完全消失的时机,但是大部分ECU的功能被弱化,数据处理功能降级,更多的是做执行层面的动作。
小结一下:域控制器划分以五域控制器和三域控制器为主,域和域直接需要传输速率更高的线束进行传递,虽然随着域控制器的使用,短时间内,ECU还会大量存在。
先说一下大众在电气架构上的发展里程,大家都知道,平台其实最早是由大众集团提出并实践, 比如PQ平台,在该平台诞生很多大家耳熟能详的车型,如高尔夫A6,新速腾等车型。2013年,上市的高尔夫A7,升级到MQB平台,采用模块化技术,取代之前的PQ平台。其实PQ和MQB平台就属于前面提到分布式电气架构。随着电动汽车发展,大众的ID.4 CROZZ采用MEB平台,属于集中式电气架构,域控制器也在该平台首次得到应用。
其实早在2016年,大众汽车集团做出了全面数字化,将汽车电子电气架构升级到的决定。大众采用全新的电子电气架构,也就是现在经常提及的E3架构,E3(End to End Electronic)端到端的电气架构的缩写,是大众汽车集团为满足未来车辆需求而开发的电气架构,提供了从用户端到云端的整体技术解决方案。
大众的E3电子电气演变中处于哪个阶段呢?该平台在电子电气架构上已经处于Vehicle Computer阶段,Vehicle Computer阶段可算是最先进的架构之一。传统汽车品牌多处于在 Centralization中央化阶段(多以太网域控制器)。前面说的MEB平台能够理解为E3电气架构在电动车应用实例。
E3是电气架构,包含3层结构,通过数字化云平台(ODP)、高算力域控制器(ICAS)和高速通信网络核心技术实现。其中数字化云平台ODP(One Digital Platform),基于云技术将车辆,客户和服务连接在一起,确保ECO中的外部合作伙伴可以与大众汽车IT架构相连接。高速通信网络在域控制器直接采用千兆&百兆以太网,执行器的连接采用升级版的CAN总线进行通信,。
大众采用的是前面介绍的三域集中式电子电气架构,是指三个中央控制单元(ICAS, 即In-Car Application Server)分别为车辆控制器ICAS1,智能驾驶控制器ICAS2,信息娱乐控制器ICAS3。我们以ID.4 CROZZ为例,来看一下,域控制器的应用场景有哪些?
车辆控制器ICAS1最多可负责8个不同CAN区域的通信,除此之外,它还负责控制和协调大量功能,比如网关、防盗锁止、KESSY/中央门锁、续驶里程计算、充电控制、离车方案、高/低电源协调等。接下来我们从几个场景来感受一下ICAS1的功能之强大:
智能驾驶控制器ICAS2用于支持高级无人驾驶功能,基于MEB平台L4无人驾驶将会配备。
信息娱乐控制器ICAS3主要侧重于信息娱乐系统、车辆设置、导航服务等,我们从同样从几个场景来感受一下ICAS3的功能强大之处,比如ID车型上的“三屏一带”:
简单介绍一下大众MEB中的ICAS硬件系统,该系统由德国大陆汽车提供,其中关键的以太网交换机88Q5050,则是由德国大陆汽车子公司,同时也是欧洲最大的汽车软件公司Elektrobit与Marvell联合开发的。英伟达号称能对应L5的NVIDIA DRIVE Pegasus无人驾驶汽车平台则是第一个采用88Q5050的产品。88Q5050到底是什么呢?这个比较专业你们可以把88Q5050看作是很厉害的一个交换机,从功能上可以对应千兆以太骨干网、TSN时间敏感网络、自适应AUTOSAR平台、虚拟以太交换、IP/VLAN。同时MEB平台的E3架构在网络安全方面也有很好的性能 。
小结一下:目前大众在域控制器上应用之一就是MEB平台,MEB属于三域平台包含最先进的汽车电子架构技术,属于最先进的架构之一,目前ICAS1和ICAS3已经在电动车应用。
写在最后, ID.4 CROZZ 来自大众MEB电动平台,E3新架构的导入,使得MEB平台车型可以配备更多智能化配置,包括了5.3 英寸数字仪表、12英寸中控屏、虚拟现实AR-HUD、ID. Light互动灯带的整体互动等。未来的ID.4 CROZZ任务不只是提供安全环保的交通服务,更多的是提供生活平台和驾驶乐趣。