智能網(wǎng)聯(lián)汽車線控底盤技術(shù)第七章

底盤線控域集成控制技術(shù)PPT模板/moban/

目錄一、概述二、汽車電子控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成三、DCU（域控制器）走上舞臺四、經(jīng)典域分類五、域控制器硬件組成六、域控制器軟件七、域控制器未來的發(fā)展01/Part概述概述“底盤線控域集成控制技術(shù)”是指對汽車底盤系統(tǒng)的集成控制技術(shù)，通過電子控制單元（ECU）對底盤的各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行智能化、協(xié)調(diào)性的控制，以提高車輛的穩(wěn)定性、操控性和安全性。這項(xiàng)技術(shù)通常包括對懸掛系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等底盤相關(guān)部件的集成控制。概述傳統(tǒng)分布式架構(gòu)在電子化智能化過程過于復(fù)雜且難以快速迭代升級。隨著車輛電子化不斷發(fā)展，最初用于發(fā)動機(jī)控制的ECU逐漸擴(kuò)展到車身，底盤，座艙和智能駕駛。這樣整車的電子電器架構(gòu)變得越來越復(fù)雜，也越來與難以維護(hù)和升級。概述為了建立對制動系統(tǒng)的最初步認(rèn)識，先了解兩個(gè)基本概念:制動系統(tǒng)原理和電子穩(wěn)定系統(tǒng)ESP，當(dāng)然也是為理解下文奠定基礎(chǔ)。概述因此，在電子化和智能化發(fā)展的需要下，傳統(tǒng)的分布式架構(gòu)逐漸進(jìn)化為域集中式架構(gòu)，采用了適當(dāng)?shù)募苫?，平臺的可擴(kuò)展性更好?？紤]到車身與底盤等部分的少數(shù)ECU對安全性和可靠性要求較高，全部集成的難度較高，因此目前各OEM家會根據(jù)自身的設(shè)計(jì)理念差異而劃分成幾個(gè)不同的域，通常劃分為5個(gè)域：動力域、底盤域、車身域、座艙域和ADAS域，如下所示：概述以底盤域?yàn)槔环矫?，底盤域控制器具備網(wǎng)關(guān)的協(xié)議轉(zhuǎn)換功能，通常利用CAN網(wǎng)絡(luò)接收駕駛員的操縱指令或智能駕駛指令，以及同汽車動態(tài)特征有關(guān)的所有傳感器的信息；另一方面，底盤域控制器同本域內(nèi)所有的執(zhí)行ECU通過CAN網(wǎng)絡(luò)連接起來，底盤域控制器運(yùn)行底盤最高層的控制策略和控制邏輯，包括駕駛員意圖識別，XYZ控制，故障診斷與降級處理等?？傊?，底盤域控制器需要進(jìn)行綜合平衡和全面協(xié)調(diào)，對汽車底盤各子執(zhí)行控制系統(tǒng)進(jìn)行合理分工，用最佳的方法來完成汽車的動態(tài)控制和穩(wěn)定。概述線控制動是底盤域控的重要內(nèi)容，其功能主要包括行車制動和駐車制動。為了深入了解線控制動本部分選取從行車制動系統(tǒng)為切入點(diǎn)，先梳理該制動系統(tǒng)的基礎(chǔ)內(nèi)容，包括基本概念，發(fā)展過程組成與工作原理等內(nèi)容02/Part汽車電子控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成汽車電子控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成汽車電子控制系統(tǒng)是現(xiàn)代汽車中的一個(gè)重要組成部分，它負(fù)責(zé)監(jiān)測、控制和協(xié)調(diào)車輛的各種功能和系統(tǒng)。汽車電子控制系統(tǒng)主要由傳感器、ECU和執(zhí)行器組成，對被控對象進(jìn)行控制。汽車電子控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成汽車在運(yùn)行時(shí)，各傳感器不斷檢測汽車運(yùn)行的工況信息，并將這些信息實(shí)時(shí)地通過接口傳送給ECU。ECU對接收到的信息進(jìn)行相應(yīng)的決策和處理后，通過接口將控制信號輸出給相應(yīng)的執(zhí)行器，由執(zhí)行器負(fù)責(zé)執(zhí)行相應(yīng)的動作。汽車電子控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成傳感器是信號輸入設(shè)備，其作為汽車電子控制系統(tǒng)的信息源。傳感器用來檢測和采集各種信息，如溫度、壓力、轉(zhuǎn)速等，并通過一定轉(zhuǎn)換裝置將一些非電量信號（物理量、化學(xué)量等）轉(zhuǎn)換為電信號傳給ECU。汽車電子控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成汽車電子控制系統(tǒng)的核心控制器是ECU，又稱為汽車的“行車大腦”主要是利用各種傳感器、總線的數(shù)據(jù)采集與交換，來判斷車輛狀態(tài)以及司機(jī)的意圖并通過執(zhí)行器來操控汽車。執(zhí)行器是為執(zhí)行某種控制功能的裝置，用于接收來自ECU的控制指令，并對控制對象實(shí)施相應(yīng)的操作。汽車電子控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成ECU也可稱為汽車嵌入式系統(tǒng)（AutomotiveEmbeddedSystem，AES），ECU對傳感器的信號進(jìn)行處理，通過控制算法向執(zhí)行器發(fā)出控制控制指令。ECU一般由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分主要由微控制器（Microcontroller）及外圍電路組成；軟件部分主要包括硬件抽象層（HardwareAbstractionLayer,HAL）、嵌入式操作系統(tǒng)及底層軟件和應(yīng)用軟件層。汽車的ECU核心在于微處理器（汽車專用微機(jī)控制器）和普通的單片機(jī)一樣，由微處理器、存儲器、I/O、D/A轉(zhuǎn)換器以及整形、驅(qū)動等集成電路組成。汽車電子控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成ECU使用范圍越來越廣泛。1993年，奧迪A8上使用了5個(gè)ECU，最開始ECU僅僅用于控制發(fā)動機(jī)工作，隨著今天汽車技術(shù)的進(jìn)步，ECU肩負(fù)起了越來越多的重?fù)?dān)，例如防抱死制動系統(tǒng)、4輪驅(qū)動系統(tǒng)、主動懸架系統(tǒng)、安全氣囊系統(tǒng)、自動變速箱都需要單獨(dú)的控制系統(tǒng)，越來越多的ECU出現(xiàn)在汽車上，汽車添加的諸多設(shè)備都需要ECU的管理，如今ECU已經(jīng)成為汽車上最為常見的部件之一，依據(jù)功能的不同可以分為不同的類型。最常見的包括EMS/TCU/BCM/ESP/VCU等。汽車電子控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成汽車電子控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成隨著車輛的電子化程度逐漸提高，ECU數(shù)量迅速增加。ECU幾乎占領(lǐng)了整個(gè)汽車系統(tǒng)，從傳統(tǒng)的引擎控制系統(tǒng)、安全氣囊、防抱死系統(tǒng)、電動助力轉(zhuǎn)向、車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)、車燈控制、空調(diào)、水泵油泵、儀表、娛樂影音系統(tǒng)。到現(xiàn)在已經(jīng)廣泛使用的胎壓監(jiān)測系統(tǒng)、無鑰匙進(jìn)入起動系統(tǒng)、電動座椅加熱調(diào)節(jié)，還有正在普及推廣的輔助駕駛系統(tǒng)、矩陣大燈、氛圍燈。還有電動汽車上的電驅(qū)控制、電池管理系統(tǒng)、車載充電系統(tǒng)，以及蓬勃發(fā)展的車載網(wǎng)關(guān)、T-BOX（TelematicsBOX，遠(yuǎn)程信息處理器）和自動駕駛系統(tǒng)等。這些應(yīng)用帶動了ECU數(shù)量的大幅增加，高端車型里的ECU平均達(dá)到50~70個(gè)，電子結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的車型ECU數(shù)量或超過100個(gè)。汽車電子控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成ECU使用的增加面臨成本和技術(shù)瓶頸，域控制器應(yīng)運(yùn)而生。自動駕駛要求更高的算力和更多的傳感器件，ECU的增長終將迎來爆發(fā)，而傳統(tǒng)的汽車電子電氣架構(gòu)都是分布式的，汽車?yán)锏母鱾€(gè)ECU都是通過CAN和LIN總線連接在一起。這種分布式的ECU架構(gòu)如果無限制擴(kuò)張，將會在成本端和技術(shù)端面臨巨大挑戰(zhàn)。汽車電子控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成成本端的挑戰(zhàn)如下：（1）算力冗余浪費(fèi)。ECU的算力不能協(xié)同，并相互冗余，產(chǎn)生極大浪費(fèi)。（2）線束成本提升。這種分布式的架構(gòu)需要大量的內(nèi)部通信，客觀上導(dǎo)致線束成本大幅增加，同時(shí)裝配難度也加大。汽車電子控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成技術(shù)端的挑戰(zhàn)如下：（1）多傳感器融合算法需要域控制器的統(tǒng)一處理。ADAS系統(tǒng)中包含各種傳感器如攝像頭、毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量很大，各種不同的功能都需要這些數(shù)據(jù)，每個(gè)傳感器模塊可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，然后通過車載以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，為了保證數(shù)據(jù)處理的結(jié)果最優(yōu)化，最好功能控制都集中在一個(gè)核心處理器中處理，這就產(chǎn)生了對域控制器的需求；（2）分布式ECU無法統(tǒng)一維護(hù)升級。大量分離的嵌入式操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序固件，由不同Tier1提供，語言和編程風(fēng)格迥異，導(dǎo)致無法統(tǒng)一維護(hù)和空中下載技術(shù)（Over-the-AirTechnology，OTA）升級。汽車電子控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成（3）分布式ECU制約軟件生態(tài)應(yīng)用。第三方應(yīng)用開發(fā)者無法與這些硬件進(jìn)行便捷的編程，這成為制約軟件定義的瓶頸。（4）保障汽車安全的需求提高。隨著汽車ECU的增多，被外部攻擊的可能性隨之增多，現(xiàn)在的汽車與外部的數(shù)據(jù)交換越來越多，車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也給黑客提供了攻擊的可能性，如果還是分布式架構(gòu)，就不能很方便地把一些關(guān)鍵系統(tǒng)保護(hù)起來?？梢詥为?dú)把這些動力、傳動控制系統(tǒng)組成一個(gè)域，通過中央網(wǎng)關(guān)與其他域隔離開，使其受到攻擊的可能性減小，同時(shí)加強(qiáng)這個(gè)域的網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)，這也產(chǎn)生了對域控制器的需求。汽車電子控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成（5）平臺化、標(biāo)準(zhǔn)化的需求提高。相比分布式的架構(gòu)，集中式的架構(gòu)需要DCU（域控制器）的處理單元具備更強(qiáng)的多核和更大的計(jì)算能力，而域內(nèi)的其它的處理器相對就可以減少性能和資源。各種傳感器、執(zhí)行器可以作為單獨(dú)的模塊，這樣可以更方便實(shí)現(xiàn)零部件的標(biāo)準(zhǔn)化。DCU能夠接入不同傳感器的信號并對其進(jìn)行分析和處理，從而更好的擴(kuò)展外接的傳感器，這樣就能夠更加適應(yīng)不同需求的開發(fā)，為平臺化鋪平道路。（6）隨著車載傳感器數(shù)量的增加，傳感器與ECU一一對應(yīng)使得車輛整體性能下降，線路復(fù)雜性也急劇增加，同時(shí)分布式ECU架構(gòu)在自動駕駛功能實(shí)現(xiàn)上面臨諸多技術(shù)瓶頸，此時(shí)DCU和MDC（多域控制器）應(yīng)運(yùn)而生，以更強(qiáng)大的中心化架構(gòu)逐步替代了分布式架構(gòu)。03/Part域控制器走上“舞臺”DCU（域控制器）走上舞臺在汽車行業(yè)新四化的趨勢下，汽車智能化的進(jìn)程中車輛電子電氣架構(gòu)從分散到集中，催生域控制器的發(fā)展。汽車智能網(wǎng)聯(lián)化帶來信息流大量增加，也讓電子控制單元（ECU）數(shù)量越來越多，汽車電子電氣(EE)架構(gòu)將迎來升級，汽車架構(gòu)從分布式-域集中式-中央計(jì)算式逐漸進(jìn)化，控制功能迅速集中，以域?yàn)閱挝坏腄CU（域控制器）集成化架構(gòu)正式走上歷史舞臺。DCU（域控制器）走上舞臺與傳統(tǒng)的汽車電子分布式架構(gòu)不同，域控制器將汽車電子各部分功能劃分成幾個(gè)領(lǐng)域，如動力傳動域、車身電子域、輔助駕駛域等等，然后利用處理能力強(qiáng)大的多核CPU/GPU芯片相對集中的控制域內(nèi)原本歸屬各個(gè)ECU的大部分功能，解決整車車載電子日益增長的發(fā)展需要。伴隨著域控制器的提出，軟件也將根據(jù)相應(yīng)功能域重新分類集成。車載娛樂系統(tǒng)、人車交互系統(tǒng)、車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)將扮演愈發(fā)重要的角色，其代碼量也必將與日俱增。DCU（域控制器）走上舞臺DCU將車身劃分為多個(gè)功能模塊。所謂“域”就是將汽車電子系統(tǒng)根據(jù)功能劃分為若干個(gè)功能塊，每個(gè)功能塊內(nèi)部的系統(tǒng)架構(gòu)由DCU為主導(dǎo)搭建。各個(gè)域內(nèi)部的系統(tǒng)互聯(lián)仍可使用現(xiàn)如今十分常用的CAN和FlexRay通信總線。而不同域之間的通訊，則需要由更高傳輸性能的以太網(wǎng)作為主干網(wǎng)絡(luò)承擔(dān)信息交換任務(wù)。對于功能域的具體劃分，不同整車廠會有自己的設(shè)計(jì)理念。在每個(gè)功能域中，DCU處于絕對中心，它們需要強(qiáng)大的處理功率和超高的實(shí)時(shí)性能以及大量的通信外設(shè)。DCU（域控制器）走上舞臺DCU的概念最早是由以博世、大陸、德爾福為首的Tier1提出，為了解決信息安全，以及ECU瓶頸的問題。根據(jù)汽車電子部件功能將整車劃分為5個(gè)大域，大域下面包含各種子域。每個(gè)域或子域都有對應(yīng)的DCU和各種ECU，所有這些構(gòu)成了汽車電子電氣架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。利用處理能力更?qiáng)的多核CPU或GPU（圖形處理器）芯片相對集中的控制每個(gè)域，以取代目前分布式電子電氣架構(gòu)。DCU（域控制器）走上舞臺行業(yè)痛點(diǎn)推動域控制器的快速發(fā)展1、輔助駕駛功能應(yīng)用帶來的需求增長：輔助駕駛是這幾年發(fā)展最快的應(yīng)用，包括諸如停車輔助、車道偏離預(yù)警、夜視輔助、自適應(yīng)巡航、碰撞避免、盲點(diǎn)偵測、駕駛員疲勞探測等很多功能，這些功能如果采用分布式架構(gòu)就無法適應(yīng)需求。2、信息安全風(fēng)險(xiǎn)增大，關(guān)鍵系統(tǒng)防護(hù)難：隨著汽車ECU的增多，被外部攻擊的可能性也就增多了，現(xiàn)在的汽車與外部的數(shù)據(jù)交換越來越多，汽車ECU被外部攻擊的可能性就會增大，同時(shí)，車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也給黑客提供了攻擊的可能性。如果還是采用分布式架構(gòu)，一些關(guān)鍵系統(tǒng)保護(hù)起來就不能完全做好防護(hù)，比如引擎控制和制動系統(tǒng)這些屬于動力和傳動控制方面的。3、平臺化、標(biāo)準(zhǔn)化的需求：集中式的架構(gòu)相比分布式的架構(gòu)，需要DCU的處理單元擁有更強(qiáng)的多核、更大的計(jì)算能力，而域控制器里其它的處理器相對就可以減少性能和資源。各種傳感器、執(zhí)行器可以成為單獨(dú)的模塊，這樣可以更方便實(shí)現(xiàn)零部件的標(biāo)準(zhǔn)化。DCU（域控制器）走上舞臺該域控制器解決方案，通過高清360環(huán)視與超聲波雷達(dá)融合的車位識別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)更高的車位識別精度、覆蓋更多的應(yīng)用場景，在低成本硬件平臺上實(shí)現(xiàn)FAPA（全自動泊車輔助）+AVM（360影像）+DMS（駕駛監(jiān)控系統(tǒng)）等多種智能駕駛功能，為車主提供高可靠性的功能和服務(wù)。DCU（域控制器）走上舞臺在智能駕駛領(lǐng)域，基于汽車電子領(lǐng)域多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)儲備，聯(lián)友智能駕駛端云一體產(chǎn)品，擁有自主學(xué)習(xí)能力，持續(xù)迭代融合感知、規(guī)劃決策、車輛控制的產(chǎn)品能力，并將逐步釋放更開放的功能和服務(wù)。目前，聯(lián)友科技已掌握L2+級智能駕駛技術(shù)，自主研發(fā)的自動泊車、行車域控制器產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)上車。未來，聯(lián)友科技將通過yPilot與yPark兩條智能駕駛產(chǎn)品線并行開發(fā)，為客戶提供更低成本、更多功能、更有競爭力的域控制器產(chǎn)品及解決方案，助力車企實(shí)現(xiàn)汽車電子領(lǐng)域的數(shù)智化升級。04/Part經(jīng)典域分類經(jīng)典域分類博世經(jīng)典的5個(gè)域分類為動力域（安全）、底盤域（車輛運(yùn)動）、座艙域/智能信息域（娛樂信息）、自動駕駛域（輔助駕駛）和車身域（車身電子），這5大域控制模塊較為完備的集成了L3及以上級別自動駕駛車輛的所有控制功能。動力域（安全）底盤域（車輛運(yùn)動）座艙域/智能信息域（娛樂信息）自動駕駛域（輔助駕駛）車身域（車身電子）經(jīng)典域分類

經(jīng)典域分類未來主流的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案如下：1）以Aurix2G（387/397）為核心的智能動力域控制器軟硬件平臺，對動力域內(nèi)子控制器進(jìn)行功能整合，集成ECU的基本功能，集成面向動力域協(xié)同優(yōu)化的VCU，Inverter，TCU，BMS和DCDC等高級的域?qū)哟嗡惴ā?）以ASIL-C安全等級為目標(biāo)，具備SOTA，信息安全，通訊管理等功能。3）支持的通訊類型包括CAN/CAN-FD，GigabitEthernet并對通訊提供SHA-256加密算法支持。4）面向CPUGPU發(fā)展，需要支持AdapativeAutosar環(huán)境，主頻需要提高到2G，支持Linux系統(tǒng)，目前支持POSIX標(biāo)準(zhǔn)接口的操作系統(tǒng)。經(jīng)典域分類底盤域（車輛運(yùn)動）底盤域是與汽車行駛相關(guān)，由傳動系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和制動系統(tǒng)共同構(gòu)成。傳動系統(tǒng)負(fù)責(zé)把發(fā)動機(jī)的動力傳給驅(qū)動輪，可以分為機(jī)械式、液力式和電力式等，其中機(jī)械式傳動系統(tǒng)主要由離合器、變速器、萬向傳動裝置和驅(qū)動橋組成、液力式傳動系統(tǒng)主要由液力變矩器、自動變速器、萬向傳動裝置和驅(qū)動橋組成；行駛系統(tǒng)把汽車各個(gè)部分連成一個(gè)整體并對全車起支承作用，如車架、懸架、車輪、車橋都是它的零件；轉(zhuǎn)向系統(tǒng)保證汽車能按駕駛員的意愿進(jìn)行直線或轉(zhuǎn)向行駛；制動系統(tǒng)迫使路面在汽車車輪上施加一定的與汽車行駛方向相反的外力，對汽車進(jìn)行一定程度的強(qiáng)制制動，其功用是減速停車、駐車制動。智能化推動線控底盤發(fā)展。隨著汽車智能化發(fā)展，智能汽車的感知識別、決策規(guī)劃、控制執(zhí)行三個(gè)核心系統(tǒng)中，與汽車零部件行業(yè)最貼近的是控制執(zhí)行端，也就是驅(qū)動控制、轉(zhuǎn)向控制、制動控制等，需要對傳統(tǒng)汽車的底盤進(jìn)行線控改造以適用于自動駕駛。經(jīng)典域分類線控底盤主要有五大系統(tǒng)，分別為線控轉(zhuǎn)向、線控制動、線控?fù)Q擋、線控油門、線控懸掛，線控轉(zhuǎn)向和線控制動是面向自動駕駛執(zhí)行端方向最核心的產(chǎn)品，其中又以制動技術(shù)難度更高。經(jīng)典域分類底盤域（車輛運(yùn)動）（1）線控制動是未來汽車制動系統(tǒng)的發(fā)展趨勢線控制動是汽車技術(shù)門檻較高的領(lǐng)域，全球主要的線控制動廠家是博世、大陸、采埃孚等零部件企業(yè)。EHB國外廠商技術(shù)發(fā)展已經(jīng)比較成熟，但嚴(yán)格意義講還不適應(yīng)于L4自動駕駛，國內(nèi)此項(xiàng)技術(shù)在努力追趕；EMB還處在研究階段，目前看較難有突破。其中，博世的iBooster是典型的直接型EHB。iBooster通常與ESP配套使用，ESP在iBooster失效時(shí)頂上。不過因?yàn)镋SP也是一套電液壓系統(tǒng)，也有可能失效，且ESP在設(shè)計(jì)之初只是為AEB類緊急制動場景設(shè)計(jì)的，不能做常規(guī)制動，所以博世在第二代iBooster推出后，著手針對L3和L4設(shè)計(jì)了一套線控制動系統(tǒng)，這就是IPB+RBU。經(jīng)典域分類底盤域（車輛運(yùn)動）（2）智能化的發(fā)展催促線控轉(zhuǎn)向的產(chǎn)生目前乘用車上以EPS為主流，商用車以HPS為主流，EHPS在大型SUV上比較常見，其余領(lǐng)域比較少見。智能化的趨勢下，L3及以上等級智能汽車要求部分或全程會脫離駕駛員的操控，對于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制精確度、可靠性要求更高，催促線控轉(zhuǎn)向（SteeringByWire,SBW）的產(chǎn)生。經(jīng)典域分類線控轉(zhuǎn)向（SBW）系統(tǒng)是指，在駕駛員輸入接口（方向盤）和執(zhí)行機(jī)構(gòu)（轉(zhuǎn)向輪）之間是通過線控（電子信號）連接的，即在它們之間沒有直接的液力或機(jī)械連接。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是通過給助力電機(jī)發(fā)送電信號指令，從而實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行控制。SBW（steeringbywire）的發(fā)展與EPS一脈相承，其系統(tǒng)相對于EPS需要有冗余功能。經(jīng)典域分類座艙域/智能信息域（娛樂信息）智能座艙的構(gòu)成主要包括全液晶儀表、大屏中控系統(tǒng)、車載信息娛樂系統(tǒng)、抬頭顯示系統(tǒng)、流媒體后視鏡等，核心控制部件是域控制器。座艙域控制器（DCU）通過以太網(wǎng)/MOST/CAN，實(shí)現(xiàn)抬頭顯示、儀表盤、導(dǎo)航等部件的融合，不僅具有傳統(tǒng)座艙電子部件，還進(jìn)一步整合智能駕駛ADAS系統(tǒng)和車聯(lián)網(wǎng)V2X系統(tǒng)，從而進(jìn)一步優(yōu)化智能駕駛、車載互聯(lián)、信息娛樂等功能。智能駕駛輔助系統(tǒng)的構(gòu)成主要包括感知層、決策層和執(zhí)行層三大核心部分。感知層主要傳感器包括車載攝像頭、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)、激光雷達(dá)、智能照明系統(tǒng)等，車輛自身運(yùn)動信息主要通過車身上的速度傳感器、角度傳感器、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)等部件獲取。經(jīng)典域分類座艙域/智能信息域（娛樂信息）座艙電子域控制器領(lǐng)域，采用偉世通SmartCore方案的廠家最多，其次就是Aptiv的ICC（IntegratedCockpitController）方案。其中偉世通的SmartCore旨在集成信息娛樂、儀表板、信息顯示、HUD、ADAS和網(wǎng)聯(lián)系統(tǒng)。據(jù)偉世通稱，它具有很高的擴(kuò)展性和網(wǎng)絡(luò)安全的程度，可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的功能域。而Aptiv的集成駕駛艙控制器（IntegratedCockpitController，ICC）使用最新的英特爾汽車處理器系列，可支持到四個(gè)高清顯示器，可擴(kuò)展，并且可以從入門級覆蓋到高端產(chǎn)品。ICC在圖形（10x）和計(jì)算能力（5x）方面提供了實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)，ICC使用單芯片中央計(jì)算平臺驅(qū)動多個(gè)駕駛艙顯示器，包括儀表、HUD和中央堆棧等。經(jīng)典域分類自動駕駛域（輔助駕駛）應(yīng)用于自動駕駛領(lǐng)域的域控制器能夠使車輛具備多傳感器融合、定位、路徑規(guī)劃、決策控制的能力，通常需要外接多個(gè)攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)等設(shè)備，完成的功能包含圖像識別、數(shù)據(jù)處理等。不再需要搭載外設(shè)工控機(jī)、控制板等多種硬件，并需要匹配核心運(yùn)算力強(qiáng)的處理器，從而提供自動駕駛不同等級的計(jì)算能力的支持，核心主要在于芯片的處理能力，最終目標(biāo)是能夠滿足自動駕駛的算力需求，簡化設(shè)備，大大提高系統(tǒng)的集成度。經(jīng)典域分類自動駕駛域（輔助駕駛）算法實(shí)現(xiàn)上，自動駕駛汽車通過激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、攝像頭、GPS、慣導(dǎo)等車載傳感器來感知周圍環(huán)境，通過傳感器數(shù)據(jù)處理及多傳感器信息融合，以及適當(dāng)?shù)墓ぷ髂Ｐ椭贫ㄏ鄳?yīng)的策略，進(jìn)行決策與規(guī)劃。在規(guī)劃好路徑之后，控制車輛沿著期望的軌跡行駛。域控制器的輸入為各項(xiàng)傳感器的數(shù)據(jù)，所進(jìn)行的算法處理涵蓋了感知、決策、控制三個(gè)層面，最終將輸出傳送至執(zhí)行機(jī)構(gòu)，進(jìn)行車輛的橫縱向控制。經(jīng)典域分類自動駕駛域（輔助駕駛）由于要完成大量運(yùn)算，域控制器一般都要匹配一個(gè)核心運(yùn)算力強(qiáng)的處理器，能夠提供自動駕駛不同級別算力的支持，目前業(yè)內(nèi)有NVIDIA、華為、瑞薩、NXP、TI、Mobileye、賽靈思、地平線等多個(gè)方案。但中間也會有一些共性，比如在自動駕駛系統(tǒng)中，算力需求最高的當(dāng)屬圖像識別部分，其次是多傳感器的數(shù)據(jù)處理，以及融合決策。以奧地利TTTech公司的zFAS（首次在2018款?yuàn)W迪A8上應(yīng)用）為例,這款基于德爾福提供的域控制器設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，內(nèi)部集成了英偉達(dá)TegraK1處理器、Mobileye的EyeQ3芯片，各個(gè)部分分處理不同的模塊。TegraK1用于做4路環(huán)視圖像處理，EyeQ3負(fù)責(zé)前向識別處理。經(jīng)典域分類在自動駕駛技術(shù)快速發(fā)展背景下，國內(nèi)外越來越多的Tier1和供應(yīng)商都開始涉足自動駕駛域控制器。經(jīng)典域分類車身域（車身電子）隨著整車發(fā)展，車身控制器越來越多，為了降低控制器成本，降低整車重量，集成化需要把所有的功能器件，從車頭的部分、車中間的部分和車尾部的部分如后剎車燈、后位置燈、尾門鎖、甚至雙撐桿統(tǒng)一連接到一個(gè)總的控制器里面。車身域控制器從分散化的功能組合，逐漸過渡到集成所有車身電子的基礎(chǔ)驅(qū)動、鑰匙功能、車燈、車門、車窗等的大控制器。車身域控制系統(tǒng)綜合燈光、雨刮洗滌、中控門鎖、車窗控制；PEPS智能鑰匙、低頻天線、低頻天線驅(qū)動、電子轉(zhuǎn)向柱鎖、IMMO天線；網(wǎng)關(guān)的CAN、可擴(kuò)展CANFD和FLEXRAY、LIN網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)接口；TPMS和無線接收模塊等進(jìn)行總體開發(fā)設(shè)計(jì)。車身域控制器能夠集成傳統(tǒng)BCM、PEPS、紋波防夾等功能。從通信角度來看，存在傳統(tǒng)架構(gòu)-混合架構(gòu)-最終的VehicleComputerPlatform的演變過程。05/Part域控制器硬件組成域控制器硬件組成汽車域的核心是DCU。DCU的底層硬件仍然是ECU，只是相較于ECU而言，DCU的處理器算力更強(qiáng)、接口數(shù)目更多，軟件方法更新。但DCU和ECU外觀相似，硬件結(jié)構(gòu)基本一致。博世發(fā)動機(jī)ECU外觀和特斯拉前車身控制器外觀如圖所示。域控制器硬件組成ECU和DCU硬件結(jié)構(gòu)大同小異。如果拆解ECU和DCU后會發(fā)現(xiàn)，二者都是由印刷電路板、密封性金屬外殼、支架和散熱組件（風(fēng)冷或水冷）等構(gòu)成，如圖所示。大部分ECU電路結(jié)構(gòu)大同小異，控制功能的變化主要依賴于軟件及輸入輸出模塊的變化，隨控制系統(tǒng)完成任務(wù)的不同而存在差異。域控制器硬件組成1)硬件部分，汽車電子控制器硬件的核心在于微控制器(MCU)。MCU=CPU+存儲+接口單元，CPU即芯片的一種類別。從生產(chǎn)流程來看，汽車電子控制器產(chǎn)業(yè)鏈主要輕歷了:晶圓生產(chǎn)、(芯片)封裝測試及系統(tǒng)應(yīng)用(MCU及各類控制器等)。晶圈的原始材料是硅，通過純化、融解、注入籽晶、拉出成單晶硅晶棒、硅晶棒再經(jīng)過切段，滾磨，切片，倒角，拋光，激光刻，包裝后，即成為積體電路工廠的基本原料-硅晶圓片，即晶圈，也就是芯片制作的原料;芯片廠收到晶圈后，通過使用化學(xué)、電路光刻制版技術(shù)，將晶體管蝕刻到硅晶圓之上，蝕刻完成后將單個(gè)的芯片一塊塊地從晶圓上切割下來，并進(jìn)行封裝測試，這一步芯片制作完成:將發(fā)去下游的控制器制造廠SMT產(chǎn)線上，進(jìn)行PCBA(印刷電路板)。將需要的各種芯片貼裝到電路板上，最后進(jìn)行Housing(外殼組裝)域控制器硬件組成總結(jié)來看，汽車電子控制器(DCU/ECU等)產(chǎn)業(yè)鏈上游在于芯片制造(芯片設(shè)計(jì)-晶圓生產(chǎn)-封裝測試)，中游為智能控制器設(shè)計(jì)制造(SMT貼片，整合無源器件和PCB板)，下游是汽車電子終端產(chǎn)品(嵌入式代碼)。產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)從上至下包括芯片設(shè)計(jì)方、晶圓制造方、外包封測企業(yè)、垂直整合芯片制造商、無源器件、電路板(PCB板)、MCU廠商、域控制器廠商域控制器硬件組成上游芯片端一一域控制器上游的芯片直接反映了技術(shù)應(yīng)用和產(chǎn)品性能,國內(nèi)在晶圓代工和封裝測試方面都有一定的積累，但在芯片設(shè)計(jì)方面尚較為空白，而這正是國內(nèi)外汽車控制器差距所在。域控制器硬件組成中游PCB端--PCB(印刷電路板)是汽車控制器內(nèi)部元器件電氣連接的載體主要材料是覆銅板，當(dāng)前國產(chǎn)化率較高，中國PCB廠商在全球占據(jù)重要地位。中游MCU(微型控制器)端一一域控制器中游環(huán)節(jié)主要是微控制單元(MCU),又稱單片微型計(jì)算機(jī)或單片機(jī)，是把CPU(中央處理器)的頻率與規(guī)格做適當(dāng)縮減，并將內(nèi)存、計(jì)數(shù)器、USB、AD轉(zhuǎn)換、UART、PLC、DMA等周邊接口，甚至LCD驅(qū)動電路都整合在單一芯片上，形成芯片級的計(jì)算機(jī)，為不同的應(yīng)用場合做不同組合控制。MCU可以視為一個(gè)小型的控制器,大多數(shù)ECU會基于多個(gè)MCUPCB板進(jìn)行更為復(fù)雜的控制功能設(shè)計(jì)。域控制器硬件組成車用PCB板是PCB行業(yè)的重要應(yīng)用，2017年中國PCB市場下游應(yīng)用最多的三個(gè)領(lǐng)域分別是通信電子、汽車電子、消費(fèi)電子，分別占據(jù)了35%、16%和15%的應(yīng)用比例。汽車電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化將加速汽車電子化的進(jìn)程，Prismark預(yù)測2018至2023年汽車智能化中最重要的ADAS年均成長率為17%根據(jù)N.T.Information報(bào)告，2017年全球汽車電子產(chǎn)值約1950億美元，每車的汽車電子價(jià)值占比預(yù)計(jì)為30%，到2030年每車的汽車電子價(jià)值占比預(yù)計(jì)增加到50%，汽車電子化程度的不斷加深將增加更多的高散熱、高多層、高密度PCB的需求。國內(nèi)PCB核心廠商中，汽車業(yè)務(wù)比例較高的主要有依頓電子、滬電股份、景旺電子、世運(yùn)電路和崇達(dá)技術(shù)，車用PCB業(yè)務(wù)比例分別達(dá)到了39%、36%、23%、23%和12%。域控制器硬件組成汽車電子控制系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分，硬件有ECU及其接口、傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、顯示機(jī)構(gòu)等；軟件存儲在ECU中支配電子控制系統(tǒng)完成實(shí)時(shí)測控功能。域控制器硬件組成汽車電子控制系統(tǒng)工作原理：汽車電子控制系統(tǒng)工作時(shí)，信號可經(jīng)過輸入、轉(zhuǎn)換、處理和輸出4個(gè)模塊。域控制器硬件組成在輸入處理電路中，ECU的輸入信號主要有3種形式，模擬信號、數(shù)字信號(包括開關(guān)信號)、脈沖信號。模擬信號通過A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號提供給微處理器?？刂葡到y(tǒng)要求模數(shù)信號轉(zhuǎn)換具有較高的分辨率和精度(>10bit)。為了保證測控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，采樣間隔一般要求小于4ms。數(shù)字信號需要通過電平轉(zhuǎn)換，得到計(jì)算機(jī)接收的信號。對超過電源電壓、電壓在正負(fù)之間變化、帶有較高的振蕩或噪聲、帶有波動電壓等輸入信號，輸入電路也對其進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理。域控制器硬件組成在微處理器中，首先完成傳感器信號的A/D轉(zhuǎn)換、周期脈沖信號測量和其它有關(guān)汽車行駛狀態(tài)信號的輸入處理，然后計(jì)算并控制所需的輸出值，按要求實(shí)時(shí)地向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)送控制信號。過去微處理器多數(shù)是8bit機(jī)和l6bit機(jī)，也有少數(shù)采用32bit機(jī)。現(xiàn)在多用16bit機(jī)和32bit機(jī)。域控制器硬件組成在輸出電路中，微處理器輸出的信號往往用作控制電磁閥、指示燈、步進(jìn)電動機(jī)等執(zhí)行件。微處理器輸出信號功率較小，使用+5V的電壓，汽車上執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電源大部分是蓄電池，需要將微處理器的控制信號通過輸出處理電路處理后再驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在電源電路中，傳統(tǒng)車的ECU一般帶有蓄電池和內(nèi)置電源電路，以保證微處理器及其接口電路工作在+5V的電壓下。即使在發(fā)動機(jī)起動工況等使汽車蓄電池電壓有較大波動時(shí)，也能提供+5V的穩(wěn)定電壓，從而保證系統(tǒng)的正常工作，而電動汽車一般由蓄電池供電。域控制器硬件組成ECU就是由MCU和外圍電路組成。ECU作為汽車電子控制系統(tǒng)的核心部分，屬于嵌入式系統(tǒng)裝置，一般由中央處理機(jī)（CPU）、存儲器（擴(kuò)展內(nèi)存）、擴(kuò)展I/O口、CAN/LIN總線收發(fā)控制器、A/D及D/A轉(zhuǎn)換口（有時(shí)集成在CPU中），PWM脈寬調(diào)制，PID控制，電壓控制，看門狗（WatchDogTimer，WDT）及散熱片，和其他一些電子元器件組成，特定功能的ECU還帶有諸如紅外線收發(fā)器、傳感器、DSP數(shù)字信號處理器、脈沖發(fā)生器、脈沖分配器、電動機(jī)驅(qū)動單元、放大單元和強(qiáng)弱電隔離等元器件。整塊電路板設(shè)計(jì)安裝于一個(gè)鋁質(zhì)盒內(nèi)，通過卡扣或者螺釘安裝于車身鈑金上。ECU一般采用通用且功能集成，開發(fā)容易的CPU；軟件一般用C語言來編寫，并且提供了豐富的驅(qū)動程序庫和函數(shù)庫，有編程器，仿真器，仿真軟件，還有用于標(biāo)定的軟件。簡單來說，ECU就是由MCU和外圍電路組成。域控制器硬件組成城控制器帶來的軟件層面升級06/Part域控制器軟件域控制器軟件以恩智浦公司的S32K芯片系列為例，介紹DCU的應(yīng)用層軟件的編寫。S32K汽車平臺主要用于汽車和工業(yè)，其S32微控制器架構(gòu)可以平衡性能和功耗。S32K汽車平臺旨在應(yīng)對當(dāng)前和未來的連接、保密和安全的挑戰(zhàn)。其開發(fā)軟件具有工業(yè)級和汽車工業(yè)的ASILBCD級，常用于DCU。域控制器軟件DCU軟件模型中包含油車節(jié)氣門控制模型的軟件開發(fā)工作?；贜XPS32KMCU節(jié)氣門控制模型，軟件編寫可以采用Simulink進(jìn)行模型軟件開發(fā)。基于NXPS32K系列的MCU開發(fā)的節(jié)氣門的控制模型中的輸入信號為駕駛員期望節(jié)氣門開度或自動駕駛系統(tǒng)請求的油門開度和當(dāng)前節(jié)氣門實(shí)際的開度，控制算法為PID算法，控制模型的輸出信號是節(jié)氣門期望開度和實(shí)際開度之間的差值。基于Simulink開發(fā)的模型開發(fā)完成后，可以使用嵌入式編碼器（EmbeddedCoder）生成優(yōu)化的、可立即投入生產(chǎn)的代碼，然后使用基于恩智浦模型的設(shè)計(jì)工具箱（MBDT）將代碼部署到恩智浦S32K微控制器中。域控制器軟件汽車計(jì)算芯片主要包括三種典型產(chǎn)品:ASSP(專用應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，比如CPU、GPU)、ASIC(專用芯片)和FPGA。當(dāng)前主流的域控制器處于多核CPU/GPU芯片階段，隨著人工智能計(jì)算的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的CPU、GPU已經(jīng)開始難以滿足越來越多新的需求，在能效上也處于劣勢。而半定制的FPGA和定制型的ASIC將迎來高速的發(fā)展。第一階段:從以CPU(通用計(jì)算)為核心的ECU轉(zhuǎn)變?yōu)橐訥PU(高性能計(jì)算)為核心的智能輔助駕駛芯片。域控制器軟件汽車電子發(fā)展的初期階段，ECU主要是用于控制發(fā)動機(jī)工作，為保證傳感器ECU控制器回路的穩(wěn)定性，采用ECU與傳感器對應(yīng)的分布式架構(gòu)。后來隨著車輛的電子化程度逐漸提高，ECU占領(lǐng)了整個(gè)汽車，從防抱死制動系統(tǒng)、4輪驅(qū)動系統(tǒng)電控自動變速器、主動懸架系統(tǒng)、安全氣囊系統(tǒng)，到現(xiàn)在逐漸延伸到了車身各類安全、網(wǎng)絡(luò)、娛樂、傳感控制系統(tǒng)等。域控制器軟件隨著汽車電子化的發(fā)展，車載傳感器數(shù)量越來越多，傳感器與ECU一一對應(yīng)使得車輛整體性下降，線路復(fù)雜性也急劇增加，此時(shí)DCU(域控制器)和MDC(多域控制器)等更強(qiáng)大的中心化架構(gòu)逐步替代了分布式架構(gòu)，將整車劃分為動力總成，車輛安全，車身電子，智能座艙和智能駕駛等幾個(gè)域，利用多核CPU/GPU芯片相對集中的去控制每個(gè)域。域控制器軟件第二階段:從ASSP(專用應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，CPU/GPU)到FPGA(半定制)ASIC(定制化)。摩爾定律使Al芯片性能增加速度越來越飽和，起作用的過程也正在放緩。用于通用計(jì)算的CPU和用于高性能計(jì)算的GPU在計(jì)算能效上也開始處于劣勢，下一代計(jì)算越來越需要異構(gòu)系統(tǒng)，傳統(tǒng)的CPU、GPU已經(jīng)開始難以滿足越來越多的新的需求，半定制的FPGA和定制型的ASIC被各大公司青睞。域控制器軟件FPGA的核心優(yōu)點(diǎn)在于可編程靈活性高、開發(fā)周期短，F(xiàn)PGA可隨意定制內(nèi)部邏輯的陣列，并且可以在用戶現(xiàn)場進(jìn)行即時(shí)編程，以修改內(nèi)部的硬件邏輯，從而實(shí)現(xiàn)任意邏輯功能。形象點(diǎn)來說，傳統(tǒng)的ASIC等于一張出廠時(shí)就寫有數(shù)據(jù)且不可擦除的CD，用戶只需要放到CD播放器就可以看到起數(shù)據(jù)或聽到音樂;而FPGA是一張出廠時(shí)的空白的CD，需要用戶自己使用刻錄機(jī)燒寫數(shù)據(jù)內(nèi)容到盤里，并且還可以擦除上面的數(shù)據(jù)，反復(fù)刻錄。域控制器軟件在軟件層面:域控制器1)形成了多核異構(gòu)集成平臺；2)感知層面融合算法和交叉驗(yàn)證；3)支持更靈活高的通信網(wǎng)絡(luò)(CAN疊加以太網(wǎng)）；4)新建高級網(wǎng)關(guān)；5)Autosar架構(gòu)；6)安全機(jī)制要求更高(ASILD級別)；7)支持OTA升級域控制器軟件1)各軟件組件的集成平臺:基于復(fù)雜接口、更高算力和多核處理器芯片，城控制器建立了一個(gè)集成平臺，兼AI感知、融合、決策控制一體化平臺型架構(gòu)，靈活支持客戶定制化的系統(tǒng)配置、傳感器組合、通訊接口與協(xié)議等。2)多傳感器融合算法:感知層面采用多冗余與交叉驗(yàn)證機(jī)制，保證目標(biāo)檢出可信度;決策層面采用先進(jìn)狀態(tài)估計(jì)與判斷算法，準(zhǔn)確判斷動態(tài)場景，在邊緣處理器側(cè)即可實(shí)現(xiàn)原始數(shù)據(jù)層面的高效融合與處理。3)車內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)關(guān)升級:當(dāng)前CAN，LIN代表著傳統(tǒng)汽車車內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)，但CAN最大1MB/s的帶寬以及非確定性的Message傳輸時(shí)間，在高算力和高度融合的域控制器階段有所不足，未來更高速、更開放的以太網(wǎng)有望取代CAN成為骨干網(wǎng)絡(luò)，和CAN等傳統(tǒng)車載網(wǎng)絡(luò)在較長的一段時(shí)間內(nèi)共存。也就是說，在車身控制域內(nèi)部，各部件通過CAN、LIN溝通實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享(類似于傳統(tǒng)車載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu))在娛樂子網(wǎng)中，娛樂域控制器與其子部件的通信將通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn);當(dāng)一個(gè)域需要與其他域交換信息時(shí)則經(jīng)由網(wǎng)關(guān)、以太網(wǎng)路由實(shí)現(xiàn)。域控制器軟件4)AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)軟件架構(gòu):AUTOSAR是全球各大汽車整車廠、汽車零部件供應(yīng)商、汽車電子軟件系統(tǒng)公司聯(lián)合擬定的一個(gè)符合汽車電子軟件開發(fā)的、開放的以及標(biāo)準(zhǔn)化的軟件架構(gòu)。該架構(gòu)旨在改善汽車電子系統(tǒng)軟件的更新與交換，同時(shí)更方便有效地管理日趨復(fù)雜的汽車電子軟件系統(tǒng)。AUTOSAR規(guī)范的運(yùn)用使得不同結(jié)構(gòu)的電子控制單元的接口特征標(biāo)準(zhǔn)化，應(yīng)用軟件具備更好的可擴(kuò)展性以及可移植性，能夠?qū)崿F(xiàn)對現(xiàn)有軟件的重用，大大降低了重復(fù)性工作，縮短開發(fā)周期。域控制器軟件5)系統(tǒng)安全升級:lSO26262是汽車電氣/電子系統(tǒng)相關(guān)的“功能安全"國際標(biāo)準(zhǔn)于2011年11月正式發(fā)布第一版本，于2018年12月發(fā)布修訂后的第二版，ISO26262采用車輛安全完整性等級(ASIL)來判斷系統(tǒng)的功能安全程度,ASIL由ASILA(最低)、ASILB、ASILC及ASILD(最高)四個(gè)等