散漫說，面對“域”的設計，國內外各大整車廠與供應商猶如八仙過海，各顯神通。單一功能的控制器不再成為主流，整車更多關注的是系統(tǒng)方案和軟件集成控制。只有掌握集大成于一體的“域”控制理念，才能在即將到來的市場機遇中真正做到屹立不倒，成為最強王者。分享一篇文章，一文淺談汽車電子電氣域架構。以下為正文。

隨著現代汽車的功能越來越復雜，整車上的電子控制單元（Electronic Control Units， ECUs）也隨之增多。當前一輛普通汽車的 ECU 多達七八十個，代碼約一億行，其復雜度已經遠遠超過安卓手機系統(tǒng)。

在傳統(tǒng)的汽車供應鏈中，不同的 ECU 來自不同的供應商，有著不同的嵌入式軟件和底層代碼。這種分布式的架構在整車層面造成了相當大的冗余，傳統(tǒng)汽車的軟件更新幾乎與汽車生命周期同步，極大地影響了用戶體驗。

如何加快軟件的創(chuàng)新與迭代？從傳統(tǒng)的分布式架構，逐漸進化為集中式架構，“域”的概念由此而生。在行業(yè)的變遷和技術的發(fā)展潮流面前，永遠都是適者生存，面對“域”的設計，國內外各大整車廠與供應商猶如八仙過海，各顯神通。單一功能的控制器不再成為主流，整車更多關注的是系統(tǒng)方案和軟件集成控制。只有掌握集大成于一體的“域”控制理念，才能在即將到來的市場機遇中真正做到屹立不倒，成為最強王者。

電子電氣架構的發(fā)展之路

模塊化和集成化架構方案

在傳統(tǒng)的整車電子電氣架構體系中，通常將功能劃分在不同的模塊領域，如動力總成、信息娛樂、底盤、車身等，在每個模塊領域中，控制器的設計通常基于特定的功能，如：座椅控制單元SCU、尾門控制器PLG等。模塊與模塊之間通過CAN總線傳遞信息，而其模塊劃分一般也根據總線數量而定，所以總線就是傳統(tǒng)功能模塊的領航員，這就是我們?yōu)槭裁磿Q呼某些特定總線為動力CAN，車身CAN等。

這樣的架構方案最大的特點是功能劃分明確，模塊與模塊之間嚴格明確界限，一切“越界”行為容易控制，由于模塊間的獨立性較強，模塊開發(fā)者不用太過于考慮其他模塊的干擾問題。

例如，動力總成不用擔心會被車身CAN上的信號所干擾，并且也不用擔心因為車身功能不穩(wěn)定，而導致動力系統(tǒng)的功能受影響。

然而這樣的架構也存在著非常大的局限性，功能控制器的獨立開發(fā)模式，就像封閉的部落式文化，雖然能夠確保自身生態(tài)環(huán)境內的自給自足，但是由于信息的閉塞，傳輸信號的帶寬局限，導致了資源無法共享，大量運算資源浪費，性能“偏科”現象嚴重。

舉個簡單的例子，部落中有十個村莊，A村莊有著專業(yè)的鐵匠，B、C等其他村莊沒有鐵匠，所以雖然A村莊的武裝力量非常強大，但剩余9個村莊沒有防衛(wèi)能力。一旦發(fā)生戰(zhàn)爭，90%的村莊很快就會淪陷，即使A村莊可以獨善其身，但整個部落卻遭到了滅頂之災。而這個例子中的“鐵匠”就是車身中的諸多控制算法，例如EMS中的熱管理算法、濾波算法，雖然能力非常強，但是其他控制器，例如車身的胎壓控制、尾門控制、車窗防夾無法借用此算力，并且最多只能通過CAN信號得到一個數據量有限的結果。最后導致功能效果參差不齊，帶來的用戶體驗也難以完美。

這樣的例子在低功能安全或L2以下的自動駕駛運用中，可能還可以被接受，然而一旦涉及L4級別或ASIL-D級以上的功能安全，那么，模塊化封閉的架構設計的缺陷就會被放大，成為功能正向開發(fā)最大的障礙。

而集成化方案僅僅是模塊化方案的一個小規(guī)模升級，在架構上減少了功能單一和冗余的模塊，將復數功能小范圍地融合在一個控制器中，例如BCM集成PEPS，ESP集成TPMS等等。其帶來最大的利益在于成本，卻無法依然彌補跨模塊之間通訊率低下的缺陷。

中央集中式架構方案

中央集中式架構方案中，第一次出現了“域”Domain的概念。“域”這張牌和“模塊集成”最大的區(qū)別在于，模塊集成是將傳統(tǒng)的模塊集中“打包”，其本質依然是原有的功能劃分，模塊與模塊之間的壁壘仍然沒有被打破，而且有很強的硬件捆綁特性。例如，市面上有很多BCM集成了PEPS功能，但假設需要將PEPS系統(tǒng)集成到ESP控制器，那么原有平臺將無法兼容，需要花費較大工作量來開發(fā)新平臺。

而“域”的概念的核心思想在于靈活，系統(tǒng)與軟件層面的集成，脫離了硬件捆綁的限制。我們繼續(xù)從剛才村莊鐵匠的例子說起，“域”在剛才的例子中是如何體現的呢？首先，鐵匠還是住在A村莊，他的“工匠手藝”依然是核心機密，B村莊、C村莊依然無緣一睹精良的武器是如何生產的。但是，由于通信的壁壘被具有超大帶寬的“以太網”所打破，B和C雖然沒有鐵匠，但是由于他們村通網了！并且和A村莊在一個“局域網”信號范圍內，他們可以通過打電話、發(fā)信息或網上訂購的方式，向A村莊下訂單。而對于A村莊而言，由于消費者和訂單量的增加，鐵匠的社會地位迅速提升，一下子成為了村里的大地主，他也會有更多的動力來研究高效率打鐵。

這個升級版的例子里面的幾個關鍵字，“ABC村莊”對應ECU控制器，而“村莊間的局域網”對應車載以太網、FlexRay或CAN-FD，“網絡訂單”則對應靈活的互聯(lián)網協(xié)議（可能聰明的你已經發(fā)現了，TCP/IP、SOME-IP協(xié)議中的消費者和提供方就是這個概念）。而例子中的靈魂人物鐵匠，則是我們熟悉的域控制器Domain Controller，他是大而全的功能提供方，具備獨家絕學的核心算法，如果說“互聯(lián)網關”是域架構中負責協(xié)調調度的“村長”，那么“域控制器”就是給村民帶來福利的鄉(xiāng)紳。在大部分域架構設計中，域控制器可以集成給其他小控制器、小執(zhí)行器提供什么樣的算法、功能，決定了域的范圍有多大。

舉個實際點的例子，“車身域控制器BDU”，是集成了所有車身電子的基礎驅動、鑰匙功能、燈、門、車窗等等的大控制器。由于車身域控制器可以提供“車身打鐵” 技術，例如車窗防夾算法、電壓補償、備份驅動等功能。所以，小型的控制器可以不再關注復雜算法，而是更多地關注硬件和驅動。不但冗余軟件的開發(fā)量可以大幅度縮減，并且非常多的控制器可以被精簡優(yōu)化，例如傳統(tǒng)的電動尾門控制器、車窗防夾控制器、門控制器等等。小村民不再考慮如何造武器，更多地開始考慮如何修煉武功。這樣一個干練的精兵團體，組成了數量少、成本低卻又具有著強大功能的車身域。這樣一個標準化的共享軟件資源的架構設計理念，不但在車身，而是在整車各個領域都得到了充分的運用，成為了我們耳熟能詳的動力域、底盤域、車身域、信息娛樂域和ADAS域等等。這就是基于不同“域Domain”的集中式電子電氣架構。

Zone 區(qū)域架構方案

如上文提及，“域”的概念其實對于許多OEM和Tier1并不陌生，你可能也已經想到，在互聯(lián)網、航天、船舶等領域，域早已不是一個新鮮詞，既然集中式方案的域架構理念如此完美，那么“域Domain”為什么近幾年來在中低端車型上沒有得到大范圍的運用呢？

這個問題的答案其實很簡單，關鍵字就在于“成本”。前沿的設計理念帶來了現實的矛盾。隨著近年來汽車電子爆發(fā)，ECU數量，ECU的運算能力需求都呈現爆發(fā)式增長，在ADAS時代和即將到來的自動駕駛時代更加明顯，同時對運算帶寬的需求也開始爆發(fā)。這造成汽車電子系統(tǒng)成本大增，除了ECU系統(tǒng)數量的增加之外，為了配合基于模塊劃分的“功能域”的概念，線束、布置、安裝、支架，不得不重新洗牌設計，并且?guī)矸浅ｓ@人的機械結構的成本。

繼續(xù)拿“車身域”舉例，為了建成這個以功能為導向的電子電氣架構，OEM不得不將后剎車燈、后位置燈、尾門鎖、甚至雙撐桿的連接線束拉長，跨過80%的白車身，連接到置于車身前方的域控制器中。電子架構是舒服了，機械布置的同事們卻崩潰了。同樣的例子，在ADAS的前后雷達、空調系統(tǒng)的前后制冷、底盤系統(tǒng)的前后輪轉向控制均有類似的問題。一輛低端車的線束系統(tǒng)成本只要大約300美元，重量大約30公斤，長度大約1500米，線束大約600根，1200個接點；而目前一輛豪華車的線束系統(tǒng)成本大約550-650美元，重量大約60公斤，線束大約1500根，長度大約5000米，3000個接點。如果沿用目前的電子架構體系，自動駕駛時代的線束成本將不會低于1000美元，重量可高達100公斤。這些令人詫異的數字，成為了大多數車型望“域”止步的原因。

言歸正傳，為了解決高昂的成本，且不丟失“域”的軟件集中的核心概念。電動車的領跑者TESLA特斯拉在Model 3上重新劃分了“域”。在新的概念中，不再存在傳統(tǒng)的車身域、動力域等，取而代之的是物理空間上的劃分“區(qū)域Zone”，比如中域、左域和右域。

你可能會說，新的域按照布置方案來劃分，這一刀是不是切得有點太“土”了？然而這卻是區(qū)域的核心理念。汽車電子在經歷了這么多的變遷后，終于開始走向一條由繁至簡的路。而新的域，也就是今天提到的，未來可能會實現的基于位置分布的“域Zone”，通過不同域之間的交互融合，用接近原則這一簡單的招式，完美規(guī)避了上述問題，但是卻也給軟件開發(fā)帶來了史詩級的挑戰(zhàn)。例如，車身控制器工程師可能需要開始研習雷達的驅動和算法；功能安全ASIL-C和D級別的軟件開發(fā)逐漸變成標配。域的控制開發(fā)要求將不再僅限于功能，軟硬件開發(fā)將打破傳統(tǒng)的功能劃分壁壘，更多地需要從整車角度思考去設計。

寫在最后

基于“域Zone”的電子電氣架構，看似簡單，實則包含了非常多的架構學問在其中。它打破的，不僅僅是功能與功能之間的隔閡，更打破了整車架構的思維壁壘。更重要的是，特斯拉已經用他們在Model3上的答卷證明了，Zone并不是不可實現的，超前的架構和低廉的成本是可以同時具備的。那么，域究竟是終點，還是新時代的起點？整車電子電氣架構有沒有更好的解決方案？

審核編輯 ：李倩