整車控制域的案例
深度分析整車控制域現狀與發展
AEC-Q100 Grade 1：-40 °C 到 +150 °C溫度范圍
基于NXP S32S系列安全微處理器，用戶可以開發出集成度更高、更加智能的汽車動力域控制器產品。
3 整車控制系統的發展趨勢
當前汽車EE架構的發展趨勢是從分布式ECU架構演進到域集中式架構。目前正在量產或即將量產的車型大部分都是基于域集中式EEA。特斯拉已經率先發展到“中央計算+區域”的EE架構，根據預測2025年后，國內大部分主機廠也將開始演進到中央計算+區域EE架構。部分領先的廠商明后年就會有基于“中央計算+區域”EE架構的車型量產落地。
正如圖4-1所顯示，經典的動力總成系統通常包含了“驅動電機”、“電機控制器”、“減速器”、“車載充電器”、“直流變換器”、“配電箱”、“整車控制器VCU”和“電池管理器”等八大部件。顯然，相較于座艙域和自動駕駛域，整車控制域顯得更為分散、集成度更低。在當前汽車域集中式EE架構的發展趨勢下，整車控制系統朝著“集成化”和“域控化”演進是兩大主流發展趨勢。
（一）集成化
從最早的驅動電機、變速器和電機控制器“三合一”開始，這兩年國內主機廠和動力總成Tier 1供應商陸續推出了集成化程度更高的“多合一”動力總成系統。集成化程度更高的好處是顯而易見的，比如：可以大大減小電驅動系統的體積，降低系統的總重量；集成度更高也意味著降低生產成本；此外減重也可以反過來增加xEV的續航里程。
2021年9月在比亞迪最新發布的E平臺3.0中，很重要的一個亮點就是動力總成部件的“八合一”集成化，將傳統的八大部件深度融合集成到了一起。如下圖4-10。高度集成化使得整體體積可以降低20%，重量減輕15%左右。
展開 高階整車域控制器的詳細設計方案
隨著智能駕駛技術對于整車智能化程度要求的不斷提升，對其整車的控制能力要求也大幅提升，這一過程推動整車電子電器架構逐漸從分布式架構向集中式專用域控制器架構進行不斷演進和發展，以便提供更加高速、安全、可靠的電子架構。這一過程中，不僅要求智能駕駛功能能夠運行在具有高性能軟件到硬件集成的專用中央域控制器上，同時也要求整車控制這塊也需要運行于穩定性、可靠性極高的中央與控制器上，這樣的中央域控制器不僅需要充當對于整個車身控制的終端，也需要執行包含中央網關、動力、底盤等各域的綜合控制系統端。這也是實現后續作為面向服務開發的前置條件。
本文將針對整車中央域控單元VDC從硬件、軟件設計兩個方面進行詳細的方案設計介紹，以方便對整體控制能力進行詳述。
1.整車域控硬件設計方案介紹
整車域控VDC的設計包含整機設計，具體硬件方案，視頻輸入/輸出，通信鏈路、供電終端、存儲終端。
1、硬件總體設計
從整個整車域控設計思路上講，需要考慮MCU和MPU在整車域控中需要達到一定的功能安全等級前提下，滿足對整車域控的控制能力輸出。此外，設置通用接口GPIO用于對整車其他域控的輸出指令控制（如油門開度、制動開關、輸入喚醒、輸出喚醒等）。設置CAN、ETH、LIN接口用于通信連接分別傳輸不同的數據類型；設置基礎時鐘晶振用于上下電時鐘同步；設置雙路供電電源用于考慮整車域控整體不會因為供電故障導致的失效。
從上圖可以看出，整車域控從功能角度上講就是一個多維度的準集中式中央處理單元，不僅需要執行包含低階行泊車控制功能，還需要執行對整個底盤系統的整體控制，同時也需要承擔中央網關的通信路由轉發等功能。
展開 一文梳理整車域控制器的經典五域
來源：智駕最前沿
講到這個問題先講講，什么是域控制器。域控制器的概念是伴隨著整車電子電器架構的發展演變而來的。由于整車電子電器的日益復雜，傳統的分布式架構已經無法滿足日益增長的計算需求，也導致冗長的線束。
根據 2017年德國博世公布其在整車電子電氣架構方面的戰略圖，博世將整車電子電氣架構的發展分為三大類，分別是模塊化和集成化架構方案（分布式）、集中式域融合架構方案和車載電腦云計算架構方案。
目前市面上大多數車型的架構方案都位于模塊化和集成化架構方案，而特斯拉重新劃分了“域”的概念，打破了功能與功能之間的壁壘劃分和傳統整車架構設計的思維，搭載車載電腦，直接跨入車載電腦和區域導向架構。
電子電氣(EEA)架構技術戰略圖
核心：以博世經典的五域分類拆分整車為動力域（安全）、底盤域（車輛運動）、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），這五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。
1.動力域（安全）
動力域控制器是一種智能化的動力總成管理單元，借助 CAN/FLEXRAY 實現變速器管理、引擎管理、電池監控、交流發電機調節。其優勢在于為多種動力系統單元（內燃機、電動機\發電機、電池、變速箱）計算和分配扭矩、通過預判駕駛策略實現 CO2 減排、通信網關等，主要用于動力總成的優化與控制，同時兼具電氣智能故障診斷、智能節電、總線通信等功能。
展開 車身域控制器-BCM、DCM、空調控制器
隨著整車發展，電氣架構越來越復雜，為了降低整車成本，減少整車線束復雜度，支持面向客戶的整車功能，車身域控制器擴展算力，能夠兼容傳統BCM功能，同時集成空調算法、門控邏輯、胎壓監控等整車控制策略。
經緯恒潤在車身控制方面有著多年的經驗，多個控制器如BCM、DCM、空調控制器、PEPS、天窗防夾控制器等產品均有豐富的研發、量產經驗。
主要功能
? 外部燈光：遠光燈、近光燈、小燈、轉向燈、前后霧燈、晝行燈、倒車燈、制動燈等
? 內部燈光：室內燈、背光燈、門燈等
? 雨刮洗滌系統、喇叭控制等
? 自動空調控制、門控邏輯、胎壓監控等整車控制策略
? CAN和LIN通訊
? ISO15765診斷
? J1939_DM1診斷
? OSEK/AUTOSAR網絡管理
? BootLoader程序更新功能
? Limphome工作模式
特點及優勢
? 集成私有CAN/LIN網關功能：可擴展總線智能開關和智能執行控制器，降低整車成本，增加整車可擴展的靈活性
? 具有Limphome功能：在MCU失效后，近光燈、位置燈、左右轉向燈、雨刮低速和制動燈仍可依靠開關正常工作，有利于安全行駛
? 可擴展CANFD，提高總線速率，支持OTA下載
? 支持快速原型開發，整車廠可以自定義整車舒適域控制邏輯
經緯恒潤
北京市海淀區知春路7號致真大廈D座6層
郵箱：market_dept@hirain.com
網址：www.hirain.com
展開 
車身域控制器（BDCU）
概述
經緯恒潤在車身控制方面有著多年的經驗，多款控制器如BCM、DCM、空調控制器、PEPS、天窗防夾控制器等產品均有豐富的研發、量產經驗。為了降低整車成本，減少整車線束復雜度，支持面向客戶的整車功能，車身域控制器擴展算力，能夠兼容傳統BCM功能，同時集成空調算法、門控邏輯、胎壓監控等整車控制策略。
主要功能
外部燈光：遠光燈、近光燈、小燈、轉向燈、前后霧燈、晝行燈、倒車燈、制動燈等
內部燈光：室內燈、背光燈、門燈
雨刮洗滌系統、喇叭控制等
自動空調控制、門控邏輯、胎壓監控、PEPS等整車控制策略
CAN / LIN通訊
預留以太網通訊
ISO15765 診斷
J1939_DM1 診斷
OSEK / AUTOSAR 網絡管理
BootLoader 程序更新功能
Limphome 工作模式
特點及優勢
集成私有 CAN / LIN 網關功能：可擴展總線智能開關和智能執行控制器，降低整車成本，增加整車可擴展的靈活性
具有 Limphome 功能：在 MCU 失效后，近光燈、位置燈、左右轉向燈、雨刮低速和制動燈仍可依靠開關正常工作，有利于安全行駛
可擴展 CANFD，提高總線速率，支持 OTA 下載
預留百兆以太網，可以支持 SOA 面向服務的架構開發
支持快速原型開發，整車廠可以自定義整車舒適域控制邏輯
展開 商用車車身域控制器
概述
隨著整車發展，電氣架構越來越復雜，為了降低整車成本，減少整車線束復雜度，支持面向客戶的整車功能，車身域控制器擴展算力，能夠兼容傳統BCM 功能，同時集成空調算法、門控邏輯、胎壓監控等整車控制策略。
經緯恒潤在車身控制方面有著多年的經驗，多個控制器如BCM、DCM、空調控制器、PEPS、天窗防夾控制器等產品均有豐富的研發、量產經驗。
主要功能
?外部燈光：遠光燈、近光燈、小燈、轉向燈、前后霧燈、晝行燈、倒車燈、制動燈等
?內部燈光：室內燈、背光燈、門燈等
?雨刮洗滌系統、喇叭控制等
?自動空調控制、門控邏輯、胎壓監控等整車控制策略
?CAN 和 LIN 通訊
?ISO15765 診斷
?J1939_DM1 診斷
?OSEK/AUTOSAR 網絡管理
?BootLoader 程序更新功能
?Limphome 工作模式
特點及優勢
?集成私有 CAN/LIN 網關功能：可擴展總線智能開關和智能執行控制器，降低整車成本，增加整車可擴展的靈活性
?具有 Limphome 功能：在 MCU 失效后，近光燈、位置燈、左右轉向燈、雨刮低速和制動燈仍可依靠開關正常工作，有利于安全行駛
?可擴展 CANFD，提高總線速率，支持 OTA 下載
?支持快速原型開發，整車廠可以自定義整車舒適域控制邏輯
展開 新型整車控制器關鍵技術分析
用于整車控制器與其他域控制器的通信，如圖3。而對于域內的智能執行器和傳感器，使用其他低成本解決方案，如CANFD、CAN、LIN。
圖3 整車控制器使用以太網與其他域控制器通信
當然，在整車控制器上增加車載以太網面臨著巨大的改變：相對于CAN通信更龐大的軟件協議棧；更大的控制器功耗；更大的靜態電流，這些都需要在系統設計時被考慮。
2 CANFD
考慮到成本及功耗，整車上只有骨干網使用高通信帶寬的以太網通信。但是對于其他子網，標稱1 Mbit/s的CAN通信也迫切的需要提升通信速度。目前成熟的CANFD技術是一個好的解決方案。
CANFD總線是CAN總線的高帶寬解決方案，博世公司于2011年首先提出CANFD概念，并于2012年首先發布CANFD1.0版本。在保留CAN總線主要特性的同時，改善了錯誤幀漏檢率，同時保證網絡中大部分軟硬件特別是物理層不變。將總線的最高傳輸速率提高到5 Mbit/s以上（CAN通信的最高傳輸速率為1 Mbit/s,實際使用速率最高為500 kbit/s）。
更重要的是，CANFD數據長度最長64字節，這使得CANFD的數據場占比達到近85%。CAN的數據場占比只有約50%。這意味著即使同樣的通信帶寬，CANFD可以多傳輸約70%的有效數據。CANFD幀格式如圖4所示。
圖4 CANFD幀格式
更為關鍵的是，由于CANFD保留了CAN的大部分關鍵特性，所有的CANFD芯片都能夠兼容CAN。這使得選擇CANFD芯片的控制器在不改變硬件的情況下，只修改軟件即可適配CAN通信網絡。CANFD技術有多重優勢，在未來相當長一段時間內，車載以太網與CANFD將會長期共存，各司其職，共同發展。
3 多核芯片
同傳統消費電子領域早期一樣，為了獲得更快的處理速度，汽車行業采用提升核心頻率的方式來提升處理速度。
展開 新型整車控制器關鍵技術分析
分布式電子電氣架構正在逐漸向高度集成化和智能化發展，整車控制器在電子電氣架構中的位置也隨之發生變化，真正實現車輛層級的集成型控制器，其控制涵蓋動力、底盤以及一些網關功能。整車控制器與集中式電子電氣架構的關系如圖2所示。將大部分的功能集成于整車控制器中會極大地減少整車線束長度與控制器數量。
3新型整車控制器關鍵技術
為支撐汽車“四化”，整車控制器必須滿足高通信帶寬、高計算性能、高功能安全性、軟件持續更新等多項需求。其中，高通信帶寬催生了車載以太網、CANFD技術發展；高計算性能催生了多核芯片和雙核心控制架構技術發展；軟件持續更新催生了OTA技術發展。這些技術將被普遍應用在新型整車控制器上。下面將分別介紹這些技術。
3.1車載以太網
在過去20年里通信帶寬問題一直困擾著汽車行業。在這期間，CAN總線是主流的車載網絡技術。其1Mbit/s的標稱速度在該技術早期對于汽車帶寬需求有足夠的裕度。然而近年來隨著車輛控制邏輯越來越復雜，所需控制器和傳感器數量急劇增加，雖然集中式電子電氣架構可以在一定程度上減少控制器數量，但是由于域控制器的計算能力遠高于原有車輛控制器，因此1Mbit/s的CAN通信帶寬顯然是無法滿足數據交互需求的。
更高的通信帶寬要求加速了以太網和汽車行業的融合。以太網誕生于20世紀70年代，其最早的雛形與如今家庭、辦公、服務器機房、數據倉庫運行的以太網早已截然不同。盡管以太網與時俱進地發展，但是應用于汽車仍有一些問題，最主要的是電磁兼容性問題。這些限制在BroadR-Reach技術出現后被打破，該技術可在單對非屏蔽雙絞線上提供100Mbit/s的帶寬。這種傳輸方法從未應用在之前的以太網。
展開 新型整車控制器的關鍵技術分析
用于整車控制器與其他域控制器的通信，如圖3。而對于域內的智能執行器和傳感器，使用其他低成本解決方案，如CANFD、CAN、LIN。
圖3 整車控制器使用以太網與其他域控制器通信
當然，在整車控制器上增加車載以太網面臨著巨大的改變：相對于CAN通信更龐大的軟件協議棧；更大的控制器功耗；更大的靜態電流，這些都需要在系統設計時被考慮。
2.2 CANFD
考慮到成本及功耗，整車上只有骨干網使用高通信帶寬的以太網通信。但是對于其他子網，標稱 1Mbit/s 的 CAN 通信也迫切的需要提升通信速度。目前成熟的CANFD技術是一個好的解決方案。
CANFD總線是CAN總線的高帶寬解決方案，博世公司于2011年首先提出CANFD概念，并于2012年首先發布 CANFD1.0 版本。在保留 CAN 總線主要特性的同時，改善了錯誤幀漏檢率，同時保證網絡中大部分軟硬件特別是物理層不變。將總線的最高傳輸速率提高到5 Mbit/s 以上（CAN 通信的最高傳輸速率為1 Mbit/s,實際使用速率最高為500 kbit/s）。
更重要的是，CANFD數據長度最長64字節，這使得CANFD的數據場占比達到近85%。CAN的數據場占比只有約 50%。這意味著即使同樣的通信帶寬，CANFD可以多傳輸約70%的有效數據。
展開 域控制器中的SOA
目前采用SOA軟件服務架構的應用打通了車內的電子電氣架構的壁壘，進一步對嵌入式應用軟件的接口(即服務接口)進行了標準化，讓APP開發者基于統一基礎服務接口進行應用的迭代開發，隱藏了不同車型配置下應用軟件的差異，真正做到了整車級軟件接口的"標準"和"開放"。
平臺架構升級更便于實現，通過服務設計的方式，能夠有效降低架構升級帶來的復雜度；同時，由于操作系統跨平臺的難度大幅度降低，能夠大幅提升用戶體驗，能夠實現更為便捷的聯網功能，實現不同平臺間的各種APP共享等功能；
通過“服務Hub”區域控制器的引入，各種新功能能夠靈活地與其他域功能，乃至互聯網接口集成，而無需各個控制器各自進行信號到服務的轉換；
一些相對獨立的域開發能夠打破界限，找到新的上限，例如自動駕駛功能不再是電子電氣架構“孤島”，通過區域控制器進行服務互通，可以輕松實現高清地圖的創建、更新及路線預測等功能，便于實現車輛信息的上傳及云端指令的下達。
SOA的應用實例
正如上文提到的，一旦自動駕駛域不再成為電子電氣孤島，那么他的傳感器、雷達、攝像頭都能成為整車功能體驗提升的利器。同時，由于區域控制器ZONE具有服務轉換能力，ADAS計算中心也不需要拖著大量的傳感器，雷達或攝像頭一一連接，只需要簡單從服務中間層直接發起調度請求即可。
展開 萬字綜述：域控制器四大支柱
出品 | 焉知
知圈 | 進“域控制器群”請加微13636581676,備注域
域控制器的四大支柱分別是車載以太網、自適應Autosar、高性能處理器和集中式E/E架構。
車載以太網之物理層
車載以太網有兩個核心，一個是車載以太網物理層，另一個是車載以太網協議棧。前者讓車載以太網不同于傳統PC以太網，具備較低的重量和成本、較好的EMI性能和簡單布線。后者讓車載以太網達到車規級的可確定性、高可靠性、低延遲和時鐘一致。
車載以太網OSI模型，資料來源：Marvell
車載以太網標準分兩部分，一部分是最底層的PHY標準，另一部分是鏈路層標準。這兩個標準都以IEEE的標準應用最廣泛。
車載以太網PHY標準主要是制定單對雙絞線標準，傳統以太網與車載以太網最大不同是傳統以太網需要2-4對線，車載以太網只需要一對，且是非屏蔽的，僅僅此一項，可以減少70-80%的連接器成本，可以減少30%的重量。這是車載以太網誕生的最主要原因。同時也是為了滿足車內的EMC電磁干擾。
車載以太網PHY標準分布，資料來源：Marvell
車載以太網野心勃勃，10Base-T1S是試圖取代傳統的CAN網絡的。
展開 
智能駕駛域控制器SoC選型
功耗的大小又會影響到結構和散熱，較高的功耗需要增加風扇、尺寸、銅管、材料等，進一步增加域控制器的成本。
算力的增加也意味著芯片成本的增加，如200T算力的SoC的價格約為30T算力的SoC的7倍，所以在選擇芯片規格的時候也要重點關注對算力的真實需求，過多的預留可能會導致成本的浪費。
綜上，選型時除了關注工藝外，也需要考慮算力帶來的散熱和成本的增加。
SoC芯片是組成車載域控制器的核心器件，是智能駕駛的大腦。如何確保智能駕駛的大腦能夠在相對合理的功耗和成本下有效處理各類業務，如環境感知、定位建圖、運動預測、規劃控制、影子模式等，是芯片選型的重中之重。
展開 淺析自動駕駛域控制器發展趨勢
1）簡單驅動控制器：以油泵控制器為例，僅需要接收非總線信號并驅動執行機構，價值量約為 10-20 元；2）擁有總線診斷通信功能的控制器：以鼓風機控制器為例，需要通過 LIN 總線通信，并擁有診斷功能，價值量約為 40-50 元；3）實現較為復雜功能控制器：以車燈控制器為例，需要通過 CAN 總線通信，擁有診斷功能，并需要對冷卻風扇、調節電機、燈光進行控制的較復雜控制器，價值量約為 80-100 元；4）實現復雜功能控制器：以車身控制器/發動機控制器為例，接收多種信號輸入，通過計算決策對于多個執行機構進行控制輸出，并擁有診斷功能，是分布式架構下最復雜的控制器，價值量約為 200-400 元。
不同級別汽車控制器對比（2020 年）
全新電子電氣架構向“功能域”集中，帶來域控制器需求提升
“軟件定義汽車”時代，需要大算力控制單元。不同于以往的分布式電子電氣架構，“軟件定義汽車”時代，整車硬件架構向以太網+SOA 架構升級，大算力+軟件快速迭代需求推動分布式 ECU 向域控制器集成。在中央控制計算單元出現之前，整車控制單元被劃分為自動駕駛域控制器/智能座艙域控制器/車身域控制器以及底盤域控制器等。
汽車域控制器分類（2020 年）
自動駕駛域控制器：單車價值量最大
自動駕駛域控制器是功能更新最快，也是最具有集成意義的控制器。通過對攝像頭、超聲波雷達、毫米波雷達、激光雷達等傳感器信號的融合處理，結合高精地圖和導航等信息，做出自動駕駛決策，并輸出整車控制指令。奧迪 zFAS 引領行業變革，強大運算核心支持首個“域集成”控制器。
展開 車身域控制器功能、策略、芯片
英飛凌基于Traveo II和 AURIX?的BCM解決方案
TI基于DRA714或DRA710微控制器的解決方案，另外其在電管芯片、LED驅動芯片、負載驅動等方案也有不同的芯片支持，例如LED驅動芯片LP8864S-Q1，高側開關芯片TPS1HA08-Q1，TCAN系列CAN收發器，TLIN系列LIN收發器。
TI基于DRA714或DRA710的BCM解決方案
除了國際主流的芯片廠商的方案，在國產化芯片大潮下，有哪些國產廠商的呢？
首先在主控芯片上，杰發科技基于ARM Cortex-M4F的AC781x、AC7840x等32位車規芯片，其中AC781X于2018年量產，AC7840x于2022年量產。
其中AC7840x符合AEC-Q100 Grade1，功能安全符合ISO 26262 ASIL-B，信息安全符合SHE標準，支持安全啟動，芯片內部資源如下圖所示，軟件生態支持AUTOSAR MCAL4.4，可提供MCAL及配置工具。產品擁有雙Bank Flash用于存儲程序，支持OTA。可廣泛應用于汽車車身、座艙、車燈、新能源以及電機控制等應用領域。
AC7840x的芯片內部資源
AC781x在BCM上的應用(來源知乎Steve Gu)
國芯科技的CCFC3007P、CCFC3008P等32位車規MCU，以CCFC3008P為例，采用自主PowerPC架構C*Core CPU內核研發，其參數如下圖所示。可廣泛應用于網關控制芯片、動力總成控制芯片、域控制芯片、新能源電池管理芯片等應用領域。
展開 汽車自動駕駛域控制器研究
以座艙域控制器為例，一般會集成儀表和車機，未來則會逐步整合空調控制、HUD、后視鏡、手勢識別、DMS，甚至包括T-BOX和OBU。
因此域控制器廠商和車廠的開發合作將更加緊密。德賽西威認為：在自動駕駛域控制器領域，預計未來Tier1與整車廠之間將采取兩種合作方式。
其一，Tier1負責中間層以及硬件生產，整車廠負責自動駕駛軟件部分。Tier1的優勢在于以合理的成本將產品生產出來并且加速產品落地，因此整車廠和Tier1進行合作生產方式是必然，前者負責自動駕駛軟件部分，后者負責硬件生產、中間層以及芯片方案整合。
其二，Tier1自己與芯片商合作，做方案整合后研發中央域控制器并向整車廠銷售，例如大陸ADCU、采埃孚ProAI、麥格納MAX4。
DCU市場
（一）市場規模
根據佐思產研的預測，2025年全球汽車域控制器（座艙+自動駕駛）出貨量將超過1400萬套，2019-2025年均增長50.7%。
（二）產業鏈
汽車電子控制單元作為汽車電子控制系統的核心部分，是嵌入式系統裝置，一般包括硬件和軟件兩部份。一般汽車電子控制器硬件結構主要包括微處理器、存儲器、輸入 & 輸出接口（A/D、D/A轉換器）單元。
硬件部分：
汽車電子控制器硬件的核心在于微處理器。微處理器包括 MCU、MPU、DSP 和邏輯IC等。其產業鏈主要涉及晶圓生產、封裝測試及系統應用等。
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