【導讀】如果我們將一輛乘用車(chē)想象為多個(gè)電子控制單元 (ECU) 的集合，這些 ECU 會(huì )分布在汽車(chē)的各個(gè)位置并使用不同的網(wǎng)絡(luò )相互通信。在為實(shí)現車(chē)聯(lián)網(wǎng) (V2X)、自動(dòng)駕駛和汽車(chē)電氣化添加更多先進(jìn)的汽車(chē)電子產(chǎn)品時(shí)，ECU 數量和交換數據量都會(huì )增加。
域架構簡(jiǎn)介
在域架構中，ECU 可根據不同功能分為不同的域。而區域架構則是一種按照 ECU 在汽車(chē)內的位置分類(lèi)的新方法，并由中央網(wǎng)關(guān)來(lái)管理通信。這種物理接近性可減少 ECU 之間的布線(xiàn)，從而節省空間并降低汽車(chē)重量，同時(shí)還能提高處理器速度。
為了更好地了解域架構，可以首先了解根據功能將 ECU 分成的五個(gè)域，如表 1 所示。
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表 1：ECU 通常分為五個(gè)域
ECU 除了通過(guò)其自身域內部的特定和相關(guān)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行通信和交換數據，也會(huì )與域外的 ECU 通信。由于不同域會(huì )采用不同的網(wǎng)絡(luò )，因此會(huì )將網(wǎng)關(guān)作為通信橋梁。
圖 1 展示了一輛采用基于域架構的汽車(chē)。在此圖中，有一個(gè)中央網(wǎng)關(guān)模塊連接到汽車(chē)內的各個(gè)域。每個(gè)域可執行多種功能。域控制器（例如動(dòng)力總成的車(chē)輛控制單元）就包括了網(wǎng)關(guān)功能。此域網(wǎng)關(guān)支持在相關(guān)域的 ECU 之間以及該域與車(chē)輛其余部分之間數據通信。
域控制器還包含 ECU，通常由多個(gè) ECU 集成實(shí)現，能夠更大程度降低系統成本。TI 的 Jacinto? 7 處理器集成了 Arm? Cortex? A-72 內核來(lái)進(jìn)行原始數據處理，集成了 Arm Cortex R-5F 進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，也集成了用于高速聯(lián)網(wǎng)的千兆位時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò ) (TSN) 和以太網(wǎng)交換機。
圖 1：域架構
區域架構簡(jiǎn)介
如果把汽車(chē)比作房間，而把 ECU 比作聚集在該房間內討論不同話(huà)題的人，那么域架構的作用就相當于對這些人隨機分配位置，使得他們需要提高音量才能與房間另一端討論相同話(huà)題的人交流。
圖 2 展示了一輛根據 ECU 在汽車(chē)內的位置組織布局的區域架構車(chē)輛，并另外增加了一個(gè)車(chē)輛計算模塊。該車(chē)輛計算模塊是一個(gè)具有高處理能力的計算機，用于執行各種函數的所有計算。該圖還展示了汽車(chē)不同區域的區域模塊和相關(guān)邊緣節點(diǎn)。
雖然說(shuō)可以使用控制器局域網(wǎng) (CAN) 等低帶寬網(wǎng)絡(luò )在不同的區域模塊和中央網(wǎng)關(guān)/計算模塊之間進(jìn)行通信，不過(guò)，以太網(wǎng)等高速網(wǎng)絡(luò )也是不錯的選擇，因為此類(lèi)網(wǎng)絡(luò )在汽車(chē)工作溫度內具有高可靠性且可以平穩運行。對于中央計算和區域模塊中的分布式計算，PCIe 是非常合適的網(wǎng)絡(luò )選擇。
圖 2：區域架構中的配電模塊
區域架構的電源優(yōu)勢
工程師還通過(guò)這種 ECU 重組來(lái)優(yōu)化電源架構，特別是重新設計智能接線(xiàn)盒后，可為車(chē)輛內的不同負載和 ECU 配電。具體來(lái)說(shuō)，工程師正在用半導體解決方案來(lái)替換繼電器和保險絲。
在區域架構中，配電盒會(huì )經(jīng)過(guò)特定布置使每個(gè)區域都有相應的配電單元為其模塊供電。圖 2 展示了區域架構中的配電理念，您可以看到其中每個(gè)區域都集成了配電功能和管理網(wǎng)絡(luò )流量的區域模塊。新型配電架構將實(shí)現線(xiàn)束電纜輕量化，從而提高內燃機車(chē)輛的燃油效 率，并提高電池供電型電動(dòng)車(chē)輛的行駛里程。
從域架構過(guò)渡到區域架構——交叉架構應運而生
將完整車(chē)輛架構從當前域架構過(guò)渡到新區域架構是一個(gè)浩大的工程。這不僅需要設計新的區域模塊，還必須重新開(kāi)發(fā)和配置大部分軟件，以便支持新架構。此外，替代熔斷型保險絲和重新設計完整車(chē)輛線(xiàn)束都需要進(jìn)行全面驗證?？偠灾?，車(chē)輛架構可能會(huì )遷移到交叉架構。
圖 3 展示了融合現有域架構和新區域架構的交叉架構。此類(lèi)架構將保留域和相應的邊緣節點(diǎn)。區域架構的中央計算可能會(huì )細分為 ADAS、IVI 和 VCU 計算模塊，其中域特定邊緣節點(diǎn)直接與相應的中央計算模塊通信。交叉架構中的區域模塊很可能會(huì )注重配電，而不是區域中所有邊緣節點(diǎn)的網(wǎng)關(guān)。也就是說(shuō)，區域模塊更像是傳統的車(chē)身控制模塊 (BCM)，不同的是汽車(chē)中將會(huì )有多個(gè)此類(lèi)模塊。
圖 3：交叉架構
結語(yǔ)
隨著(zhù) ECU 數量的不斷增加，汽車(chē)架構已經(jīng)發(fā)展成一種根據每個(gè) ECU 所執行的相關(guān)功能對其進(jìn)行分組的域架構。然而，這也提高了網(wǎng)絡(luò )和配電的復雜性。汽車(chē)設計人員目前正在設計基于區域架構的車(chē)輛，以其優(yōu)化數據和配電，這種汽車(chē)將會(huì )是采用交叉架構的第一代汽車(chē)。新區域架構最終會(huì )實(shí)現線(xiàn)束電纜輕量化，從而提高內燃機車(chē)輛的燃油效率，并提高電池供電型電動(dòng)車(chē)輛的行駛里程。
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