架構(gòu)轉(zhuǎn)變和ADAS/AV域控制器

小毛HYL 2021-05-24

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當(dāng)前的分布、分散式車輛架構(gòu)的每個(gè)功能都包含一個(gè)ECU，通常每次添加新的功能時(shí)都會(huì)再增加一個(gè)新的ECU。低端車型大約有50多個(gè)ECU，中端車型大約80多個(gè)，而高端車型則多達(dá)110多個(gè)ECU。這種架構(gòu)非常復(fù)雜、笨重，不利于封裝且成本高。隨著越來越多的功能成為標(biāo)配，OEM也正在轉(zhuǎn)向集中式架構(gòu)。

目前的車輛架構(gòu)拓?fù)渫ǔＳ啥鄠€(gè)ECU組成，這些ECU將數(shù)據(jù)輸入單個(gè)中央網(wǎng)關(guān)控制器，后者又將數(shù)據(jù)輸入OBD端口。然后將各種ECU連接到執(zhí)行器、傳感器和顯示器。當(dāng)前的架構(gòu)傾向于使用簡(jiǎn)單的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)拓?fù)浼軜?gòu)，該拓?fù)浼軜?gòu)由鏈接到少量執(zhí)行器和傳感器的單個(gè)ECU組成，幾乎不需要與其它域中的ECU連接。

這樣的分布式架構(gòu)的復(fù)雜性、成本和重量幾乎都到了極限，因此改變車輛架構(gòu)的需求就出現(xiàn)了。

從分散式架構(gòu)過渡到集中式架構(gòu)的動(dòng)機(jī)是減少ECU和相應(yīng)軟件開發(fā)的需要。反過來，ECU的減少，降低了車輛設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，降低了布線要求和重量。集中式架構(gòu)還可以讓OEM利用處理、內(nèi)存、軟件和高帶寬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步來滿足未來的ADAS和自動(dòng)駕駛性能要求，例如：可靠性/容錯(cuò)性、延遲、冗余、安全性、靈活性/可更新性/ OTA和成本。

域控制器架構(gòu)按域大概分為底盤、動(dòng)力總成/車輛控制、車身、ADAS，以及信息娛樂系統(tǒng)/座艙等幾個(gè)域。

每個(gè)域?qū)τ?jì)算速度、可靠性、安全性、靈活性和可擴(kuò)展性的要求都不同。汽車電子系統(tǒng)將諸如制動(dòng)、動(dòng)力總成或照明控制之類的功能設(shè)置到各自的軟件系統(tǒng)和物理硬件上。它們通常包含多個(gè)處理器，尤其是高端處理器，合并的處理器所包含的“內(nèi)容”可能會(huì)從“幾十美元”到“數(shù)百美元”不等。某些非集中式ECU可能會(huì)保留下來，確保安全關(guān)鍵功能和系統(tǒng)冗余。

由于ECU并非始終都在峰值下運(yùn)行，集中化使OEM可以提高數(shù)據(jù)處理的效率，以及對(duì)內(nèi)存和功耗的相關(guān)要求。

集中式架構(gòu)可將線束重量減少15-20％，使OEM可以更輕松地實(shí)現(xiàn)EPA/WLTP目標(biāo)并增加電動(dòng)車的續(xù)航。偉世通表示，汽車線束重量為80kg，是車輛中第三重的部分，絕對(duì)長(zhǎng)度為5km，也是第三大成本組成部分，且人工成本也較高（生產(chǎn)時(shí)間為1,000多分鐘）。

Zonal架構(gòu)在車輛的特定物理位置集成了跨域功能，比如，前部/引擎蓋、中部/座艙、后部/后備箱。這種跨域集成需要OEM、系統(tǒng)集成商/Tier1，以及軟件、傳感器和半導(dǎo)體價(jià)值鏈之間的緊密合作。

Zone控制器可以處理通過CAN或LIN與ECU或與車身控制相關(guān)的傳感器和執(zhí)行器與終端設(shè)備的通信。以太網(wǎng)、LVDS或其它高速鏈路可以與攝像頭、雷達(dá)和激光雷達(dá)傳感器接口。然后，zone控制器將這些信號(hào)聚合到用于高帶寬ADAS傳感器的以太網(wǎng)或PCI Express上，或用于低帶寬車身控制的CAN-FD上，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到相應(yīng)的域控制器。

近期集中式架構(gòu)頻繁被提及，但目前OEM、Tier1、半導(dǎo)體廠商和獨(dú)立軟件供應(yīng)商對(duì)此似乎持不同看法。OEM的看法大概最為兩極分化。有些已經(jīng)采取了強(qiáng)有力的行動(dòng)，但也有那些還沒有堅(jiān)定計(jì)劃的公司。

比較有動(dòng)力去推動(dòng)集中式計(jì)算的公司是像大眾這樣擁有比較多內(nèi)部資源的大型OEM，或像寶馬、奔馳這樣的高端品牌，或是大公司的純電動(dòng)平臺(tái)（例如大眾MEB，通用的VIP），以及那些沒有舊包袱的新造車勢(shì)力。

而那些較小規(guī)模的公司可能會(huì)因?yàn)橘Y源和經(jīng)濟(jì)問題，在這場(chǎng)轉(zhuǎn)型中遇到些麻煩。另外，日系OEM通常對(duì)這種趨勢(shì)的反應(yīng)較慢（例如采用以太網(wǎng)）。

自動(dòng)駕駛需要具有多傳感器融合、低延遲決策和執(zhí)行功能的高度交互服務(wù)，這對(duì)當(dāng)前的分布式和功能隔離的ECU架構(gòu)是一種轉(zhuǎn)變。

盡管汽車行業(yè)的總體趨勢(shì)是轉(zhuǎn)向集中計(jì)算，但并非所有OEM都會(huì)追求集中化，或者各家實(shí)現(xiàn)的節(jié)點(diǎn)會(huì)不同步，因?yàn)楦淖兗軜?gòu)有很多限制因素。首先，開發(fā)新的架構(gòu)所需的大量資源和資金投入就是一大障礙。

行業(yè)普遍認(rèn)為對(duì)中央處理器的需求將主要出現(xiàn)在具有大量自動(dòng)駕駛技術(shù)或高度集成的ADAS功能的高端品牌上。通常，除非車輛至少配備了L2功能，否則也沒必要采用ADAS域控制器。當(dāng)然，傳統(tǒng)架構(gòu)下的車型也會(huì)部署L2功能。

開發(fā)新的架構(gòu)所要付出的高昂的初始成本可能不太適合大眾市場(chǎng)，不是全球所有地區(qū)的車輛都搭載了ADAS甚至作為選配功能。

許多OEM也不具備開發(fā)新的架構(gòu)所需的軟件和其他系統(tǒng)的能力。它們也可能在域和系統(tǒng)范圍內(nèi)過于結(jié)構(gòu)化，避免開發(fā)造成的部門預(yù)算和人員控制的重疊。

盡管趨向于集中化，但某些對(duì)安全性要求較高的應(yīng)用可能會(huì)繼續(xù)使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)拓?fù)?，因此需要其自己的決策ECU。根據(jù)大陸的說法：不可能在一個(gè)控制單元中集成無限數(shù)量的功能。因此，對(duì)于每個(gè)單獨(dú)的情況，始終必須考慮的是，該策略是為每個(gè)ECU提供更高的集成度，還是提供根據(jù)相關(guān)功能劃分的ECU的優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)。

目前整體上來看，還沒有全面向域或zonal的架構(gòu)邁進(jìn)，特斯拉和大眾是這場(chǎng)變革中的先驅(qū)。新造車勢(shì)力在平臺(tái)和供應(yīng)鏈關(guān)系方面沒有舊包袱，因此已經(jīng)朝著集中化架構(gòu)方向發(fā)展了。

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