汽車區(qū)域架構(gòu)優(yōu)勢詳述

不妨將一輛乘用車想象為多個電子控制單元(ECU)的集合，它們分布在汽車的各個位置并使用不同網(wǎng)絡(luò)相互通信。為實現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)(V2X)、自動駕駛和汽車電氣化而添加更多先進的汽車電子產(chǎn)品時，ECU數(shù)量和交換數(shù)據(jù)量也都會增加。

此外，ECU數(shù)量的增加還促進了網(wǎng)絡(luò)類型的多樣化，包括本地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)(LIN)、控制器局域網(wǎng)(CAN)以及諸如平板顯示器鏈路(FPD-Link)、PCI Express(PCIe)和以太網(wǎng)等高速網(wǎng)絡(luò)。

在域架構(gòu)中，ECU可根據(jù)功能不同分為不同的域。但區(qū)域架構(gòu)是一種按照ECU在汽車內(nèi)的實際位置分類的新方法，并利用中央網(wǎng)關(guān)來管理通信。這種物理接近性可減少ECU之間的布線，從而節(jié)省空間并降低汽車重量，同時還能提高處理器速度。

域架構(gòu)簡介

為了更好地了解域架構(gòu)，可以首先了解根據(jù)功能將ECU分成的五個域，如表1所示。

表1：ECU通常分為五個域

ECU通過其自身域內(nèi)部的特定和相關(guān)網(wǎng)絡(luò)進行通信和交換數(shù)據(jù)，同時還與域外的ECU通信。由于不同域采用不同的網(wǎng)絡(luò)，因此需使用網(wǎng)關(guān)作為通信橋梁。

圖1顯示了一輛采用基于域的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的汽車。在此圖中，有一個中央網(wǎng)關(guān)模塊連接到汽車內(nèi)的不同域。每個域可執(zhí)行多種功能。域控制器（例如動力總成）包含網(wǎng)關(guān)功能。此域網(wǎng)關(guān)在相關(guān)域的ECU之間以及該域與車輛其余部分之間支持?jǐn)?shù)據(jù)通信。

域控制器還包含ECU，通常由多個ECU集成實現(xiàn)功能，幫助更大程度降低系統(tǒng)成本。TI的Jacinto?7處理器集成了Arm? Cortex? A-72內(nèi)核來進行原始數(shù)據(jù)處理，集成了Arm Cortex R-5F進行實時控制，還集成了千兆位時間敏感網(wǎng)絡(luò)(TSN)和以太網(wǎng)交換機用于高速聯(lián)網(wǎng)。

圖1：域架構(gòu)

區(qū)域架構(gòu)簡介

如果把汽車比作房間，把ECU比作聚集在該房間內(nèi)要討論不同話題的人，那么域架構(gòu)的作用就相當(dāng)于對這些人進行混亂分組，讓房間內(nèi)這些人在各自的討論組中激烈討論。

區(qū)域架構(gòu)根據(jù)ECU在汽車內(nèi)的位置進行組織，并增加了一個車輛計算模塊。該車輛計算模塊是一個具有高處理能力的計算機，用于執(zhí)行各種函數(shù)的所有計算。此架構(gòu)還可以包含一個管理網(wǎng)絡(luò)流量的網(wǎng)關(guān)模塊。

圖2展示了汽車不同區(qū)域的區(qū)域模塊和相關(guān)的區(qū)域衛(wèi)星模塊，以及中央網(wǎng)關(guān)和車輛計算模塊。TI的汽車用Jacinto DRA82x處理器針對網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)量身定制，并具備在車輛內(nèi)安全傳輸數(shù)據(jù)的功能。DRA82x處理器系列包括集成了PCIe交換機和千兆位TSN以太網(wǎng)交換機的器件，可用于計算平臺、中央網(wǎng)關(guān)和區(qū)域模塊。

可以使用CAN等低帶寬網(wǎng)絡(luò)在不同的區(qū)域模塊和中央網(wǎng)關(guān)/計算模塊之間進行通信。不過，以太網(wǎng)或PCIe等高速網(wǎng)絡(luò)也是不錯的選擇，因為它們在汽車工作溫度內(nèi)具有高可靠性，可以平穩(wěn)運行。

圖2：區(qū)域架構(gòu)

區(qū)域架構(gòu)的電源優(yōu)勢

工程師還通過這種ECU重組來優(yōu)化電源架構(gòu)，特別是重新設(shè)計智能接線盒（也稱為配電模塊）后，可為車輛內(nèi)的不同負載和ECU配電。配電盒在某種程度上特定于汽車型號，每個配電盒可為一組特定負載配電。

由于大多數(shù)配電盒設(shè)計均使用繼電器和保險絲，因此，如果需要更換保險絲，要求能夠輕松接觸到配電盒。在區(qū)域架構(gòu)中，配電盒會經(jīng)過適當(dāng)布置，使每個區(qū)域都有自己的配電單元為其模塊供電。

圖3顯示了區(qū)域架構(gòu)中的配電理念，您可以看到其中每個區(qū)域都集成了配電模塊和管理網(wǎng)絡(luò)流量和局部區(qū)域衛(wèi)星的區(qū)域模塊。

圖3：區(qū)域架構(gòu)中的配電模塊

另一個優(yōu)勢是，整個車輛的配電模塊可以采用相似的設(shè)計。使用半導(dǎo)體解決方案（例如智能高側(cè)開關(guān)）而不是機械式繼電器和保險絲，可以實現(xiàn)更靈敏的配電模塊設(shè)計，使模塊更靠近負載，從而在需要更換時更便于觸及。

量身定制網(wǎng)關(guān)處理器為區(qū)域架構(gòu)奠定基礎(chǔ)

結(jié)束語

隨著ECU數(shù)量的不斷增加，汽車網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)發(fā)展成了一種根據(jù)ECU執(zhí)行功能對ECU分組的域架構(gòu)，但這提高了網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性。汽車設(shè)計人員目前正在考慮使用基于區(qū)域的架構(gòu)，這種架構(gòu)的優(yōu)勢在于其使用車輛計算模塊來控制車輛的功能。

利用這種全新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，您可以優(yōu)化車輛電源架構(gòu)，特別是在每個區(qū)域安裝局部配電模塊以及用于管理網(wǎng)絡(luò)流量和區(qū)域衛(wèi)星模塊的區(qū)域模塊。新型區(qū)域架構(gòu)最終會實現(xiàn)線束電纜輕量化，從而提高內(nèi)燃機車輛的燃油效率，并提高電池供電型電動車輛的行駛里程。

審核編輯：郭婷