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一文帶你了解汽車區(qū)域架構(gòu)的優(yōu)勢!

發(fā)布時間:2023-10-17 來源:TI 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】如果我們將一輛乘用車想象為多個電子控制單元 (ECU) 的集合,這些 ECU 會分布在汽車的各個位置并使用不同的網(wǎng)絡(luò)相互通信。在為實現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng) (V2X)、自動駕駛和汽車電氣化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)量都會增加。 


域架構(gòu)簡介


在域架構(gòu)中,ECU 可根據(jù)不同功能分為不同的域。而區(qū)域架構(gòu)則是一種按照 ECU 在汽車內(nèi)的位置分類的新方法,并由中央網(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。


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。


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表 1:ECU 通常分為五個域 


ECU 除了通過其自身域內(nèi)部的特定和相關(guān)網(wǎng)絡(luò)進行通信和交換數(shù)據(jù),也會與域外的 ECU 通信。由于不同域會采用不同的網(wǎng)絡(luò),因此會將網(wǎng)關(guān)作為通信橋梁。 


圖 1 展示了一輛采用基于域架構(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)的各個域。每個域可執(zhí)行多種功能。域控制器(例如動力總成的車輛控制單元)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 之間以及該域與車輛其余部分之間數(shù)據(jù)通信。


域控制器還包含 ECU,通常由多個 ECU 集成實現(xiàn),能夠更大程度降低系統(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,也集成了用于高速聯(lián)網(wǎng)的千兆位時間敏感網(wǎng)絡(luò) (TSN) 和以太網(wǎng)交換機。


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圖 1:域架構(gòu)


區(qū)域架構(gòu)簡介


如果把汽車比作房間,而把 ECU 比作聚集在該房間內(nèi)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題的人交流。


圖 2 展示了一輛根據(jù) ECU 在汽車內(nèi)的位置組織布局的區(qū)域架構(gòu)車輛,并另外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。該圖還展示了汽車不同區(qū)域的區(qū)域模塊和相關(guān)邊緣節(jié)點。 


雖然說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(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)等高速網(wǎng)絡(luò)也是不錯的選擇,因為此類網(wǎng)絡(luò)在汽車工作溫度內(nèi)具有高可靠性且可以平穩(wěn)運行。對于中央計算和區(qū)域模塊中的分布式計算,PCIe 是非常合適的網(wǎng)絡(luò)選擇。


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圖 2:區(qū)域架構(gòu)中的配電模塊


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)計智能接線盒后,可為車輛內(nèi)的不同負載和 ECU 配電。具體來說,工程師正在用半導(dǎo)體解決方案來替換繼電器和保險絲。


在區(qū)域架構(gòu)中,配電盒會經(jīng)過特定布置使每個區(qū)域都有相應(yīng)的配電單元為其模塊供電。圖 2 展示了區(qū)域架構(gòu)中的配電理念,您可以看到其中每個區(qū)域都集成了配電功能和管理網(wǎng)絡(luò)流量的區(qū)域模塊。新型配電架構(gòu)將實現(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。


從域架構(gòu)過渡到區(qū)域架構(gòu)——交叉架構(gòu)應(yīng)運而生


將完整車輛架構(gòu)從當(dāng)前域架構(gòu)過渡到新區(qū)域架構(gòu)是一個浩大的工程。這不僅需要設(shè)計新的區(qū)域模塊,還必須重新開發(fā)和配置大部分軟件,以便支持新架構(gòu)。此外,替代熔斷型保險絲和重新設(shè)計完整車輛線束都需要進行全面驗證。總而言之,車輛架構(gòu)可能會遷移到交叉架構(gòu)。


圖 3 展示了融合現(xiàn)有域架構(gòu)和新區(qū)域架構(gòu)的交叉架構(gòu)。此類架構(gòu)將保留域和相應(yīng)的邊緣節(jié)點。區(qū)域架構(gòu)的中央計算可能會細分為 ADAS、IVI 和 VCU 計算模塊,其中域特定邊緣節(jié)點直接與相應(yīng)的中央計算模塊通信。交叉架構(gòu)中的區(qū)域模塊很可能會注重配電,而不是區(qū)域中所有邊緣節(jié)點的網(wǎng)關(guān)。也就是說,區(qū)域模塊更像是傳統(tǒng)的車身控制模塊 (BCM),不同的是汽車中將會有多個此類模塊。


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圖 3:交叉架構(gòu) 


結(jié)語


隨著 ECU 數(shù)量的不斷增加,汽車架構(gòu)已經(jīng)發(fā)展成一種根據(jù)每個 ECU 所執(zhí)行的相關(guān)功能對其進行分組的域架構(gòu)。然而,這也提高了網(wǎng)絡(luò)和配電的復(fù)雜性。汽車設(shè)計人員目前正在設(shè)計基于區(qū)域架構(gòu)的車輛,以其優(yōu)化數(shù)據(jù)和配電,這種汽車將會是采用交叉架構(gòu)的第一代汽車。新區(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。



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