摘要(yào)：随著(zhe)汽車(chē)各項功能(néng)和(hé)性能←'(néng)要(yào)求的(de)提升 ‍，汽車(chē)分(fēn)布式電(diàn)氣架構♠φ已不(bù)能(néng)适應市(shì)場(chǎng)需∑"求，汽車(chē)正在從(cóng)電(diàn)子(zǐ)控制(zhì)單元（ECU）分(​÷"&fēn)布式電(diàn)氣架構向域集中式電(diàn∏≤£)氣架構轉變。文(wén)章(zhāng)對(duì)當前的(de)車(•<σchē)身(shēn)域控制(zhì)器(qì)設計(jì)方案進行(xíng)研究總結，結合γ&'©當前的(de)市(shì)場(chǎng)需求，分(fēn)析采用(yòng)域控制(zhì)器(★σqì)方案的(de)諸多(duō)優點。并設計(jì)‌γ♠±了(le)一(yī)種車(chē)身(shēn)域控制(zhì)器(>£qì)，基于實車(chē)功能(néng)需求進行(xíng)ε£> 了(le)車(chē)身(shēn)域控制(zhì)器(qì)的(dγ→✘e)方案設計(jì)，通(tōng)過台架™☆以及搭載實車(chē)進行(xíng)功能(néng)測試，驗證了(le)∑♦ε方案的(de)可(kě)行(xíng)性∑ ，為(wèi)該方案的(de)量産奠定基礎。

      在汽車(chē)智能(nφ∑éng)化(huà)、網聯化(huà)、軟件(jiàn)定義汽車(chē)的(de)發展趨勢下(¶§xià)，分(fēn)布式電(diàn)氣架構日(rì)益暴露諸多(duō)問>♦₹(wèn)題。目前車(chē)上(shàng)載有(yǒu)大(dà)量以線束連接的(de)電(→÷≠‍diàn)子(zǐ)控制(zhì)單元（Electronic Control Unit, EC↑¶U），不(bù)同功能(néng)分(fēn)布在不(bù)同ECU中，而汽車(chē)Ω★ 電(diàn)子(zǐ)軟件(jiàn)爆炸式增長(ch¥$≥áng)，大(dà)量新功能(néng)要(yào)求多(duō)ECU協同®↑♠實現(xiàn)，ECU之間(jiān)進行(xíng)通(tōng)信的(de)線束γ★≤複雜(zá)度、通(tōng)信負荷、維修難度都(dōu)在成倍增長(cháng)← ←™。在此背景下(xià)，如(rú)何保證功能(n∞‍€éng)正常實現(xiàn)、數(shù)據及時(shí)響應以及網絡安☆< '全成為(wèi)焦點[1]。

      為(wèi)解決γ÷分(fēn)布式電(diàn)氣架構的(de)問(wèn)題，人(rén)們開(kāδ♥≥i)始逐漸把很(hěn)多(duō)功能(néng)相(xiàng)近(jìn) ‌™÷或關聯程度較高(gāo)的(de)上(shàng)下(xià)遊ECU集成整合到(dào)高(g↓‌®®āo)算(suàn)力的(de)多(duō)核中央計(jì)算(suàn)平台中，即汽< "ε車(chē)域控制(zhì)器(qì)。域控制(zαβ¥hì)器(qì)的(de)出現(xiàn)标志(zhì)著(zhe)汽車(chē)電( ↑diàn)氣架構從(cóng)分(fēn)布式到± (dào)域集中式轉變。人(rén)們一(yī)般将域控制(&Ωzhì)器(qì)分(fēn)為(wèi)五域：座艙域、動力域、車(c ↕hē)身(shēn)域、底盤域和(hé)自(zì)動駕駛域。

      域₽✘σ控制(zhì)器(qì)主要(yào)由處理(lǐ)器(qì)、操作(zuò)系統和‍α​(hé)應用(yòng)軟件(jiàn)三部分(fēn)組成，集成分(fēn)布式∏£φ電(diàn)氣架構的(de)ECU核心功能(néng)，處理(lǐ)域內(nèi)部的(de)功₩​☆能(néng)邏輯和(hé)信号路(lù)由，并提供标準化(huà)接口用(yòng)于← 'δ數(shù)據交互。一(yī)方面提高(gāo)系統功能(néng)集成度；另一(yī)方面降☆≈'π低(dī)了(le)車(chē)載控制(zh≤ ‌×ì)器(qì)的(de)開(kāi)發和(hé)制(zhì)造成本[2]。

1 域控制(zhì)器(qì)集成化(huà)架構的(de)✘γ→優點

      采用(yòng)域控制(zhì)器(qì)，具✔™有(yǒu)很(hěn)多(duō)優點，本文(wén)針對(duì)汽車(chē)ε↓‌✔域控制(zhì)器(qì)的(de)優勢展開(kāi'φγ¥)論述。

      1.1 ≤Ωφ←輕量化(huà)

      對(duì)于分(fēn)布式電(diàn)氣架構，各♦ ÷ECU集成一(yī)個(gè)或多(duō)個(gè)功能(≠÷♥®néng)，各ECU相(xiàng)互獨立，并通(tōng)過線束連接。當₹€汽車(chē)有(yǒu)新增新功能(néng)需求時(shí)，有(yǒu)時(shí' )需增加新ECU和(hé)對(duì)應線束，如(rú)此往↑✘複，汽車(chē)的(de)ECU數(shù)量急速增加，通(tō& αφng)過不(bù)斷增加ECU數(shù)量♥∏•¶為(wèi)汽車(chē)增加新功能(néng)的(de)≥ ♠¶方法已經達到(dào)了(le)極限。複雜(zá)的(de)ECU帶來(lái)不®β¶(bù)隻是(shì)是(shì)龐雜(zá)的(de)邏Ω' λ輯控制(zhì)，還(hái)帶來(lái)錯(cuò)綜交互的(de)線束←€設計(jì)和(hé)控制(zhì)器(qì)設計(jì)，現(xiàn‍×™)代汽車(chē)的(de)線束和(hé₹"§)控制(zhì)器(qì)已成為(wèi <σλ)汽車(chē)中僅次于發動機(jī)的(de)第二重的(de)部件(jiàn)，對(duì £)于汽車(chē)的(de)輕量化(huà)要(yào)βλα₩求非常不(bù)利。而域控制(zhì)器(qì)的(de)出現(xiàn)，則滿足了(le✘™¥$)汽車(chē)集成化(huà)的(de)發展需要(yào)，大(dà)大ε± γ(dà)簡化(huà)了(le)汽車(chē)電(diàn)子(zǐ)結構，優化(huà"♥)整車(chē)電(diàn)子(zǐ)電§±→(diàn)器(qì)線路(lù)設計(jì)，降低(dī)了(le)汽車(chē)電(d₽★iàn)子(zǐ)部件(jiàn)和(hé)線束重量，有( >yǒu)利于汽車(chē)的(de)輕量化(huà)設計(jì)，提高(gāo)汽車≈δβ•(chē)行(xíng)駛效率[3]。

      1.2 高(gāo)速數(shù)據處理(l‌₹ ₹ǐ)

      現(x"‌$iàn)代汽車(chē)具備環境感知(zhī)能(néng)力，為(wèi)此需接↓​受和(hé)及時(shí)處理(lǐ)來(lái)自(zì)各傳感器(qì)、外(wà≤≠i)界其他(tā)車(chē)輛(liàng)或基礎 ¥設施的(de)大(dà)量數(shù)據，且為(wèi)保證行(xíng)車(chē)←δ安全，車(chē)載控制(zhì)器(qì)必須能(néng)夠以實時(shí)或非常接近(jìn♣•)實時(shí)的(de)速度進行(xíng)處理(lǐ)這(zhèπ×)類數(shù)據。而分(fēn)布式架構中，數∏✔(shù)據需要(yào)在不(bù)同ECU間(jiān)進行(xíng)反複通(tōngφ&♠γ)信和(hé)運算(suàn)，數(shùφ≠☆•)據延遲性高(gāo)，運算(suàn)效率低(dī)，無法滿βδ足車(chē)輛(liàng)行(xíng)駛過程中的(de)安全← λλ性要(yào)求。而域控制(zhì)器(qì)具©™π備高(gāo)性能(néng)的(de)計(jì)算(suàn)能(néng ™)力和(hé)高(gāo)帶寬的(de)網絡通(tōng)信，可(kě)↓←×以對(duì)大(dà)量數(shù)據實時(shí₩>)處理(lǐ)并及時(shí)傳遞處理(lǐ)結果。

      1.3 複雜(zá)軟件(jiàn)算(suàn)≈§λπ法集成化(huà)

      随著(zhe)汽車(c& hē)對(duì)娛樂(yuè)、網聯、安全等複雜(zá)功能(néng)需'©←求的(de)快(kuài)速增加，軟件(jiàn)水(shuǐ)π☆±₹平愈發成為(wèi)智能(néng)汽車(chē)的(de)核心競争力，在未來£δγ(lái)，智能(néng)汽車(chē)的(de)軟件(ji∞ àn)代碼量将達到(dào)3億至5億行(xíng)。汽車(chē)軟件‍★✔(jiàn)的(de)代碼量正在成指數(shù)級别的(de)增加，由于軟件($€jiàn)算(suàn)法不(bù)斷累加，未來(lái)‍ 汽車(chē)必須擁有(yǒu)更高(gāo)的(de)運算(suàn)與邏輯處理(lǐ)能('∑≤φnéng)力，為(wèi)了(le)實現(xiàn)這(zhè)些(xiē)目标，需要∏®(yào)更高(gāo)的(de)計(jì)算(suàn)能(néng‍§λ)力、嵌入式內(nèi)存容量和(hé)©™連接帶寬，而隻有(yǒu)使用(yòng)域控制(zhì)器(qì)才↓'"¶能(néng)滿足所需的(de)硬件(jiàn)要(¶←≠←yào)求[4]。

      1.4 叠代化(huà)↕¶✔

      空(kōng)中下(x✘♣×δià)載技(jì)術(shù)（Over The Air Tec≈≠‍hnology, OTA）是(shì)對(duì)汽車"λ(chē)軟硬件(jiàn)功能(néng)的(de)一(yī)✔&種遠(yuǎn)程升級技(jì)術(shù)，随著(zhe)汽車✔→(chē)的(de)智能(néng)化(huà)發展，用(yòng)戶希望汽車(c≤‌hē)能(néng)夠擁有(yǒu)像智能(néng)手機(jīα¥¥★)、平闆一(yī)樣具備升級能(néng)力，而非整γ★α↑個(gè)使用(yòng)周期中功能(néng)和(hé)→×↕€特性基本保持不(bù)變。對(duì)于分(fēn)布式架構設計(jì)的(de)傳統$>汽車(chē)，其所有(yǒu)功能(néng)都↔δ∑(dōu)必須在車(chē)輛(liàng)量産前設計(jì)和(hé)•Ω實現(xiàn)，無法滿足用(yòng)戶對(duì)汽車(chē)功能(néng)快(kuà&επi)速更新的(de)需求。而域控制(zhì)器¥<£>(qì)算(suàn)力可(kě)進行(xíng)擴展，軟硬件(jià α↓n)分(fēn)離(lí)使得(de)汽車(chē)的(de)軟件(jiàn)功♠₩✔能(néng)獨立于硬件(jiàn)，在不(bù©π)增加額外(wài)ECU的(de)前提下(xià)，僅通(tōng)↕§↓§過OTA對(duì)軟件(jiàn)算(suàn)法更新即可(kě)實現(φαφγxiàn)汽車(chē)功能(néng)發展升級，大(dà)大(dà)提高(gāo)了(l∞₩✔e)系統功能(néng)的(de)可(kě)擴展性和(hé)‍≥←€更新的(de)便捷性，使得(de)用(yòng)戶體(tǐ)驗不(bù)斷叠代升級的(de)功能✔™(néng)。

      1.5 生(shēng)産成本

      對(duì)于分(fēn)布式架構的(de)傳統汽車(c¥☆♥‍hē)，一(yī)旦涉及新功能(néng)的(de)增加，所 ₹增加的(de)專用(yòng)微(wēi)控制(zhεβ≥ì)單元（Micro Controller Unit, MCU）、存儲器(qì)、電(diàΩε₹♦n)源、印制(zhì)電(diàn)路(lù)闆（Printed Circuit Board, P$π​☆CB）和(hé)其他(tā)電(diàn)子(zǐ)元件(jiàn"λ<₩)将大(dà)大(dà)增加生(shēng)産制(zhì)造的(de)成本。而對(duì)于集成☆≈σ✔化(huà)的(de)域控制(zhì)器(qì)，進行(xín¶↔g)功能(néng)叠代的(de)成本會(huì)小(xiǎo)得(de)多(duō)，且随著(φδ✘zhe)技(jì)術(shù)進步和(hé)域控制(zhì)器(qì)的(de)大(d•&à)規模量産，車(chē)載系統級芯片（System On λ♦♥>Chip, SOC）的(de)價格持續下(xi£✘≤¶à)降，越來(lái)越接近(jìn)傳統MCU的(de)價格，汽車(ch>φē)的(de)生(shēng)産成本将會(huì)進一(yī)步降低(dī)。

2 車(chē)身(shēn)域控制(zhì)器(qì)的(de)設計(jì©♥₩)

      2.1 方案需求分(fēn)析

      車(chē)身(α♥≤<shēn)控制(zhì)系統包括車(chē)身(shēn)域控制(zhì)器(q✔ε↓ì)、智能(néng)鑰匙、射頻(pín)接收器(qì)、胎壓傳感器(qì✔♠)、天線等部件(jiàn)。

      天線由車(chē)身(shēn)域控制(<€zhì)器(qì)進行(xíng)驅動，發送低(dī)頻(pín)信号給鑰匙，£₩λ鑰匙發送高(gāo)頻(pín)信号給射頻(pín)接收器(qì)。

      α©射頻(pín)接收器(qì)主要(yào)↑♠↕™接收鑰匙或胎壓傳感器(qì)高(gāo)頻(pín)信号， €和(hé)車(chē)身(shēn)域控制(zhì)‍φ≥÷器(qì)之間(jiān)通(tōng)過控制(zhì)器(qì)局域網（Controller Area Network, CAN）進行(xíng)通(₹π£Ωtōng)信。

      車(chē)身(shēn)域控制(zhì)器‌ ∏(qì)作(zuò)為(wèi)車(chē)身(shēn)控制(zhì)系統的(de)中心模塊，主♠εβ要(yào)負責智能(néng)進入、智能(néng)啓動、門(mén)鎖控制( •π™zhì)、胎壓監測、內(nèi)部燈光(guāng)、外(wài)部燈光(↕®ε guāng)、電(diàn)源管理(lǐ)、雨(yǔ)刮噴水(shuǐ)$ >≠、後風(fēng)窗(chuāng)加熱(rè)、加油/充電(diàn)口蓋、遠(yu ←λγǎn)程控制(zhì)等功能(néng)，具體(tǐ)系統框圖如(rú)圖1所示。

圖1 系統框圖

     ←¥β☆ 本文(wén)根據以上(shàng)功能(néng)實現(xiàn)Ω≥作(zuò)為(wèi)方案需求，編制(zhì)車(chē)身(s✔λπσhēn)域控制(zhì)器(qì)設計(jì)任務書(shū)，并輸出功能(né±∞♠±ng)設計(jì)文(wén)檔，基于任務書(shū)、功能(néng)設計(jì)文(wé♠&§n)檔等進行(xíng)車(chē)身(sh'¶÷ēn)域控制(zhì)器(qì)的(de)硬件(jiàn®↑)和(hé)軟件(jiàn)設計(jì)。

      2.2 硬件(jiφβ±àn)選型與設計(jì)

      2.2.1硬件(jiàn)選型

      首先進行(xíng)硬件(jiàn)選型，根→&據輸入/輸出（I/O）資源需求、軟件(jiàn)內(nèi)存需求、外(wài)設資源需求選☆>$用(yòng)恩智浦的(de)S32K芯片作(zuò)為(w∏> ₩èi)主芯片。綜合考慮功能(néng)需求、性能(néng)要(yào)求、開(k±↑ε£āi)關采集、驅動、芯片手冊、尺寸、成本、電(diàn)性能(néng)、電(diàn)磁兼容（Eβ↔•lectro Magnetic Compa- tibility,¥∏ EMC）要(yào)求等，依次選取電(diàn)源芯片、開(kāi)關采集芯片、橋驅芯₽®∑片、高(gāo)低(dī)驅芯片、射頻(pín)驅動芯片等硬件(jiàn)資源。

      2.2.2硬件(ji•"àn)設計(jì)

      基于♣₽硬件(jiàn)選型進行(xíng)硬件(jiàn)方案設計(jì)，™♣↕根據功能(néng)設計(jì)各引腳電(λ diàn)路(lù)，某電(diàn)源采集電(diàn)路(lα✘¥βù)的(de)硬件(jiàn)原理(lǐ↕β≈)如(rú)圖2所示。

圖2 電(diàn)源采集電(diàn)路(lù)↕↔$↔

      結合各模塊的←​φ(de)硬件(jiàn)原理(lǐ)圖進行(xíng)PCB闆設計(jì)§∏，最終輸出的(de)車(chē)身(shēn)域控制(z↓≥∞hì)器(qì)系統電(diàn)氣原理(lǐ)如(rú)圖3所示（部分(fēn)↕ε）。

圖3 車(chē)身(shēn)域控制(zhì)器(qì)系統原理(l×"∑₽ǐ)圖（部分(fēn)）

      2.3 軟件(jiàn)£↓設計(jì)

      根據功能(né₹< ng)需求、硬件(jiàn)方案、通(tōng)信規範與矩陣、診斷規範等輸入文♣™(wén)件(jiàn)進行(xíng)軟件(jiàn)設計(jì)。首先§α進行(xíng)軟件(jiàn)架構設計(jì)，軟 ♣件(jiàn)架構采用(yòng)汽車(chē)開(kāi)放(fàn ☆↔πg)系統架構（Automotive Open System Architecture, AU≥>φ₽TO- SAR），包括引導加載程序（Bootlλ☆oader）、應用(yòng)層軟件(jiàn)（App）、實時(shí)環境（Run T‍§ime Environment, RTE）、底層驅動抽象（ECU ab≥≥σstraction）、服務層（Service）和(hé)微(wēi)控制(zhì)器(qì)∑‌¥€抽象層（Micro Controller Abstractio≠↕n Layer, MCAL）模塊，軟件(jiàn)總體(tǐ≤→∏)架構如(rú)圖4所示。

圖4 軟件(jiàn)總體(tǐ)架構

      應用(yòng)軟件(jiàn)采用(€∞&yòng)AUTOSAR架構，架構設計(jì)使用(yòng)EA Ω§S工(gōng)具。軟件(jiàn)架構如(rú)圖5所示。

圖5 應用(yòng)軟件(jiàn)架構&×β

      基✔$≈•礎軟件(jiàn)層（Basic Soft Ware, BSW）采用(yòng)A•↑±UTOSAR架構，配置工(gōng)具使用(yòng)EAS。軟€÷↕件(jiàn)架構如(rú)圖6所示。

圖6 BSW軟件(jiàn)架構

      對(duì)應模塊完成後，進行(xíng)底層 ‍✔≠軟件(jiàn)配置，确定軟件(jiàn)接口、參數(shù)，建立各功能(néng)模塊的(de)App應用(y→•òng)模型，部分(fēn)模型如(rú)★↕±σ圖7所示。

圖7 應用(yòng)層功能(néng)模塊

      最後，對(duì)軟件(jiàn)進行(✔✔£xíng)系統集成、刷寫，并開(kāi)展測試工(gōng)&α作(zuò)。

3 車(chē)身(shēn)域控制(zhì)器(qì)的(de)測試驗證

      3¶ ≈.1 台架驗證

      按照(zhào)台架測試用(yòng)例，進行₹•₽↕(xíng)台架功能(néng)、網絡、診斷、刷寫測試，最終通(tōn&←δ≤g)過測試并出具測試報(bào)告，部分(fēn)測試報(bào)告內(nèi)容如(r↓♥÷∑ú)圖8所示。

      3★≤÷.2 實車(chē)驗證

      按照(zhào)測試≥∞ε✔用(yòng)例，進行(xíng)實車(chē)功能(néng)測試 →★。将設計(jì)的(de)車(chē)身(shēn)域控制(‌πzhì)器(qì)搭載到(dào)某量産車(chē)型上(s£δhàng)（圖8），基于原車(chē)環境進行(xín✔→&g)實車(chē)功能(néng)驗證，共測試∏✔±¶用(yòng)例820條，最終通(tōng)過820條，設計(jì)功能(néng)全部實現(★<>xiàn)。

圖8 實車(chē)測試

表1 系統測試報(bào)告

4 結論

      本文(wén)對(duì)目前流行(xí®↑ng)的(de)車(chē)身(shēn)域控制(zhì↑×​≈)器(qì)設計(jì)方案進行(xíng)總結歸納，分(fēn)析了(le)相(∞δxiàng)對(duì)于分(fēn)布式架構，采用≤¥≤(yòng)域控方案帶來(lái)的(de)諸多(duō)優點，并‍←♣<基于新架構設計(jì)了(le)一(yī)種車(chē)身(shēn)域控制(zh±♦​ì)器(qì)方案，基于某量産車(chē)實δ™<車(chē)需求，按照(zhào)項目實際開(kāi)發流程，經過硬件(jiàn)設計(jì)、軟 ¥​件(jiàn)設計(jì)，生(shēng)産出滿足需求的(de)車€£γ(chē)身(shēn)域控制(zhì)器(qì)樣件(jiàn)，并經過台架和(hé)實↓↕₹車(chē)測試，驗證了(le)方案可(kě)行(xíng)性，為(wè÷φ±i)方案的(de)最終量産奠定基礎。

參考文(wén)獻

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