基于域控技术的电子电气架构平台.pdf

37Designresearch/设计研究汽车电器2 0 2 3年第8 期基于域控技术的电子电气架构平台李小侠，王剑峰，王远波（陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院，陕西西安7 10 2 0 0)【摘要】本文设计一种基于域控的新一代电子电气架构平台，可深度融合智能网联新技术，实现集中决策区域化控制，支持整车协同式安全管理，满足不同细分市场用户的差异化和智能化需求，实现功能灵活扩展和快速迭代，在成本、网络、可扩展性等方面最优。【关键词】商用车；电子电气架构；域控；平台中图分类号：U463.6文献标志码：A文章编号：10 0 3-8 6 39（2 0 2 3)0 8-0 0 37-0 3Electronic and Electrical Architecture Platform Based on Domain ControlLI Xiao-xia,WANG Jian-feng,WANG Yuan-bo(Automotive Engineering R&D Institute,Shaanxi Heavy-duty Automobile Co.,Ltd.,Xian 710200,China)Abstract)This article designs a new generation electronic and electrical architecture plaform based on domaincontrol,which can deeply integrate new intelligent networking technologies,achieve centralized decision-making andregional control,support collaborative safety management of the entire vehicle,meet the differentiated and intelligentneeds of users in different market segments,achieve flexible expansion and fast iteration of functions,and achieveoptimal cost,network,scalability,and other aspects.Key words commercial vehicle;electronic and electrical architecture;domain control;platform1前言智能网联车辆融合了以人工智能、高速网络、5G通信、互联网与大数据等为代表的新一代信息技术，将汽车由传统的运载工具变成智能的移动平台，技术的融合对汽车硬件、软件、网络等提出了更高的要求。目前行业大多数车型采用分布式架构，随着智能网联发展，各系统间的交互要求越来越多，实现智能化控制的难度越来越大，不能适应未来的发展需求，主要表现在以下问题 2 。1）各控制系统独立决策，缺少系统之间的协调，缺乏对整车功能、性能指标的权衡与全局管控，不能满足用户对车辆日益严苛的经济性、动力性、智能驾驶等需求。2）安全方面仅基于运营场景进行了车辆主被动安全设计，并未从功能安全、信息安全等系统运行安全方面进行全方位的安全管理设计，不能满足智能网联背景下用户对安全的要求。3）传统的单系统应用式设计导致各控制系统依赖性太强，无法灵活地满足不同细分市场用户的差异化需求。4）各控制系统的耦合性太强，无法实现软硬件分离，无法满足用户对新功能、新技术快速迭代、快速响应的需求。传统的电子电气解决方案无法满足未来车辆对通信、安全、智能化等的需求，呕需开发一个全新的电子电气架构，深度融合智能网联新技术，实现整车对环保、安全、节能、舒适等要求。基于域控的电子电气架构平台深度融合智能网联新技术，实现集中决策区域化控制，支持整车协同式安全管理，满足不同细分市场用户的差异化和智能化需求，实现功能灵活扩展和快速送代。收稿日期：2 0 2 3-0 1-0 42整车电子电气架构2.1定义整车电子电气架构是以需求为导向，以功能实现方式为主导的系统性技术解决方案。它定义了包含软硬件在内的所有车辆电子部件之间的相互关系和它们共同承载的功能逻辑之间的关系，以及为了设计和维护这些电子部件所规定的各种原则。电子电气架构通过建立电子部件之间的网络拓扑、电气拓扑、逻辑拓扑，同时以整车的安全、可靠、成本等方面的因素为原则，实现系统最优方案。2.2发展趋势整车电子电气架构从分布式架构到跨域集中架构、中央集中架构趋势发展3，具体特点见表1。3电子电气架构平台开发内容3.1设计思路域控架构是一种以集中式决策、区域化控制为功能实现方式的电子电气架构。域控架构的开发通过需求研究、功能开发及零部件设计、网络开发与验证、开发验证等环节，建立电子电气架构设计开发V流程。总体设计思路如图1所示。1）需求研究。建立基于需求的电子电气开发平台，实现数据需求管理平台与开发流程融合，通过细分市场、市场属性、需求库、产品4个层面搭建需求研究模型，实现市场研究、需求分析、一致性审查、配置管理、问题反馈等功能，保证结构化数据可追溯、变更可管理。2）功能开发及零部件设计。采用模型化架构设计方法，通过需求逻辑模型一致性和模型化管理，实现数据交互、设设计研究/Design research38-AutoelectricpartsNo.08,2023表1电子电气架构发展电子电气架构拓扑图架构类型分布式架构(阶段1)分布式架构(阶段2)分布式架构(阶段3)跨域集中架构中央集中架构需求研究需求管理功能需求分析功能方案开发设计功能分配网络功能开发通信功能安全设计开发零部件开发样件开发DV试验控制设计图1总体设计思路计过程的全数字化，提高架构开发效率。同时，通过对零部件开发过程的管控，保障架构方案的落地。3）网络开发与验证。建立基于V模型的网络开发与验证流程，通过整车网络架构设计、网络架构仿真测试、整车通信矩阵编制等流程确保网络开发的合理性和准确性。4）开发验证。建立自动化测试流程，验证覆盖从架构设计、系统开发到实车运行的每一个环节，保证车辆设计开发阶段就能通过测试更早发现功能缺陷问题，实现网络及域控的自动化测试，提高整车的开发效率。通过基于HIL的虚拟验证技术，使用虚拟环境来模拟车辆的运行特性以及环境场景，对架构方案验证、对比和评估，在架构开发实施阶段，利用虚拟整车的HIL系统进行半实物半虚拟到完整实物系统的验证。3.2采用集中式决策方式实现商用车电子电气架构的区域化控制域控电子电气架构分析了整车控制流、信息流以及能量流，采用模型化设计方法，搭建本地感知控制、智能驾驶感知控制、云端感知控制、能量管理的功能逻辑模型，主要特点采用集中式决策、区域化控制的方式进行功能实现多方案1)独立的ECUs设计，并开发一套科学的评估算法进行评估，形成包括底2)功能分离盘动力域、智能座舱域、智能驾驶域、网联协同域及能量3)每一个功能都有各自的ECU管理域在内的商用车电子电气域控架构方案，实现车辆控1)功能域ECU整合制流、信息流、能量流的融合，整体方案在成本、网络、可2）域：车身/舒适、底盘、动力扩展性等方面最优。该架构在考虑整车底盘动力、智能座和信息娱乐3)34个独立的网段4)域间的通信受限1)通过网关实现整合2)跨域功能3)处理复杂的功能，如自适应巡航1)中央域控制器2)处理更多复杂的功能3）功能整合（成本最优）1)虚拟域2)有限的硬件资源3）以太网骨干4)复杂功能的高算力性能整车系统市场应用集成整车验证写标定系统标定系统功能测试零部件功能测试PV试验舱等整车基础架构的基础上，兼容各种能源形式和高级别自动驾驶，同时采用以太网网关进行车内和车外的信息隔离，实现车与X（车、人、路、后台）等的信息交互，满足车辆安全、舒适、节能、高效行驶。该域控电子电气架构能够满足商用车整车协同式安全管理、车载网络功能灵活扩展、系统功能快速迭代。功能设计方案如图2 所示。诊断接口基础架构CAMCAMRADARCAMRADAR智能驾驶域1）基于整车协同式安全控制技术实现商用车安全管理。通过对车辆网联化、智能化、电动化和共享化安全风险研究，识别出车辆安全风险点，实现车辆的协同式安全管理。通过功能安全、穴余安全、最小系统等技术搭建功能安全体系，形成电子电器系统运行安全保障。采用通信加密、身份认证、人侵防御检测等技术，降低信息泄露和车辆非法控制风险。通过智能预警、纵向与侧向控制、智能监控、防盗与认证等主被动技术，提升车辆运营安全。整车协同式安全管理如图3所示。功能安全功能九余安全安全最小系统图3整车协同式安全管理2）基于网络柔性化配置技术实现商用车网络功能灵活扩展。随着车辆智能网联功能的不断扩展，汽车电控单元的不断增加，对车载网络的传输带宽能力和可扩展性的要求不断提升，传统CAN网络已无法满足这些新需求。为保障该架构的功能实现，网络设计以柔性、高速、互联为理念，采用百兆车载以太网为骨干构建车载网络，通过LET-VDSRC为主构建车辆与外部通信，采用中央网关为数据枢中央网关新能源系统底盘动力域智能座舱域网联协同域图2 功能设计方案通信加密信息身份认证安全入侵防御检测主被动主动安全安全被动安全39Designresearch/设计研究汽车电器2 0 2 3年第8 期Lokatep纽对整车数据进行管理，通过网络柔性化相关技术开发实现系统功能扩展，构建一个高效、安全车载网络平台，实现整车内部以及车辆与外部间信息交互。柔性化网络设计如图4所示。应用程序SOCComputingvideointerface Module应用积序MCUsCompasingUnitCore-g Coro-5 Gore-4Core-Core-2Coro-3CLADCSMJMenEEPROMFash诊断服务Service.Request82网络层接口服务网络层接口服务N_Service.RequestN_Service.Confirm7网络层15数据链路层接口服务数据链路层接口服务数据链路层接口服务L,Service.RequestL_Service.Confirm数据链路发送电平信号回读电平信号3）通过对软硬件的分层模块化设计实现系统功能快速迭代。域控的电子电气架构以计算集中化、软硬件解耦、平台标准化、功能定制化为汽车控制系统的设计理念，形成中央计算-层-区的实时高性能计算平台，构建服务导向的系统架构。其中，软件架构（图5）根据相应功能域重新分类集成，以提供服务为导向，在每种硬件上运行不同操作系统，建立软硬件的分层模块化设计，将软件系统从分散的控制器中剥离出来并重新集成在相应的域控制器中。硬件架构（图6）设计高性能的硬件平台，具备CAN、Fl e x r a y、Ethernet、LVD S、CSI等通信接口，使用RTOS，实现高性能计算。通过软硬件解耦，设计标准的分层模块化软件架构，提升硬件系统扩展性、灵活性，设计平台化的软硬件系统ComponentComponontRuntime EnvironmentSystem ServicesMemory ServicesOrhoareDeviceMenmoryHardwareAbstractlonAbstractionMicrocontrollerMemoryDriversDriversMicrocontroller图5软件架构诊断服务。Service.ReqConfr16应用层网络层接口服务N_Service.lndicationL_Service.lndication接收电平信号13图4柔性化网络设计Application LayerConponentCammunicationt/OHardwareAbsttactionServicesCommunicationHardwareAbstractionCommunicat:anDrivers诊断服务Service.Confim诊断服务Service.IndicationService.Response8网络层接口服务网络层接口服务N_Service.indicationN_Service.Reques网线数据链路层接口服务数据链路层接口服务L_Service.IndicationL_Service.Request6数据路Response?回读电平信号5Request,VoDrivers诊断服务应用1610网络层接口服务N_Service.Confirm数据链路层接口服乡L_Service.Confirn发送电平信号接收电平信号13CorponentComplexDrivers诊断服务Service.RspConfinFlash方案，实现控制系统的快速迭代。4总结基于域控的新一代电子电气架构从功能、安全、网络和控制技术层面展开开发，形成了包括底盘动力域、智能座舱域、智能驾驶域、网联协同域及能量管理域在内的商用车电子电气域控架构方案，实现车辆控制流、信息流、能量流的融合，整体方案在成本、网络、可扩展性等方面最优。1）安全层面：建立协同式安全控制技术实现商用车的功能安全、信息安全和主被动安全的安全体系。2）网络层面：构建一个高效、安全车载网络平台，可实现整车内部以及车辆与外部间信息安全交互。其主要是通过关键技术的应用（包括高速车载网络技术、V2X通信技术、远程OTA、中央网关），实现网络管理、信息安全、流量控制、信息共享、协议翻译以及数据加密等功能，使整车构建实时、安全、高速的车载通信系统。3）软硬件技术方面：以计算集中化、软硬件解耦、平台标准化、功能定制化为汽车控制系统的设计理念，形成能够快速迭代的软硬件平台。参考文献：1 王卿海，钱严。整车电子电气架构发展思路剖析 汽车实用技术，2 0 2 1，46（16)：19 8-2 0 9.2 贾文伟，徐匡一，王海波，等智能汽车电子架构分析与研究 J.时代汽车，2 0 2 0（4)：43-46.3 刘佳熙，丁锋。面向未来汽车电子电气架构的域控制器平台 .汽车电子，2 0 19(9)：8 2-8 7.DOR图6 石硬件架构(编辑凌波）(上接第36 页)排到车外，如图10 所示。若线束无法保证将雨水通过排水点排到车外，雨水可能会沿着重力的方向顺着线束分支流人连接器，进而导致用电器进水失效。4工艺要求工艺要求是设计要求的补充，如双壁热缩管需要溢胶，分支点处需要交叉缠绕，部分连接器尾端需要注塑等。整体策略是湿区线束铜丝、屏蔽层、端子、卡点等密封不暴露在外。5结语防水性能作为线束设计中至关重要的一项，在设计中要综合考虑线束周边环境、生产工艺、汽车行驶工况、售最低后与维修等因素，且设计完成后还要经过实验验证和耐久滴水点车状态跟踪，以保证设计的可靠性，尽量减少防水失效的图10线束最低滴水点示意图案例发生。(编辑凌波）