自動駕駛整車經(jīng)典五域控制器結(jié)構(gòu)分析

根據(jù) 2017年德國博世公布其在整車電子電氣架構(gòu)方面的戰(zhàn)略圖，博世將整車電子電氣架構(gòu)的發(fā)展分為三大類，分別是模塊化和集成化架構(gòu)方案（分布式）、集中式域融合架構(gòu)方案和車載電腦云計算架構(gòu)方案。

目前市面上大多數(shù)車型的架構(gòu)方案都位于模塊化和集成化架構(gòu)方案，而特斯拉重新劃分了“域”的概念，打破了功能與功能之間的壁壘劃分和傳統(tǒng)整車架構(gòu)設(shè)計的思維，搭載車載電腦，直接跨入車載電腦和區(qū)域?qū)蚣軜?gòu)。

電子電氣(EEA)架構(gòu)技術(shù)戰(zhàn)略圖

核心：以博世經(jīng)典的五域分類拆分整車為動力域（安全）、底盤域（車輛運動）、座艙域/智能信息域（娛樂信息）、自動駕駛域（輔助駕駛）和車身域（車身電子），這五大域控制模塊較為完備的集成了L3及以上級別自動駕駛車輛的所有控制功能。

動力域（安全）

動力域控制器是一種智能化的動力總成管理單元，借助 CAN/FLEXRAY 實現(xiàn)變速器管理、引擎管理、電池監(jiān)控、交流發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)。其優(yōu)勢在于為多種動力系統(tǒng)單元（內(nèi)燃機(jī)、電動機(jī)發(fā)電機(jī)、電池、變速箱）計算和分配扭矩、通過預(yù)判駕駛策略實現(xiàn) CO2 減排、通信網(wǎng)關(guān)等，主要用于動力總成的優(yōu)化與控制，同時兼具電氣智能故障診斷、智能節(jié)電、總線通信等功能。

未來主流的系統(tǒng)設(shè)計方案如下：

以 Aurix 2G（387/397）為核心的智能動力域控制器軟硬件平臺，對動力域內(nèi)子控制器進(jìn)行功能整合，集成 ECU 的基本功能，集成面向動力域協(xié)同優(yōu)化的 VCU，Inverter，TCU，BMS 和 DCDC 等高級的域?qū)哟?a target="_blank">算法。

以 ASIL-C 安全等級為目標(biāo)，具備 SOTA，信息安全，通訊管理等功能。

支持的通訊類型包括 CAN/CAN-FD，Gigabit Ethernet 并對通訊提供 SHA-256加密算法支持。

面向 CPUGPU 發(fā)展，需要支持 Adapative Autosar 環(huán)境，主頻需要提高到 2G，支持 Linux 系統(tǒng)，目前支持 POSIX 標(biāo)準(zhǔn)接口的操作系統(tǒng)。

2.底盤域（車輛運動）

底盤域是與汽車行駛相關(guān)，由傳動系統(tǒng)、行駛系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和制動系統(tǒng)共同構(gòu)成。傳動系統(tǒng)負(fù)責(zé)把發(fā)動機(jī)的動力傳給驅(qū)動輪，可以分為機(jī)械式、液力式和電力式等，其中機(jī)械式傳動系統(tǒng)主要由離合器、變速器、萬向傳動裝置和驅(qū)動橋組成、液力式傳動系統(tǒng)主要由液力變矩器、自動變速器、萬向傳動裝置和驅(qū)動橋組成；行駛系統(tǒng)把汽車各個部分連成一個整體并對全車起支承作用,如車架、懸架、車輪、車橋都是它的零件；轉(zhuǎn)向系統(tǒng)保證汽車能按駕駛員的意愿進(jìn)行直線或轉(zhuǎn)向行駛；制動系統(tǒng)迫使路面在汽車車輪上施加一定的與汽車行駛方向相反的外力，對汽車進(jìn)行一定程度的強(qiáng)制制動，其功用是減速停車、駐車制動。

智能化推動線控底盤發(fā)展。隨著汽車智能化發(fā)展，智能汽車的感知識別、決策規(guī)劃、控制執(zhí)行三個核心系統(tǒng)中，與汽車零部件行業(yè)最貼近的是控制執(zhí)行端，也就是驅(qū)動控制、轉(zhuǎn)向控制、制動控制等，需要對傳統(tǒng)汽車的底盤進(jìn)行線控改造以適用于自動駕駛。線控底盤主要有五大系統(tǒng)，分別為線控轉(zhuǎn)向、線控制動、線控?fù)Q擋、線控油門、線控懸掛，線控轉(zhuǎn)向和線控制動是面向自動駕駛執(zhí)行端方向最核心的產(chǎn)品，其中又以制動技術(shù)難度更高。

（1）線控制動是未來汽車制動系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

汽車制動系統(tǒng)經(jīng)歷了從機(jī)械到液壓再到電子（ABS/ESC）的發(fā)展過程，未來將向線控制動方向發(fā)展。L2 時代的線控制動可以分為燃油車、混動、純電三大類，燃油車基本都采用 ESP(ESC)做線控制動?；靹榆嚮径疾捎?a href="http://srfitnesspt.com/v/tag/873/" target="_blank">高壓蓄能器為核心的間接型 EHB（電液壓制動）。

純電車基本都采用直接型 EHB，以電機(jī)直接推動主缸活塞。在汽車智能化的趨勢下，考慮到對 L3 及以上等級自動駕駛汽車來說制動系統(tǒng)的響應(yīng)時間非常關(guān)鍵，而線控制動執(zhí)行信息由電信號傳遞，響應(yīng)相對更快，剎車距離更短，是未來汽車智能化的長期趨勢。

線控制動系統(tǒng)可以分為液壓式線控制動 EHB、機(jī)械式線控制動 EMB 兩種類型。EHB 系統(tǒng)由于具有備用制動系統(tǒng)，安全性較高，因此接受度更高，是目前主要推廣量產(chǎn)的方案。由于缺少備用制動系統(tǒng)且缺少技術(shù)支持，短期內(nèi)很難大批量應(yīng)用，是未來發(fā)展的方向。

EHB 系統(tǒng)與 EMB 系統(tǒng)比較

線控制動是汽車技術(shù)門檻較高的領(lǐng)域，全球主要的線控制動廠家是博世、大陸、采埃孚等零部件企業(yè)。EHB 國外廠商技術(shù)發(fā)展已經(jīng)比較成熟，但嚴(yán)格意義講還不適應(yīng)于 L4 自動駕駛，國內(nèi)此項技術(shù)在努力追趕；EMB 還處在研究階段，目前看較難有突破。其中，博世的 iBooster 是典型的直接型 EHB。

iBooster 通常與 ESP 配套使用，ESP 在 iBooster 失效時頂上。不過因為 ESP 也是一套電液壓系統(tǒng)，也有可能失效，且 ESP 在設(shè)計之初只是為 AEB 類緊急制動場景設(shè)計的，不能做常規(guī)制動，所以博世在第二代 iBooster 推出后，著手針對 L3 和 L4 設(shè)計了一套線控制動系統(tǒng)，這就是 IPB+RBU。

線控制動系統(tǒng)主要供應(yīng)商、產(chǎn)品與客戶情況

（2）智能化的發(fā)展催促線控轉(zhuǎn)向的產(chǎn)生

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)從最初的機(jī)械式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（MS）發(fā)展為液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（簡稱 HPS），之后是電控液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EHPS）和電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）。目前乘用車上以 EPS 為主流，商用車以 HPS 為主流，EHPS 在大型 SUV 上比較常見，其余領(lǐng)域比較少見。

智能化的趨勢下，L3 及以上等級智能汽車要求部分或全程會脫離駕駛員的操控，對于轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制精確度、可靠性要求更高高，催促線控轉(zhuǎn)向（Steering By Wire, SBW）的產(chǎn)生。

線控轉(zhuǎn)向（SBW）系統(tǒng)是指，在駕駛員輸入接口（方向盤）和執(zhí)行機(jī)構(gòu)（轉(zhuǎn)向輪）之間是通過線控（電子信號）連接的，即在它們之間沒有直接的液力或機(jī)械連接。線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是通過給助力電機(jī)發(fā)送電信號指令，從而實現(xiàn)對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行控制。SBW（steering by wire）的發(fā)展與 EPS 一脈相承，其系統(tǒng)相對于 EPS 需要有冗余功能。

目前 SBW 系統(tǒng)有兩種方式：1）取消方向盤與轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械連接，通過多個電機(jī)和控制器來增加系統(tǒng)的冗余度；2）在方向盤與轉(zhuǎn)向執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間增加一個電磁離合器作為失效備份，來增加系統(tǒng)的冗余度。?

EPS與SBW系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

從廠商角度看，全球 EPS 廠家以博世、捷太格特、NSK、耐世特等國際巨頭為主，其中日本廠家多以精密軸承起家，向下游拓展到 EPS 領(lǐng)域；美國廠家則是 tier 1廠家，橫向擴(kuò)展到 EPS 領(lǐng)域；歐洲廠家類似美國廠家，但是在上游的精密機(jī)械加工領(lǐng)域遠(yuǎn)比美國要強(qiáng)。相比之下國內(nèi)企業(yè)主要有三家，包括株洲易力達(dá)、湖北恒隆和浙江世寶，但是規(guī)模都比較小，技術(shù)較落后。

電助動力系統(tǒng)（EPS）主要供應(yīng)商及客戶

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（SBW）由于技術(shù)、資本、安全等各方面的要求高，技術(shù)基本掌握在海外的零部件巨頭手中，進(jìn)入壁壘非常高。目前聯(lián)創(chuàng)電子、浙江萬達(dá)等國內(nèi)企業(yè)開始涉足 SBW 領(lǐng)域，國內(nèi)企業(yè)未來有望開拓 SBW 新業(yè)務(wù)。

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（SBW）主要供應(yīng)商及產(chǎn)品現(xiàn)狀

3.座艙域/智能信息域（娛樂信息）

傳統(tǒng)座艙域是由幾個分散子系統(tǒng)或單獨模塊組成，這種架構(gòu)無法支持多屏聯(lián)動、多屏駕駛等復(fù)雜電子座艙功能，因此催生出座艙域控制器這種域集中式的計算平臺。智能座艙的構(gòu)成主要包括全液晶儀表、大屏中控系統(tǒng)、車載信息娛樂系統(tǒng)、抬頭顯示系統(tǒng)、流媒體后視鏡等，核心控制部件是域控制器。座艙域控制器（DCU）通過以太網(wǎng)/MOST/CAN，實現(xiàn)抬頭顯示、儀表盤、導(dǎo)航等部件的融合，不僅具有傳統(tǒng)座艙電子部件，還進(jìn)一步整合智能駕駛 ADAS 系統(tǒng)和車聯(lián)網(wǎng) V2X 系統(tǒng)，從而進(jìn)一步優(yōu)化智能駕駛、車載互聯(lián)、信息娛樂等功能。

智能駕駛輔助系統(tǒng)的構(gòu)成主要包括感知層、決策層和執(zhí)行層三大核心部分。感知層主要傳感器包括車載攝像頭、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)、激光雷達(dá)、智能照明系統(tǒng)等，車輛自身運動信息主要通過車身上的速度傳感器、角度傳感器、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)等部件獲取。而通過座艙域控制器，可以實現(xiàn)“獨立感知”和“交互方式升級”。

一方面，車輛具有“感知”人的能力。智能座艙系統(tǒng)通過獨立感知層，能夠拿到足夠的感知數(shù)據(jù)，例如車內(nèi)視覺（光學(xué)）、語音（聲學(xué)）以及方向盤、剎車踏板、油門踏板、檔位、安全帶等底盤和車身數(shù)據(jù)，利用生物識別技術(shù)（車艙內(nèi)主要是人臉識別、聲音識別），來綜合判斷駕駛員（或其他乘員）的生理狀態(tài)（人像、臉部識別等）和行為狀態(tài)（駕駛行為、聲音、肢體行為），隨后根據(jù)具體場景推送交互請求。

另一方面，車內(nèi)交互方式從僅有“物理按鍵交互”升級至“觸屏交互”、“語音交互”、“手勢交互”并存的狀態(tài)。此外，多模交互技術(shù)通過融合“視覺”、“語音”等模態(tài)的感知數(shù)據(jù)，做到更精準(zhǔn)、更智能、更人性化的交互。

智能駕駛輔助系統(tǒng)構(gòu)成圖

座艙電子域控制器領(lǐng)域，采用偉世通 Smart Core 方案的廠家最多，其次就是 Aptiv的 ICC（Integrated Cockpit Controller）方案。其中偉世通的 Smart Core 旨在集成信息娛樂、儀表板、信息顯示、HUD、ADAS 和網(wǎng)聯(lián)系統(tǒng)。據(jù)偉世通稱，它具有很高的擴(kuò)展性和網(wǎng)絡(luò)安全的程度，可實現(xiàn)獨立的功能域。

而 Aptiv 的集成駕駛艙控制器（Integrated Cockpit Controller，ICC）使用最新的英特爾汽車處理器系列，可支持到四個高清顯示器，可擴(kuò)展，并且可以從入門級覆蓋到高端產(chǎn)品。ICC在圖形（10x）和計算能力（5x）方面提供了實質(zhì)性的改進(jìn)，ICC 使用單芯片中央計算平臺驅(qū)動多個駕駛艙顯示器，包括儀表、HUD 和中央堆棧等。

典型座艙域控制器廠商及其方案和客戶

4.自動駕駛域（輔助駕駛）

應(yīng)用于自動駕駛領(lǐng)域的域控制器能夠使車輛具備多傳感器融合、定位、路徑規(guī)劃、決策控制的能力，通常需要外接多個攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)等設(shè)備，完成的功能包含圖像識別、數(shù)據(jù)處理等。不再需要搭載外設(shè)工控機(jī)、控制板等多種硬件，并需要匹配核心運算力強(qiáng)的處理器，從而提供自動駕駛不同等級的計算能力的支持，核心主要在于芯片的處理能力，最終目標(biāo)是能夠滿足自動駕駛的算力需求，簡化設(shè)備，大大提高系統(tǒng)的集成度。

算法實現(xiàn)上，自動駕駛汽車通過激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、攝像頭、GPS、慣導(dǎo)等車載傳感器來感知周圍環(huán)境，通過傳感器數(shù)據(jù)處理及多傳感器信息融合，以及適當(dāng)?shù)墓ぷ髂Ｐ椭贫ㄏ鄳?yīng)的策略，進(jìn)行決策與規(guī)劃。在規(guī)劃好路徑之后，控制車輛沿著期望的軌跡行駛。域控制器的輸入為各項傳感器的數(shù)據(jù)，所進(jìn)行的算法處理涵蓋了感知、決策、控制三個層面，最終將輸出傳送至執(zhí)行機(jī)構(gòu)，進(jìn)行車輛的橫縱向控制。

由于要完成大量運算，域控制器一般都要匹配一個核心運算力強(qiáng)的處理器，能夠提供自動駕駛不同級別算力的支持，目前業(yè)內(nèi)有 NVIDIA、華為、瑞薩、NXP、TI、Mobileye、賽靈思、地平線等多個方案。但中間也會有一些共性,比如在自動駕駛系統(tǒng)中，算力需求最高的當(dāng)屬圖像識別部分，其次是多傳感器的數(shù)據(jù)處理，以及融合決策。

以奧地利 TTTech 公司的 zFAS（首次在 2018 款奧迪 A8 上應(yīng)用）為例, 這款基于德爾福提供的域控制器設(shè)計的產(chǎn)品，內(nèi)部集成了英偉達(dá) Tegra K1 處理器、Mobileye 的 EyeQ3 芯片，各個部分分處理不同的模塊。Tegra K1 用于做 4 路環(huán)視圖像處理，EyeQ3 負(fù)責(zé)前向識別處理。

在自動駕駛技術(shù)快速發(fā)展背景下，國內(nèi)外越來越多的 Tier1 和供應(yīng)商都開始涉足自動駕駛域控制器。

典型自動駕駛域控制器廠商及相應(yīng)域控制器性能介紹

5.車身域（車身電子）

隨著整車發(fā)展，車身控制器越來越多，為了降低控制器成本，降低整車重量，集成化需要把所有的功能器件，從車頭的部分、車中間的部分和車尾部的部分如后剎車燈、后位置燈、尾門鎖、甚至雙撐桿統(tǒng)一連接到一個總的控制器里面。車身域控制器從分散化的功能組合，逐漸過渡到集成所有車身電子的基礎(chǔ)驅(qū)動、鑰匙功能、車燈、車門、車窗等的大控制器。

車身域控制系統(tǒng)綜合燈光、雨刮洗滌、中控門鎖、車窗控制；PEPS 智能鑰匙、低頻天線、低頻天線驅(qū)動、電子轉(zhuǎn)向柱鎖、IMMO 天線；網(wǎng)關(guān)的 CAN、可擴(kuò)展CANFD 和 FLEXRAY、LIN 網(wǎng)絡(luò)、以太網(wǎng)接口；TPMS 和無線接收模塊等進(jìn)行總體開發(fā)設(shè)計。

車身域控制器能夠集成傳統(tǒng) BCM、PEPS、紋波防夾等功能。從通信角度來看，存在傳統(tǒng)架構(gòu)-混合架構(gòu)-最終的 Vehicle Computer Platform 的演變過程。這里面通信速度的變化，還有帶高功能安全的基礎(chǔ)算力的價格降低是關(guān)鍵，未來在基礎(chǔ)控制器的電子層面兼容不同的功能慢慢有可能實現(xiàn)。

車身域電子系統(tǒng)領(lǐng)域不論是對國外還是國內(nèi)企業(yè)，都尚處于拓荒期或成長初期。國外企業(yè)在如 BCM、PEPS、門窗、座椅控制器等單功能產(chǎn)品上有深厚的技術(shù)積累，同時各大外國企業(yè)的產(chǎn)品線覆蓋面較廣，為他們做系統(tǒng)集成產(chǎn)品奠定了基礎(chǔ)。而大多數(shù)國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品相對低端，且產(chǎn)品線單一，要從整個車身域重新布局和定義系統(tǒng)集成的

編輯：黃飛