基于域控技術的電子電氣架構平臺

李小俠　王劍峰　王遠波

【摘? 要】本文設計一種基于域控的新一代電子電氣架構平臺，可深度融合智能網聯新技術，實現集中決策區域化控制，支持整車協同式安全管理，滿足不同細分市場用戶的差異化和智能化需求，實現功能靈活擴展和快速迭代，在成本、網絡、可擴展性等方面最優。

【關鍵詞】商用車；電子電氣架構；域控；平臺

中圖分類號：U463.6? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1003-8639（ 2023 ）08-0037-03

Electronic and Electrical Architecture Platform Based on Domain Control

LI Xiao-xia，WANG Jian-feng，WANG Yuan-bo

（Automotive Engineering R&D Institute，Shaanxi Heavy-duty Automobile Co.，Ltd.，Xi'an 710200，China）

【Abstract】This article designs a new generation electronic and electrical architecture platform based on domain control，which can deeply integrate new intelligent networking technologies，achieve centralized decision-making and regional control，support collaborative safety management of the entire vehicle，meet the differentiated and intelligent needs of users in different market segments，achieve flexible expansion and fast iteration of functions，and achieve optimal cost，network，scalability，and other aspects.

【Key words】commercial vehicle；electronic and electrical architecture；domain control；platform

1? 前言

智能網聯車輛融合了以人工智能、高速網絡、5G通信、互聯網與大數據等為代表的新一代信息技術，將汽車由傳統的運載工具變成智能的移動平臺，技術的融合對汽車硬件、軟件、網絡等提出了更高的要求[1]。目前行業大多數車型采用分布式架構，隨著智能網聯發展，各系統間的交互要求越來越多，實現智能化控制的難度越來越大，不能適應未來的發展需求，主要表現在以下問題[2]。

1）各控制系統獨立決策，缺少系統之間的協調，缺乏對整車功能、性能指標的權衡與全局管控，不能滿足用戶對車輛日益嚴苛的經濟性、動力性、智能駕駛等需求。

2）安全方面僅基于運營場景進行了車輛主被動安全設計，并未從功能安全、信息安全等系統運行安全方面進行全方位的安全管理設計，不能滿足智能網聯背景下用戶對安全的要求。

3）傳統的單系統應用式設計導致各控制系統依賴性太強，無法靈活地滿足不同細分市場用戶的差異化需求。

4）各控制系統的耦合性太強，無法實現軟硬件分離，無法滿足用戶對新功能、新技術快速迭代、快速響應的需求。

傳統的電子電氣解決方案無法滿足未來車輛對通信、安全、智能化等的需求，亟需開發一個全新的電子電氣架構，深度融合智能網聯新技術，實現整車對環保、安全、節能、舒適等要求。基于域控的電子電氣架構平臺深度融合智能網聯新技術，實現集中決策區域化控制，支持整車協同式安全管理，滿足不同細分市場用戶的差異化和智能化需求，實現功能靈活擴展和快速迭代。

2? 整車電子電氣架構

2.1? 定義

整車電子電氣架構是以需求為導向，以功能實現方式為主導的系統性技術解決方案。它定義了包含軟硬件在內的所有車輛電子部件之間的相互關系和它們共同承載的功能邏輯之間的關系，以及為了設計和維護這些電子部件所規定的各種原則。電子電氣架構通過建立電子部件之間的網絡拓撲、電氣拓撲、邏輯拓撲，同時以整車的安全、可靠、成本等方面的因素為原則，實現系統最優方案。

2.2? 發展趨勢

整車電子電氣架構從分布式架構到跨域集中架構、中央集中架構趨勢發展[3]，具體特點見表1。

3? 電子電氣架構平臺開發內容

3.1? 設計思路

域控架構是一種以集中式決策、區域化控制為功能實現方式的電子電氣架構。域控架構的開發通過需求研究、功能開發及零部件設計、網絡開發與驗證、開發驗證等環節，建立電子電氣架構設計開發V流程。總體設計思路如圖1所示。

1）需求研究。建立基于需求的電子電氣開發平臺，實現數據需求管理平臺與開發流程融合，通過細分市場、市場屬性、需求庫、產品4個層面搭建需求研究模型，實現市場研究、需求分析、一致性審查、配置管理、問題反饋等功能，保證結構化數據可追溯、變更可管理。

2）功能開發及零部件設計。采用模型化架構設計方法，通過需求邏輯模型一致性和模型化管理，實現數據交互、設計過程的全數字化，提高架構開發效率。同時，通過對零部件開發過程的管控，保障架構方案的落地。

3）網絡開發與驗證。建立基于V模型的網絡開發與驗證流程，通過整車網絡架構設計、網絡架構仿真測試、整車通信矩陣編制等流程確保網絡開發的合理性和準確性。

4）開發驗證。建立自動化測試流程，驗證覆蓋從架構設計、系統開發到實車運行的每一個環節，保證車輛設計開發階段就能通過測試更早發現功能缺陷問題，實現網絡及域控的自動化測試，提高整車的開發效率。通過基于HIL的虛擬驗證技術，使用虛擬環境來模擬車輛的運行特性以及環境場景，對架構方案驗證、對比和評估，在架構開發實施階段，利用虛擬整車的HIL系統進行半實物半虛擬到完整實物系統的驗證。

3.2? 采用集中式決策方式實現商用車電子電氣架構的區域化控制

域控電子電氣架構分析了整車控制流、信息流以及能量流，采用模型化設計方法，搭建本地感知控制、智能駕駛感知控制、云端感知控制、能量管理的功能邏輯模型，采用集中式決策、區域化控制的方式進行功能實現多方案設計，并開發一套科學的評估算法進行評估，形成包括底盤動力域、智能座艙域、智能駕駛域、網聯協同域及能量管理域在內的商用車電子電氣域控架構方案，實現車輛控制流、信息流、能量流的融合，整體方案在成本、網絡、可擴展性等方面最優。該架構在考慮整車底盤動力、智能座艙等整車基礎架構的基礎上，兼容各種能源形式和高級別自動駕駛，同時采用以太網網關進行車內和車外的信息隔離，實現車與X（車、人、路、后臺）等的信息交互，滿足車輛安全、舒適、節能、高效行駛。該域控電子電氣架構能夠滿足商用車整車協同式安全管理、車載網絡功能靈活擴展、系統功能快速迭代。功能設計方案如圖2所示。

1）基于整車協同式安全控制技術實現商用車安全管理。通過對車輛網聯化、智能化、電動化和共享化安全風險研究，識別出車輛安全風險點，實現車輛的協同式安全管理。通過功能安全、冗余安全、最小系統等技術搭建功能安全體系，形成電子電器系統運行安全保障。采用通信加密、身份認證、入侵防御檢測等技術，降低信息泄露和車輛非法控制風險。通過智能預警、縱向與側向控制、智能監控、防盜與認證等主被動技術，提升車輛運營安全。整車協同式安全管理如圖3所示。

2）基于網絡柔性化配置技術實現商用車網絡功能靈活擴展。隨著車輛智能網聯功能的不斷擴展，汽車電控單元的不斷增加，對車載網絡的傳輸帶寬能力和可擴展性的要求不斷提升，傳統CAN網絡已無法滿足這些新需求。為保障該架構的功能實現，網絡設計以柔性、高速、互聯為理念，采用百兆車載以太網為骨干構建車載網絡，通過LET-V＼DSRC為主構建車輛與外部通信，采用中央網關為數據樞紐對整車數據進行管理，通過網絡柔性化相關技術開發實現系統功能擴展，構建一個高效、安全車載網絡平臺，實現整車內部以及車輛與外部間信息交互。柔性化網絡設計如圖4所示。

3）通過對軟硬件的分層模塊化設計實現系統功能快速迭代。域控的電子電氣架構以計算集中化、軟硬件解耦、平臺標準化、功能定制化為汽車控制系統的設計理念，形成中央計算-層-區的實時高性能計算平臺，構建服務導向的系統架構。其中，軟件架構（圖5）根據相應功能域重新分類集成，以提供服務為導向，在每種硬件上運行不同操作系統，建立軟硬件的分層模塊化設計，將軟件系統從分散的控制器中剝離出來并重新集成在相應的域控制器中。硬件架構（圖6）設計高性能的硬件平臺，具備CAN、Flexray、Ethernet、LVDS、CSI等通信接口，使用RTOS，實現高性能計算。通過軟硬件解耦，設計標準的分層模塊化軟件架構，提升硬件系統擴展性、靈活性，設計平臺化的軟硬件系統方案，實現控制系統的快速迭代。

4? 總結

基于域控的新一代電子電氣架構從功能、安全、網絡和控制技術層面展開開發，形成了包括底盤動力域、智能座艙域、智能駕駛域、網聯協同域及能量管理域在內的商用車電子電氣域控架構方案，實現車輛控制流、信息流、能量流的融合，整體方案在成本、網絡、可擴展性等方面最優。

1）安全層面：建立協同式安全控制技術實現商用車的功能安全、信息安全和主被動安全的安全體系。

2）網絡層面：構建一個高效、安全車載網絡平臺，可實現整車內部以及車輛與外部間信息安全交互。其主要是通過關鍵技術的應用（包括高速車載網絡技術、V2X通信技術、遠程OTA、中央網關），實現網絡管理、信息安全、流量控制、信息共享、協議翻譯以及數據加密等功能，使整車構建實時、安全、高速的車載通信系統。

3）軟硬件技術方面：以計算集中化、軟硬件解耦、平臺標準化、功能定制化為汽車控制系統的設計理念，形成能夠快速迭代的軟硬件平臺。

參考文獻：

[1] 王卿海，錢嚴. 整車電子電氣架構發展思路剖析[J]. 汽車實用技術，2021，46（16）：198-209.

[2] 賈文偉，徐匡一，王海波，等. 智能汽車電子架構分析與研究[J]. 時代汽車，2020（4）：43-46.

[3] 劉佳熙，丁鋒. 面向未來汽車電子電氣架構的域控制器平臺[J]. 汽車電子，2019（9）：82-87.

（編輯? 凌? 波）