详述汽车区域架构优势

不妨将一辆乘用车想象为多个电子控制单元(ECU)的集合，它们分布在汽车的各个位置并使用不同网络相互通信。为实现车联网(V2X)、自动驾驶和汽车电气化而添加更多先进的汽车电子产品时，ECU数量和交换数据量也都会增加。

此外，ECU数量的增加还促进了网络类型的多样化，包括本地互联网络(LIN)、控制器局域网(CAN)以及诸如平板显示器链路(FPD-Link)、PCI Express(PCIe)和以太网等高速网络。

在域架构中，ECU可根据功能不同分为不同的域。但区域架构是一种按照ECU在汽车内的实际位置分类的新方法，并利用中央网关来管理通信。这种物理接近性可减少ECU之间的布线，从而节省空间并降低汽车重量，同时还能提高处理器速度。

域架构简介

为了更好地了解域架构，可以首先了解根据功能将ECU分成的五个域，如表1所示。

 

域	ECU功能
动力总成域	管理汽车的驾驶功能，包括电机控制和电池管理、发动机控制、变速器和转向控制
高级驾驶辅助系统域	处理传感器信息并决定是否为驾驶员提供辅助，包括摄像头模块、雷达模块、超声波模块和传感器融合
信息娱乐系统域	管理车内娱乐并实现车辆和外部世界之间的信息交换，包括音响主机、数字驾驶舱和远程信息处理控制模块
车身电子装置和照明域	管理汽车内的舒适、便利和照明功能，包括车身控制模块、车门模块和前照灯控制模块
被动安全域	控制与安全相关的功能，例如安全气囊控制模块、制动控制模块和底盘控制模块

 

表1：ECU通常分为五个域

ECU通过其自身域内部的特定和相关网络进行通信和交换数据，同时还与域外的ECU通信。由于不同域采用不同的网络，因此需使用网关作为通信桥梁。

图1显示了一辆采用基于域的网络架构的汽车。在此图中，有一个中央网关模块连接到汽车内的不同域。每个域可执行多种功能。域控制器（例如动力总成）包含网关功能。此域网关在相关域的ECU之间以及该域与车辆其余部分之间支持数据通信。

域控制器还包含ECU，通常由多个ECU集成实现功能，帮助更大程度降低系统成本。TI的Jacinto™ 7处理器集成了Arm® Cortex® A-72内核来进行原始数据处理，集成了Arm Cortex R-5F进行实时控制，还集成了千兆位时间敏感网络(TSN)和以太网交换机用于高速联网。

 

 

图1：域架构

区域架构简介

如果把汽车比作房间，把ECU比作聚集在该房间内要讨论不同话题的人，那么域架构的作用就相当于对这些人进行混乱分组，让房间内这些人在各自的讨论组中激烈讨论。

区域架构根据ECU在汽车内的位置进行组织，并增加了一个车辆计算模块。该车辆计算模块是一个具有高处理能力的计算机，用于执行各种函数的所有计算。此架构还可以包含一个管理网络流量的网关模块。

图2展示了汽车不同区域的区域模块和相关的区域卫星模块，以及中央网关和车辆计算模块。TI的汽车用Jacinto DRA82x处理器针对网关系统量身定制，并具备在车辆内安全传输数据的功能。DRA82x处理器系列包括集成了PCIe交换机和千兆位TSN以太网交换机的器件，可用于计算平台、中央网关和区域模块。

可以使用CAN等低带宽网络在不同的区域模块和中央网关/计算模块之间进行通信。不过，以太网或PCIe等高速网络也是不错的选择，因为它们在汽车工作温度内具有高可靠性，可以平稳运行。 

图2：区域架构

区域架构的电源优势

工程师还通过这种ECU重组来优化电源架构，特别是重新设计智能接线盒（也称为配电模块）后，可为车辆内的不同负载和ECU配电。配电盒在某种程度上特定于汽车型号，每个配电盒可为一组特定负载配电。

由于大多数配电盒设计均使用继电器和保险丝，因此，如果需要更换保险丝，要求能够轻松接触到配电盒。在区域架构中，配电盒会经过适当布置，使每个区域都有自己的配电单元为其模块供电。

图3显示了区域架构中的配电理念，您可以看到其中每个区域都集成了配电模块和管理网络流量和局部区域卫星的区域模块。

图3：区域架构中的配电模块

另一个优势是，整个车辆的配电模块可以采用相似的设计。使用半导体解决方案（例如智能高侧开关）而不是机械式继电器和保险丝，可以实现更灵敏的配电模块设计，使模块更靠近负载，从而在需要更换时更便于触及。 

量身定制网关处理器为区域架构奠定基础

结束语

随着ECU数量的不断增加，汽车网络已经发展成了一种根据ECU执行功能对ECU分组的域架构，但这提高了网络复杂性。汽车设计人员目前正在考虑使用基于区域的架构，这种架构的优势在于其使用车辆计算模块来控制车辆的功能。

利用这种全新的网络架构，您可以优化车辆电源架构，特别是在每个区域安装局部配电模块以及用于管理网络流量和区域卫星模块的区域模块。新型区域架构最终会实现线束电缆轻量化，从而提高内燃机车辆的燃油效率，并提高电池供电型电动车辆的行驶里程。