整車域控制器的經典五域詳解

講到這個問題先講講，什么是域控制器。域控制器的概念是伴隨著整車電子電器架構的發展演變而來的。由于整車電子電器的日益復雜，傳統的分布式架構已經無法滿足日益增長的計算需求，也導致冗長的線束。

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

目前市面上大多數車型的架構方案都位于模塊化和集成化架構方案，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整車架構設計的思維，搭載車載電腦，直接跨入車載電腦和區域導向架構。

電子電氣(EEA)架構技術戰略圖

核心：以博世經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。

01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 實現變速器管理、引擎管理、電池監控、交流發電機調節。其優勢在于為多種動力系統單元（內燃機、電動機發電機、電池、變速箱）計算和分配扭矩、通過預判駕駛策略實現 CO2 減排、通信網關等，主要用于動力總成的優化與控制，同時兼具電氣智能故障診斷、智能節電、總線通信等功能。

未來主流的系統設計方案如下：

以 Aurix 2G（387/397）為核心的智能動力域控制器軟硬件平臺，對動力域內子控制器進行功能整合，集成 ECU 的基本功能，集成面向動力域協同優化的 VCU，Inverter，TCU，BMS 和 DCDC 等高級的域層次算法。

以 ASIL-C 安全等級為目標，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 發展，需要支持 Adapative Autosar 環境，主頻需要提高到 2G，支持 Linux 系統，目前支持 POSIX 標準接口的操作系統。

02底盤域（車輛運動）

底盤域是與汽車行駛相關，由傳動系統、行駛系統、轉向系統和制動系統共同構成。傳動系統負責把發動機的動力傳給驅動輪，可以分為機械式、液力式和電力式等，其中機械式傳動系統主要由離合器、變速器、萬向傳動裝置和驅動橋組成、液力式傳動系統主要由液力變矩器、自動變速器、萬向傳動裝置和驅動橋組成；行駛系統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；轉向系統保證汽車能按駕駛員的意愿進行直線或轉向行駛；制動系統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，對汽車進行一定程度的強制制動，其功用是減速停車、駐車制動。

智能化推動線控底盤發展。隨著汽車智能化發展，智能汽車的感知識別、決策規劃、控制執行三個核心系統中，與汽車零部件行業最貼近的是控制執行端，也就是驅動控制、轉向控制、制動控制等，需要對傳統汽車的底盤進行線控改造以適用于自動駕駛。線控底盤主要有五大系統，分別為線控轉向、線控制動、線控換擋、線控油門、線控懸掛，線控轉向和線控制動是面向自動駕駛執行端方向最核心的產品，其中又以制動技術難度更高。

（1）線控制動是未來汽車制動系統的發展趨勢

汽車制動系統經歷了從機械到液壓再到電子（ABS/ESC）的發展過程，未來將向線控制動方向發展。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://www.qd573.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的響應時間非常關鍵，而線控制動執行信息由電信號傳遞，響應相對更快，剎車距離更短，是未來汽車智能化的長期趨勢。

線控制動系統可以分為液壓式線控制動 EHB、機械式線控制動 EMB 兩種類型。EHB 系統由于具有備用制動系統，安全性較高，因此接受度更高，是目前主要推廣量產的方案。由于缺少備用制動系統且缺少技術支持，短期內很難大批量應用，是未來發展的方向。

EHB 系統與 EMB 系統比較

線控制動是汽車技術門檻較高的領域，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。EHB 國外廠商技術發展已經比較成熟，但嚴格意義講還不適應于 L4 自動駕駛，國內此項技術在努力追趕；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，也有可能失效，且 ESP 在設計之初只是為 AEB 類緊急制動場景設計的，不能做常規制動，所以博世在第二代 iBooster 推出后，著手針對 L3 和 L4 設計了一套線控制動系統，這就是 IPB+RBU。

線控制動系統主要供應商、產品與客戶情況

（2）智能化的發展催促線控轉向的產生

轉向系統從最初的機械式轉向系統（MS）發展為液壓助力轉向系統（簡稱 HPS），之后是電控液壓助力轉向系統（EHPS）和電動助力轉向系統（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，對于轉向系統控制精確度、可靠性要求更高高，催促線控轉向（Steering By Wire, SBW）的產生。

線控轉向（SBW）系統是指，在駕駛員輸入接口（方向盤）和執行機構（轉向輪）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械連接。線控轉向系統是通過給助力電機發送電信號指令，從而實現對轉向系統進行控制。SBW（steering by wire）的發展與 EPS 一脈相承，其系統相對于 EPS 需要有冗余功能。

目前 SBW 系統有兩種方式：1）取消方向盤與轉向執行機構的機械連接，通過多個電機和控制器來增加系統的冗余度；2）在方向盤與轉向執行機構之間增加一個電磁離合器作為失效備份，來增加系統的冗余度。

EPS與SBW系統結構

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 領域；美國廠家則是 tier 1廠家，橫向擴展到 EPS 領域；歐洲廠家類似美國廠家，但是在上游的精密機械加工領域遠比美國要強。相比之下國內企業主要有三家，包括株洲易力達、湖北恒隆和浙江世寶，但是規模都比較小，技術較落后。

電助動力系統（EPS）主要供應商及客戶

線控轉向系統（SBW）由于技術、資本、安全等各方面的要求高，技術基本掌握在海外的零部件巨頭手中，進入壁壘非常高。目前聯創電子、浙江萬達等國內企業開始涉足 SBW 領域，國內企業未來有望開拓 SBW 新業務。

線控轉向系統（SBW）主要供應商及產品現狀

03座艙域/智能信息域（娛樂信息）

傳統座艙域是由幾個分散子系統或單獨模塊組成，這種架構無法支持多屏聯動、多屏駕駛等復雜電子座艙功能，因此催生出座艙域控制器這種域集中式的計算平臺。智能座艙的構成主要包括全液晶儀表、大屏中控系統、車載信息娛樂系統、抬頭顯示系統、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/MOST/CAN，實現抬頭顯示、儀表盤、導航等部件的融合，不僅具有傳統座艙電子部件，還進一步整合智能駕駛 ADAS 系統和車聯網 V2X 系統，從而進一步優化智能駕駛、車載互聯、信息娛樂等功能。

智能駕駛輔助系統的構成主要包括感知層、決策層和執行層三大核心部分。感知層主要傳感器包括車載攝像頭、毫米波雷達、超聲波雷達、激光雷達、智能照明系統等，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、慣性導航系統等部件獲取。而通過座艙域控制器，可以實現“獨立感知”和“交互方式升級”。

一方面，車輛具有“感知”人的能力。智能座艙系統通過獨立感知層，能夠拿到足夠的感知數據，例如車內視覺（光學）、語音（聲學）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據，利用生物識別技術（車艙內主要是人臉識別、聲音識別），來綜合判斷駕駛員（或其他乘員）的生理狀態（人像、臉部識別等）和行為狀態（駕駛行為、聲音、肢體行為），隨后根據具體場景推送交互請求。

另一方面，車內交互方式從僅有“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。此外，多模交互技術通過融合“視覺”、“語音”等模態的感知數據，做到更精準、更智能、更人性化的交互。

智能駕駛輔助系統構成圖

座艙電子域控制器領域，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 和網聯系統。據偉世通稱，它具有很高的擴展性和網絡安全的程度，可實現獨立的功能域。

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，可擴展，并且可以從入門級覆蓋到高端產品。ICC在圖形（10x）和計算能力（5x）方面提供了實質性的改進，ICC 使用單芯片中央計算平臺驅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

04自動駕駛域（輔助駕駛）

應用于自動駕駛領域的域控制器能夠使車輛具備多傳感器融合、定位、路徑規劃、決策控制的能力，通常需要外接多個攝像頭、毫米波雷達、激光雷達等設備，完成的功能包含圖像識別、數據處理等。不再需要搭載外設工控機、控制板等多種硬件，并需要匹配核心運算力強的處理器，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，最終目標是能夠滿足自動駕駛的算力需求，簡化設備，大大提高系統的集成度。

算法實現上，自動駕駛汽車通過激光雷達、毫米波雷達、攝像頭、GPS、慣導等車載傳感器來感知周圍環境，通過傳感器數據處理及多傳感器信息融合，以及適當的工作模型制定相應的策略，進行決策與規劃。在規劃好路徑之后，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據，所進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行機構，進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的處理器，能夠提供自動駕駛不同級別算力的支持，目前業內有 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中，算力需求最高的當屬圖像識別部分，其次是多傳感器的數據處理，以及融合決策。

以奧地利 TTTech 公司的 zFAS（首次在 2018 款奧迪 A8 上應用）為例, 這款基于德爾福提供的域控制器設計的產品，內部集成了英偉達 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 路環視圖像處理，EyeQ3 負責前向識別處理。

在自動駕駛技術快速發展背景下，國內外越來越多的 Tier1 和供應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域控制器性能介紹

05車身域（車身電子）

隨著整車發展，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驅動、鑰匙功能、車燈、車門、車窗等的大控制器。

車身域控制系統綜合燈光、雨刮洗滌、中控門鎖、車窗控制；PEPS 智能鑰匙、低頻天線、低頻天線驅動、電子轉向柱鎖、IMMO 天線；網關的 CAN、可擴展CANFD 和 FLEXRAY、LIN 網絡、以太網接口；TPMS 和無線接收模塊等進行總體開發設計。

車身域控制器能夠集成傳統 BCM、PEPS、紋波防夾等功能。從通信角度來看，存在傳統架構-混合架構-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算力的價格降低是關鍵，未來在基礎控制器的電子層面兼容不同的功能慢慢有可能實現。

車身域電子系統領域不論是對國外還是國內企業，都尚處于拓荒期或成長初期。國外企業在如 BCM、PEPS、門窗、座椅控制器等單功能產品上有深厚的技術積累，同時各大外國企業的產品線覆蓋面較廣，為他們做系統集成產品奠定了基礎。而大多數國內企業生產的產品相對低端，且產品線單一，要從整個車身域重新布局和定義系統集成的產品就會有相當的難度。

審核編輯：湯梓紅