浅析-商用车的域控制器开发

当前国内主流商用车大多根据功能需要采用独立的控制器来负责信号采集、逻辑处理、指令输出等任务，每增加一项功能，就配套增加一个相应的控制器，车辆上控制器的数量可以代表电子功能的多寡。目前功能域内具体的功能是随着客户需求和法规约束不断演化的，从功能域到域控制器，体现研发能力和设计思路，本文在分析商用车特点的基础上，总结了域控制器技术在车辆制造使用中的优缺点，提出了商用车电子电气中应用域控制器设计方案，供广大从业人员借鉴参考。

据相关数据统计显示，目前中国市场民用载货商用车保有量达到2400余万辆、公路货运总量达到370多亿吨， 是物流运输的主力军，对经济快速增长贡献巨大。随着我国经济加速转型，商用车制造也从传统的机械化向智能化发展。在未来商用车的制造使用中，高科技电子、大数据计算、人工智能指挥将成为核心“三要素”，构成车辆驾乘便利性、稳定性和安全性的基础。域控制器技术能够对电子控制单元、数据计算处理、网联通讯交互等高效整合，精简布局、提高功效，在车辆运行中发挥出“大脑”的指挥作用。

商用车主要从事客运、物流、生产等作业，在发动机马力、载重量、油耗数等指标上，数值远高于普通乘用车，其表现出四大特点：一是电子电气化程度低。从经济学的角度讲，商用车是生产工具，为保证利润最大化，必须尽可能压低成本，因此，在设计时主要保证机械性能，电子功能模块主要应用在动力系统和车身控制部分，电动化能力整体较低。据统计，与普通家用轿车相比，商用车的电子控制单元、通信线路平均减少40%；二是客户定制化多。针对客户细分行业聚焦需求分析与思考，通过细化动力、承载和里程等因素，提出工业品运输、快递物流运输、

城市环卫、煤炭运输等专用类产品，根据运输区域，提出南方版、北方寒区版，根据安全效率提出安全之星、全勤王；三是运行工况复杂。普通家用轿车绝大多数时间行驶在高等级公路上，运行环境比较单一。与之相比，商用车要适应郊外石子路、乡间水泥路甚至野外泥泞路等路况，行驶环境恶劣，导致车辆行驶耗损尤其是发动机、轮胎、制动的磨损比较大；四是驾驶人员综合技能不均衡。驾驶技能主要依赖责任心、警惕性和操作经验，缺乏科学培训和管理，尤其是处置突发情况能力不足，致使交通安全事故发生概率比较高。据某地交警部门统计资料，该区域每年发生的交通事故，系商用车驾驶员负全责的事故平均占比高达38.4%。

2.1   域控制器的概念

目前对域控制器概念有两种理解：一是特定功能域内高度嵌入式控制器的集成；二是特定功能域内整车层级软件功能的集中化。

2.2   域控制器的原理

“域”就是将汽车电子系统根据功能划分为若干个功能块，每个功能块内部的系统架构由域控制器为主导搭建。域内部的各个系统使用通信总线相互联通，不同域之间由以太网为主干网络承担信息交换。

2.3   域控制器的功能

能够将汽车电子电气各单元功能整合成多个领域，并利用处理能力强大的多核CPU/GPU芯片，将原本归属于各电子控制单元的功能相对集中到控制域内，从而取代传统的分布式架构，实现集中化管理。

2.4   域控制器应用在商用车上的优点

由于传统设计理念和零部件供应模式等因素的制约，汽车电子电气系统存在结构复杂、维护升级困难、电子部件冗余等问题。域控制器在车辆上运用，有效地缓解这一难点，在提高经济效益的基础上确保了安全。该技术归纳起来共有四大优点：

一是精简电子系统布局。现役车辆电子系统搭载的电子控制单元平均为25个（高端车辆甚至超过100个）、通信总线长达6km，总重量超过70kg，并占据了大量的空间。域控制器技术的运用，使电子系统布局大为精简，节省出大量空间，有效提高装配效率。据分析国内商用车生产厂家资料，采用域控制器，每辆车电子电气系统搭载的电子控制单元平均为16个、通信总线长3.7km，总重量不到44kg，与传统电子系统布局相比，精简了近40%；

二是提高智能化水平。域控制器使用的多核CPU/GPU芯片，其运算、储存能力非常强大，为诸多智能化功能的实现奠定物质基础。如使用座舱域控制器，可以将原有7-8块显示屏的庞杂信息，选择重要关键的汇集到1块屏上，便于驾驶员第一时间掌握车辆动态；同时，座舱域控制器还可以与抬头显示屏、空调控制、后视镜、人机交互等模块联接，确保驾驶员清楚车辆行驶中的内部状态；又比如域控制器对收集到的信息进行选择处理，将核心信息通过网络发送给厂家数据库，就针对车辆状态及时提出养护和保险建议；

三是降低车辆生产成本。域控制器的使用，可以大幅减少电子控制单元的数量、缩短通信总线长度、降低电子系统重量，从而降低车辆制造成本。据国内某汽车制造厂统计，与传统电子系统布局的商用车相比，采用域控制器技术的商用车，生产成本平均下降3.1个百分点，市场销售率增长2.6倍；

四是提升安全防护性能。受车辆用途的影响，商用车行驶频率高、距离长，尤其是发动机、底盘、轴承等关键部分，磨损面积大、功能失效快、保养难度高，因此发生交通安全事故的概率居高不下。采用域控制器技术，可以第一时间采集诸如发动机运行状态、机械部件磨损情况、电子系统软硬件错误报告等信息，方便售后维修中心同步读取并制定排故方案，尽快对车辆进行针对性维修，有效降低交通事故发生率。据随机调研20名商用车驾驶员，使用域控制器技术后，车辆行驶故障率平均下降了4个百分点、出勤时间平均延长17%。总的说来，在商用车上运用域控制器技术，大幅提升了使用性价比，有非常广阔的市场前景。

目前，业界一般将汽车电子电气系统划分为五个功能域，分别是动力总成域、底盘域、车身域、信息娱乐域和辅助/自动驾驶域。因此，上述5要素再加上以太网通讯、无线通讯2个要素，一共七大要素，电子电气架构设计都围绕这七大要素组织。下面，推荐三种方案供参考借鉴。

3.1   基于功能域的分布式方案

（1）方案原理。域控制器可分为性能型域控制器和集成型控制器两类。性能型域控制器具有硬件加速器以支持高性能计算。信息娱乐域和辅助/自动驾驶域属于性能型域控制器。集成型域控制器提供通用的计算和通讯资源，以及标准化的软件创新平台，动力总成域、底盘域、车身域属于集成型域控制器。

（2）方案设计。为每个功能域设置一个域控制器，域控制器之间通过以太网关进行联接。功能域内的车辆层级功能和域内顶层协调控制功能集中起来，优先在辅助/自动驾驶采用域控制器。

（3）方案缺点，会由于增加域控制器导致成本相应提高。

3.2   域融合集中化方案

（1）方案原理。域融合集中化，就是将两个或多个集成型控制器整合成一个。通过不断整合，在精简布局的同时使功能愈加复合、强大。

（2）方案设计。先是将动力总成域与底盘域融合为车辆运动域控制器。由于动力总成域和底盘域的功能安全和信息安全级别要求相似，通过域控制器的协调控制实现两个域的协同，合并为一个域控制器；其次将运动域控制器与网关融合，并在硬件虚拟化技术的支持下，与车身域再度整合，成为车辆层级的集成型域控制器（既车辆计算机），具备中央核心控制能力；最后辅助/自动驾驶域、信息娱乐域再整合进集成型域控制器，完善核心控制能力。

（3）方案优点。该方案的优点是使车辆电子电气系统功能集中，同时将系统原材料成本严格控制在一个既定范围内。（见图1）

图1 域融合集中化

3.3   基于区域控制器和中央计算机的集中化方案

（1）方案原理。区域控制器不以功能为导向划分控制器边界，而是以车辆待定物理区域为导向定义控制器。

（2）方案设计。采用以功能为导向的高度嵌入式控制器设计，多数嵌入式控制器继续作为执行器、传感器控制器的存在与电子电气架构中，其接口将被标准化以实现较好的硬件抽象。将区域内功能型控制器集成入区域控制器，完成集中化以提高效率。

（3）方案优点。通过减少控制器、线束的数量，降低了生产成本。（见图2）

图2 区域控制器和中央计算机