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LK分享|功能域架构与区域架构|算力|架构|控制器|硬件|域控制器|执行器

2021-11-04  上下求索___
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在“架构与关系”一文中,笔者介绍了事物之间的五大类关系:概念关系、空间关系、时间关系、行为关系以及因果关系。
功能域架构主要是从行为关系上设计架构,区域架构主要是从空间关系上设计架构。
功能域架构
“功能”的本质就是按照一定的规则执行动作,从而完成特定的任务。完成的任务就是事物的作用,而规则就是事物的工作方式。“任务”是事物行为的结果,而“规则”是确定事物如何行为,由此可知,功能是直接与事物的“行为”相关的。
目前比较普遍的功能域架构设计是将整车功能划分为5大功能域:动力域、底盘域、车身域、智驾域,智舱域。
除以上5大功能域之外,车内通讯、车内外通讯及OTA刷新引擎也是3个不可或缺的功能,它们可以由独立的控制器完成也可以合并到5大类域控制器中。
5大功能域是将整车从功能类别的角度进行横向划分,此外,还可以从每个功能域中不同类型零件完成任务方式的角度,对每个功能域进行纵向分层。
在“SOA在汽车上的应用(1)”一文中,笔者已经介绍过,一般可以从下至上分为:感知执行层、通用控制层和计算层。
在对整车进行功能域划分时,也必须充分考虑每个功能域在感知执行层、通用控制层和计算层所完成任务方式的相似性(也可以说是在行为关系上的相似性),并同步考虑功能安全、信息安全等因素,这样才能使各个功能域的域控制器在成本、功能和性能上达到最优。
在整车厂实际的架构设计中,智驾域和智舱域是最先应用域控制器集中控制的2个功能域。
智驾域控制器需要进行图像处理、多传感器融合计算及人工智能深度学习等,智舱域需要进行图像处理、语音识别,信息娱乐及导航等,因此,这2个域控制器对硬件的算力和性能要求很高,使用集中式域控后能够充分利用高端芯片的硬件性能和资源,降低整体的硬件成本,并提升软件升级的便利性。
动力域、底盘域和车身域相对来说对硬件的算力和性能要求不是特别高,但所连接的传感器和执行器种类和数量多,在传感器和执行器没有硬件接口标准化或者总线化时,一步到位对整个功能域进行集中控制的综合优势并不大,甚至还会增加硬件成本。此外,这3个域中不同功能之间的安全等级差别很大,这也给集成带来了较大的困难。
在整车厂实际的架构设计中,这3个功能域做集中控制的主要目的是对整车层级软件功能的集中化,减少不同控制器之间信号通讯数量,降低功能耦合的复杂性,并提升用户直接感知功能升级的便利性,一般不会将全部功能域内高度嵌入式控制器的硬件集成到域控制器中。
根据实际情况,整车厂在这3个域中的集成度各有不同,有的完全采用分布式,有的只做部分集成。
区域架构
功能域架构在一定程度上解决了传统分布式架构中软硬件依赖度强、嵌入式系统算力不足的问题,并通过引入车载以太网大幅度提高了通讯速率和带宽。此外,软件升级的便利程度(主要对域控制器进行升级)也大幅提升,控制器数量大幅减少也有效降低了变型方案管理的复杂性。
但功能域架构也存在问题。由于软硬件只是在一定程度上解耦,计算层和通用控制层的任务都需要集中到域控制器中,导致域控制器的软硬件设计与特定功能域强相关,且要兼具高性能和高安全性,导致成本居高不下。
此外,不同功能域传感执行层的零件分布在整车的不同区域,导致域控制器连接传感器与执行器的线束成本和重量无法最优化。
区域架构设计正是为了解决以上问题。
首先,引入超高算力的中央计算单元,负责整车所有需要高算力的任务,从而将计算层任务独立出来。中央计算单元硬件标准化,与具体的功能解耦,便于维护和后续不断升级算力。
其次,引入区域控制器,负责通用控制层的任务。区域控制器硬件设计除考虑通用的硬件资源需求,如作为区域网关和区域供电控制外,还要考虑此区域所有功能的特殊硬件资源需求,在此区域内就近连接传感器和执行器。
中央计算单元一般至少2个,1个可以作为冗余备份,部分算力也可以放在云端。区域控制器数量根据具体整车区域划分来确定。中央计算单元和区域控制器,以及区域控制器之间都通过高速车载以太网连接。
区域架构将计算层任务独立出来由中央计算单元处理,从而使中央计算单元的硬件设计与具体功能解耦,从而具备通过持续升级硬件提升算力的能力。
区域控制器负责所在区域的供电控制,网络连接、传感器和执行器连接以及完成通用控制层任务。由于不需要高算力并且可逐渐走向硬件设计标准化,提高装机量,从而可大幅降低软硬件设计成本。此外,区域控制器在区域内就近接线,可大幅降低线束成本和重量。
目前,域控制架构得到了一定的实际应用,区域架构还处于预研阶段。文章来源于汽车电子电气架构 ,作者汽车电子电气架构

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