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产品接连量产上车,域控制器究竟是什么神仙技术?

时间:2021-08-19 15:40:23来源:

导语:​导读:以智能座舱域控制器为例,进入智能座舱时代,运算处理复杂度呈指数级增加。

  在汽车行业,域控制器(DCU)悄悄火了起来。

  有数据显示,最近一年域控制器相关职位的招聘热度甚至已经超过三电,与ADAS接近。盖世汽车在招聘平台搜索发现,不管是车企,还是汽车零部件公司,亦或是近来才正式启动造车的科技公司都在大肆招聘域控制器相关人员,且薪资水平较高。

  事实上,早在此之前,以上多方便已投身域控制器研发大潮,且已有不少产品成功量产“上车”,例如小鹏汽车P7已应用德赛西威IPU03自动驾驶域控制器,后续其他车型也将配套,今年7月上市的吉利星越L亦采用了域控制器,还声称具备全域FOTA能力……域控制器新车渗透率正快速提升。

  域控制器到底是什么?

  多方密集布局,渗透率快速提升,域控制器究竟是何方神圣?都有哪些神仙技能?

  在说明这一问题之前,我们有必要先来看看,在域控制器“上阵”之前,相关系统或部件是如何运作的。

  域控制器的前身是ECU(Electronic Control Unit),也就是电子控制器单元,又称为汽车的“行车电脑”,它们的用途是控制汽车的行驶状态以及实现其各种功能。

  在目前大部分传统汽车采用的分布式E/E(电子电气)架构中,ECU在汽车发动机、变速箱、安全气囊等各底层执行零部件中广泛应用,承担决策功能。而在这样的架构下,要实现智能化功能的升级,就需要增加ECU的数量。

  正因如此,近年来随着汽车加速智能化,汽车中的ECU数量激增。据了解,从1993年到2010年,奥迪A8车型上使用的ECU数量从5个骤增至100余个,奥迪A8L装配的ECU数量在2013年也已超过100个。

  而随着智能化升级的加速尤其是自动驾驶的发展,一味增加ECU数量已并非良策。

  由于不同ECU来自不同供应商,无论是汽车功能的开发还是后期的维护升级,车企均需要和这些供应商分别沟通协作,过程繁琐,汽车开发周期也因此拉长,人力物力成本随之增长。

  不仅如此,ECU数量的不断增加,提高了电源和数据分配的布线难度,导致越来越难进行自动化生产,而要更多依赖人工,当前人工成本上涨,如此一来自然不划算。另外,各个ECU的运算能力不一,都需要自己的冗余设计,这也大幅提高了车企的成本。

  此外,由于多数情况下,车辆的智能化升级不仅仅需要单个ECU算力的大幅提升,还要求各个ECU之间可以进行高效的信息数据交换,且要留有足够的算力冗余,以便应对各类突发情况,保障驾驶安全。

  而在分布式架构下,各个ECU之间多通过LIN/CAN等总线相连,传输速度本身有限,难以满足智能汽车内部信息高效流转的需求。

  从另一个维度来看,这也使得众多ECU之间难以进行快速协同升级,也即让整车持续的OTA升级变得难以实施。而要知道,为了降低成本和改善用户体验,OTA已成为智能汽车时代的一项基本技能。

  总而言之,原来的技术已经不够用了,有着新技能的域控制器因此上阵。

  域控制器产生于传统分布式E/E架构集中化的过程之中,相当于原本相互孤立的ECU相互融合,分组集中控制。借由域控制器,可实现全车100余ECU到少数几个DCU的变化,控制功能迅速集中,前文所说的成本、安全或是升级问题也迎刃而解。

  域控制器可以用更少的器件完成更多的功能,有利于降低成本。据了解,在一项针对某家整车制造商的研究中,安波福发现,使用区域控制器可以整合9个ECU,并少用数百根单独电线,这显然降低了相关成本。不仅如此,车辆的重量也因此减少了8.5千克,这既有助于减少二氧化碳的排放,还可以延长电动汽车的续驶里程。

  另外,相较于传统的分布式ECU,域控制器具备的算力可扩展、更灵活的整车OTA以及软件比重的加大,使得汽车制造商有能力为用户提供不断迭代升级的功能体验。也就是说,车企可以在不增加ECU的情况下,仅仅通过芯片算力和软件算法就可以实现汽车功能的升级。

  更为关键的是,域控制器打破了传统感知+算法+ECU的捆绑开发模式,由于多种传感器的感知数据处理可以实现在域控制器计算平台的数据融合,这意味着,车辆能够及时做出更安全的决策。

  域控制器都有哪些门类?

  如今,市面上的域控制器产品越来越多,而产品品类不尽相同。尽管行业对域控制器尚没有统一的分类标准,但从目前来看,域控制器主要有两种分类方式。

  一种是按区域划分,具体可分为前区域控制器、左区域控制器、右区域控制器等,由于集中度较高、难度较大等原因,目前仅有特斯拉、安波福等少数企业采用这样的分类方式,且不同企业在区域控制器的具体划分上也有所不同。

  开源证券资料显示,在特斯拉Model3的架构中,配置有一个中央计算模块及三个区域控制器,这三个区域控制器分别为前车身控制模块、左车身控制模块和右车身控制模块。

  其中,左右车身控制模块把部分基础功能按区域进行对称划分,两者分别负责各自区域内的内外部灯光、门锁、车窗、驻车卡钳等等。而相对于左车身控制器,右车身控制模块还具有热管理和自动泊车辅助系统两个独有的功能。

  前车身控制模块则主要负责为整车中各个控制器进行电源分配,可以实时监测各个ECU用电情况,及时切断部分处于静态但功耗高的ECU供电。此外,前车身控制模块还包括车前大灯、雨刮器等功能。

  安波福的SVA智能汽车架构则由一个中央计算集群和多个区域控制器构成。据悉这可以很好解决车内控制器过于繁琐的问题,它能将车辆所有的计算整合到区域控制器中。同时,留出足够的接口,以便后期使用中对汽车进行软件更新,添加新功能。

  该公司表示,在先进的车辆电源和数据分配架构中,区域控制器是关键所在,而区域控制器的数量可以根据车辆的需求和复杂性进行调整。

  相较于这一分类方式,按照功能划分的方式大家可能更为熟悉,目前多数车企或是零部件企业都采用这一方式。从目前来看,主要分类有动力域控制器、底盘域控制器、车身域控制器、座舱域控制器、自动驾驶域控制器,不同企业间略有差异。

  其中动力域控制器,顾名思义,主要集合的是动力总成相关功能,主要负责动力总成的优化与控制。当然动力域控制器不仅仅存在于传统燃油车中,在新能源汽车中,随着电驱和电控系统向集成化发展,动力域控制器也越来越多地应用。

  底盘域控制器,则主要负责具体的汽车行驶控制,需要对包括助力转向系统、车身稳定系统、电动刹车助力器、安全气囊控制系统等在内的系统进行统一的控制。据悉,华为推出的CCA电子电气架构中,就由底盘域控制器综合控制驱动、制动及转向。

  座舱域控制器,负责的是汽车座舱电子系统功能,可融合传统的车载信息系统(仪表)和车载娱乐系统(IVI)等功能,同时集成驾驶员监控系统、360环视系统、AR HUD、行车记录仪和空调控制器等功能。

  车身域控制器,主要负责车身功能的整体控制。从目前的趋势来看,由于车身域控制器涉及安全等级较低,随着汽车电子电气架构的进一步集中化,有望率先实现与智能座舱域的融合。

  自动驾驶域控制器,则具备多传感器融合、定位、路径规划、决策控制、无线通讯、高速通讯的能力,通常需要外接多个摄像头、毫米波雷达、激光雷达等设备,完成的功能包含图像识别、数据处理等。由于要完成大量运算,域控制器一般都要匹配一个核心运算力强的处理器,能够提供自动驾驶不同级别算力的支持。据悉,德赛西威IPU03的Xavier算力高达每秒30万亿次(30TOPS),可实时处理来自车辆雷达、摄像头、激光雷达和超声波系统的海量数据,运行感知、定位、规划和控制等算法。

  域控制器都由哪些关键部分构成?

  不管是以上哪一类型,域控制器显然都“压力山大”,毕竟将众多智能化功能控制的工作都揽到了自己身上,实力当然要跟上,而这并不简单。

  从域控制器的构成来看,要做到这一点,需要主控芯片、软件操作系统及中间件、应用算法等多层次软硬件的有机结合,尤其是主控芯片,作为域控制器的核心部件,将面临更高的要求。

  以智能座舱域控制器为例,进入智能座舱时代,运算处理复杂度呈指数级增加。不仅如此,整车厂往往在前期便需要预埋高性能硬件,因为只有这样,后续才能逐步释放预埋硬件的利用率,通过芯片算法和软件算力实现不断迭代持续更新。

  基于此,传统的功能芯片将不再适用,必须选择集成了中央处理器(CPU)、AI处理单元、图像处理单元(GPU)、深度学习加速单元(NPU)等多个模块的系统级SoC芯片。随着各个主机厂越来越倾向于采用硬件预埋的方式进行智能化竞赛,采用单个更高算力SoC芯片或多个SoC芯片成为主流趋势。博世智能座舱域控制器技术,就将仪表和娱乐域多个ECU集成在一个SoC(片上系统)上。

  据悉,智能座舱传统芯片厂商如恩智浦、德州仪器、瑞萨,消费芯片厂商如英伟达、高通、三星也也纷纷入局,座舱SoC正在成为供应商之间竞争的焦点。国内芯片厂商如地平线、芯驰科技、华为等也正瞄准智能座舱SoC芯片市场。

  同样重要的还有软件操作系统及中间件,他们主要负责对硬件资源进行合理调配,以保证各项智能化功能的有序进行。随着汽车电子电气架构的向域架构演变,域架构体系下操作系统和中间件的重要性显著提高,同时系统软件对于电池管理、汽车网联化及相关服务的功能控制占比也逐渐增长。

  而就软件操作系统来说,该系统大致可分为实时操作系统和非实时操作系统两种。

  就实时操作系统而言,其重点在于反应的迅速,系统在接收到输入信号后,能够在短时间内处理完毕并予以反馈,其处理任务的(最迟)完成时间是确定可知的。

  正因如此,实时操作系统具备较高的安全性和可靠性,往往被应用在车控领域,包括传统的车辆动力、底盘、车身以及新兴的自动驾驶等。

  非实时操作系统与实时操作系统相对应,它的关键不在于反应的快慢,注重的是兼容性与开发生态,被广泛应用于座舱娱乐等领域,例如阿里的AliOS、谷歌的Android Auto等。

  此外值得一提的是应用算法。应用算法是基于操作系统之上开发的软件程序,也是汽车品牌差异化竞争的焦点。


标签: 智能汽车

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