【導讀】汽車“四化”發展方向是汽車工業未來的發展趨勢
，其中包含自動駕駛、網聯化
、動(dong)力(li)係(xi)統(tong)電(dian)氣(qi)化(hua)和(he)共(gong)享(xiang)移(yi)動(dong)化(hua)。隨(sui)著(zhe)智(zhi)能(neng)駕(jia)駛(shi)技(ji)術(shu)對(dui)於(yu)整(zheng)車(che)智(zhi)能(neng)化(hua)程(cheng)度(du)要(yao)求(qiu)的(de)不(bu)斷(duan)提(ti)升(sheng)，對(dui)其(qi)整(zheng)車(che)的(de)控(kong)製(zhi)能(neng)力(li)要(yao)求(qiu)也(ye)大(da)幅(fu)提(ti)升(sheng)，這(zhe)一(yi)過(guo)程(cheng)推(tui)動(dong)整(zheng)車(che)電(dian)子(zi)電(dian)器(qi)架(jia)構(gou)逐(zhu)漸(jian)從(cong)分(fen)布(bu)式(shi)架(jia)構(gou)向(xiang)集(ji)中(zhong)式(shi)專(zhuan)用(yong)域(yu)控(kong)製(zhi)器(qi)架(jia)構(gou)進(jin)行(xing)不(bu)斷(duan)演(yan)進(jin)和(he)發(fa)展(zhan)
，以(yi)便(bian)提(ti)供(gong)更(geng)加(jia)高(gao)速(su)、安全
、kekaodedianzijiagou。zheyiguochengzhong，bujinyaoqiuzhinengjiashigongnengnenggouyunxingzaijuyougaoxingnengruanjiandaoyingjianjichengdezhuanyongzhongyangyukongzhiqishang

，tongshiyeyaoqiuzhengchekongzhizhekuaiyexuyaoyunxingyuwendingxing、可靠性極高的中央與控製器上，這樣的中央域控製器不僅需要充當對於整個車身控製的終端，也需要執行包含中央網關
、動力、底盤等各域的綜合控製係統端。這也是實現後續作為麵向服務開發的前置條件。

本文將針對整車中央域控單元VDC從硬件、軟件設計兩個方麵進行詳細的方案設計介紹，以方便對整體控製能力進行詳述。

1.整車域控硬件設計方案介紹

整車域控VDC的設計包含整機設計
，具體硬件方案

，視頻輸入/輸出，通信鏈路、供電終端、存儲終端。

1、硬件總體設計

從整個整車域控設計思路上講，需要考慮MCU和MPU在整車域控中需要達到一定的功能安全等級前提下，滿足對整車域控的控製能力輸出。此外
，設置通用接口GPIO用於對整車其他域控的輸出指令控製（如油門開度、製動開關
、輸入喚醒、輸出喚醒等）。設置CAN、ETH、LIN接口用於通信連接分別傳輸不同的數據類型；設置基礎時鍾晶振用於上下電時鍾同步；設置雙路供電電源用於考慮整車域控整體不會因為供電故障導致的失效。

從cong上shang圖tu可ke以yi看kan出chu，整zheng車che域yu控kong從cong功gong能neng角jiao度du上shang講jiang就jiu是shi一yi個ge多duo維wei度du的de準zhun集ji中zhong式shi中zhong央yang處chu理li單dan元yuan，不bu僅jin需xu要yao執zhi行xing包bao含han低di階jie行xing泊bo車che控kong製zhi功gong能neng，還hai需xu要yao執zhi行xing對dui整zheng個ge底di盤pan係xi統tong的de整zheng體ti控kong製zhi

，同tong時shi也ye需xu要yao承cheng擔dan中zhong央yang網wang關guan的de通tong信xin路lu由you轉zhuan發fa等deng功gong能neng。因yin此ci
，在zai設she計ji過guo程cheng各ge種zhong需xu要yao將jiang各ge種zhong不bu同tong功gong能neng性xing能neng的de芯xin片pian能neng力li充chong分fen調tiao動dong起qi來lai
，比bi如ru考kao慮lv實shi現xian低di階jie行xing泊bo一yi體ti控kong製zhi能neng力li
，可ke以yi采cai用yong雙shuangTDA4VM或雙J3這類中度算力芯片進行搭載。而考慮到實現中央網關功能，則可以考慮利用常見的網關芯片DRA821等。同時為了從終端控製上增強其功能安全特性，也可以在執行對整車控製輸出端口，加入典型的高安全等級MCU芯片
，如英飛淩的TC397或華為的麒麟係列。

高配版本的VDC需要考慮一部分功能為智駕功能預留。因此整車域控的設計過程將比傳統的簡單ECU複雜許多。典型的硬件端口設計思路參照如下圖所示。

從(cong)配(pei)置(zhi)整(zheng)車(che)智(zhi)駕(jia)係(xi)統(tong)的(de)角(jiao)度(du)出(chu)發(fa)
，整(zheng)車(che)域(yu)控(kong)考(kao)慮(lv)了(le)在(zai)一(yi)些(xie)關(guan)鍵(jian)設(she)計(ji)環(huan)節(jie)上(shang)考(kao)慮(lv)對(dui)智(zhi)駕(jia)域(yu)控(kong)做(zuo)協(xie)同(tong)控(kong)製(zhi)。一(yi)些(xie)主(zhu)機(ji)廠(chang)的(de)方(fang)案(an)是(shi)將(jiang)智(zhi)駕(jia)係(xi)統(tong)的(de)冗(rong)餘(yu)控(kong)製(zhi)放(fang)到(dao)整(zheng)車(che)域(yu)控(kong)端(duan)

，比(bi)如(ru)設(she)計(ji)將(jiang)算(suan)力(li)要(yao)求(qiu)不(bu)高(gao)的(de)單(dan)獨(du)前(qian)視(shi)攝(she)像(xiang)頭(tou)接(jie)入(ru)整(zheng)車(che)域(yu)控(kong)VDC
；同時也將隻存在邏輯算力的毫米波雷達，超聲波雷達數據通過CANFD協議連接至整車域控端。這裏主要可以起到兩方麵的作用：

其一，是省功耗的運行低版本ADASxitong，biruzaichangxuhangmoshihuoboxinghuijiazheleizhengcheyunxingzhuangtaixia

，haikeyijibenbaoliuyixiezhijiaxitonggongneng，birukeyibufenchengzaibaoliuxingcheanquanfuzhuxinggongnengAEB、FCTA/B
、RCTA/B，泊車報警輔助功能。

其qi二er
，是shi當dang主zhu智zhi駕jia域yu控kong失shi效xiao時shi
，整zheng車che域yu控kong檢jian測ce到dao對dui應ying的de失shi效xiao狀zhuang態tai後hou接jie管guan控kong製zhi車che輛liang
，啟qi動dong整zheng車che域yu控kong的de基ji礎chu視shi覺jiao感gan知zhi，並bing結jie合he雷lei達da數shu據ju進jin行xing軌gui跡ji規gui劃hua和he車che輛liang控kong製zhi
，將jiang車che輛liang刹sha停ting至zhi安an全quan狀zhuang態tai。

2、硬件結構設計

對於整車域控板間設計來說，考慮到其尺寸大小限製，同時可以考慮自身硬件級別的失效降級策略，可以將整車域控設計成雙層板模式（主板和副板）。兩層板間通過一定通信機製進行板間通信，當其中一個板子失效或出現問題時，可以啟動另一塊板子進行信息處理。   此ci外wai
，對dui於yu硬ying件jian結jie構gou設she計ji來lai說shuo，通tong常chang比bi較jiao關guan注zhu整zheng個ge域yu控kong的de散san熱re設she計ji。業ye界jie對dui於yu整zheng車che域yu控kong的de散san熱re來lai說shuo，通tong常chang可ke以yi采cai用yong風feng冷leng對dui流liu散san熱re為wei主zhu。通tong常chang，整zheng車che域yu控kong的de雙shuang層ceng板ban子zi采cai用yong一yi定ding的de隔ge熱re設she計ji
，對dui於yu熱re設she計ji來lai說shuo也ye無wu需xu考kao慮lv其qi中zhong一yi塊kuai板ban子zi的de發fa熱re對dui另ling一yi塊kuai板ban子zi的de散san熱re影ying響xiang。一yi般ban情qing況kuang下xia，整zheng車che域yu控kong製zhi器qi通tong常chang采cai用yong風feng冷leng散san熱re。整zheng個ge環huan境jing溫wen度du和he通tong風feng程cheng度du對dui其qi會hui產chan生sheng較jiao大da的de影ying響xiang。如ru下xia公gong式shi表biao示shi了le芯xin片pian結jie溫wen的de影ying響xiang要yao素su。

芯片結溫=環境溫度+熱阻*功耗

因此
，整個散熱過程大部分受製於環境溫度影響，其中就需要充分考慮熱對流的影響。散熱設計基本原理：自然散熱以輻射為主、風冷以對流為主。熱量傳遞主要是3種方式：傳導
、對流、輻射。其中熱傳導主要是指分子之間的傳遞，主要是指盒子或模塊內部的熱擴散。主要涉及的傳輸鏈路為器件——>PCB——>外wai殼ke體ti。自zi然ran對dui流liu主zhu要yao是shi指zhi流liu體ti混hun合he作zuo用yong的de熱re傳chuan遞di，包bao含han盒he子zi或huo模mo塊kuai與yu外wai部bu環huan境jing的de熱re傳chuan遞di。熱re輻fu射she主zhu要yao是shi物wu體ti溫wen度du產chan生sheng的de電dian磁ci波bo傳chuan遞di能neng量liang。涉she及ji盒he子zi或huo模mo塊kuai與yu外wai部bu環huan境jing的de熱re傳chuan遞di。如ru上shang自zi然ran對dui流liu和he熱re輻fu射she的de傳chuan輸shu鏈lian路lu都dou為wei外wai殼ke體ti——>環境。

如下圖表示了一種典型的新能源車的散熱設計流程圖。

對於整車域控製器而言，由於其承載的相關聯ECU終zhong端duan是shi比bi較jiao多duo的de，就jiu有you可ke能neng造zao成cheng計ji算suan過guo程cheng中zhong較jiao大da的de熱re能neng，在zai做zuo硬ying件jian設she計ji中zhong，其qi熱re設she計ji過guo程cheng將jiang顯xian得de尤you為wei重zhong要yao。可ke以yi將jiang整zheng車che域yu控kong製zhi器qi布bu置zhi在zai通tong風feng且qie空kong氣qi對dui流liu較jiao好hao的de環huan境jing中zhong，這zhe裏li需xu要yao充chong分fen考kao慮lv其qi風feng道dao設she計ji出chu口kou是shi否fou存cun在zai熱re風feng回hui灌guan的de現xian象xiang。

舉個之前研發設計較為失敗的粒子說明如何對散熱設計才能取得較好的散熱效果。

ruxiatusuoshi，dangshejizhengchekongzhiqidefengdaochaoxiangyibian，eranzhuangweizhiruguoweiyuyigexiangduijiaoweifengbidehuanjingzhong，qiechufengkouyibianjiaoweikaojinmibibianjie，namejiuhenkenengqiyoukongzhiqishuchuderefengbeizudangfandanhuilai。zheyangfandanhuilaiderekongqiyoujiangzhongxinjinrurufengkouchu，zheyangjiubukenengqidaohenhaodesanre。

因此在散熱設計中需要從安裝位置（安裝位置不僅考慮通風性
，還需要考慮出風口是否有足夠的風道距離使其充分接觸更多的冷空氣來降溫）、風道設計、控製器整體尺寸
、功能降級（由係統工程師根據需要設定降級溫度閾值

，當超過某個值時降級全功能為部分功能。比如按照環境最高使用溫度為85°，那麼超過80°時，就將控製功能降級為僅存儲功能）等方麵進行全方位考慮。若溫度規格降低，則整機尺寸可進一步降低（按照玻爾茲曼定律進行計算）。軟件方麵也可以增加動態溫度-功耗控製措施。

當然最重要還是在選定布置位置時候選擇最合適的布置位置
，考慮痛風性

、密閉溫度限值等因素。當然也有部分有條件的情況下也可以考慮采用水冷措施，當然設計複雜度和成本也是較高。

3
、硬件通信設計

VDC作為一種典型的中央網關
，既要能支持CAN通信路由，也要能支持以太網通信路由。一般情況下，CAN通信由於其穩定性、安全性及成熟性。通常用來作為整車控製的信號協議類型，而Ethernet則是更多的承載智能終端數據通信，比如雲端通信、智能駕駛數據顯示等。

shejizhengcheyukongzhiqixuyaozhichiduoluyitaitongxin
，congkaolvsuoxiaoyukongbanzichicundejiaoduchufakaolv，tongchangjiangjizhongbutongdexinpianbuzhiyubutongdebanceng。benshejideguochengkaolvxingbochedijiekongzhiguochengzhong，liangdazhongdianfarexinpiankenengchanshengjiaodadefareliang，yinci，fenbiejianglianggeMPU放在主板和副板上。此外
，MCU放在主板上。主板和副板通過以太網Ethernet Switch連接至外部以太網通信端，整個Ethernet Switch的控製和配置由MCU完成。以太網Switch可以直接連出多路1000BASE-T1以及100BASE-TX接口。同時Switch還通過SGMII口和外擴PHY相連
，可以引出多路1000BASE-T1口。對於實際通信連接過程中可以充分考慮通過多合一連接器進行信息合並，同時設計過程中充分考慮欠壓監測、過溫檢測以及SQI的讀取能力。

設計VDC時還需要使用關聯ECU通信所需的N路CAN通信且兼容CAN-FD，CAN-FD接口電路采用標準CAN接口電路，支持ESD防護和終端匹配，每路CAN通信需要對應的終端匹配電阻，並預留一定大小的共模電感，選擇性的根據EMC實測結果進行貼片。最重要的是支持任意幀CAN喚醒功能。

當然，對於一個標準的中央網關來說，還需要支持一定數量的LIN通信，並支持LIN喚醒
，通信速率為1~20Kbps。默認為MASTER模式，通過電阻與二極管上拉配置

，也可以根據具體需求配置成從模式，接口設計需要設計成ESD防護電路。

2.整車域控軟件框架及部署介紹

整車域控的軟件部署主要分為幾個方麵車控相關SWC
、網關相關SWC、智駕係統SWC。其部署原則為對實時性要求較高功能部署在實時核，運算需求較高放在運算核
，對功能安全要求較高的功能部署在鎖步核。

以如上圖中的整車域控架構為例。MCU部署動力控製
、底盤控製
、通訊管理、本地診斷、電性能以及設備抽象等軟件模塊。對應的算力主要是CPU邏輯算力
，一般滿足10K DMIPS即可。同時MCU需要承擔整個VDC網絡喚醒、診斷功能、電源管理相關功能。

1
、網絡管理功能

作為整車控製的終極大boss，VDC需要承擔整個網絡管理功能，其中網絡管理涉及網絡管理狀態機設計，網絡喚醒設計。

網絡管理狀態機中包含為整車域控設計各種工作模式。比如休眠（僅支持休眠喚醒狀態）、待機（極低功耗）、準備（輕睡眠）
、正常功耗（全功耗）、異常狀態（故障檢測）下的功耗等。各類不同的工作狀態需要通過設置不同的跳轉條件進行切換。

而對於網絡管理中重要的喚醒功能而言
，其需要支持不同的喚醒源，主要需要包含CAN、LIN、硬線

、以太網。結合上麵的附圖說明喚醒過程。首先，四種喚醒源需要首先將SBC（一種包含電源、通信、監控診斷、安全監控等特性以及GPIO的獨立芯片）喚醒
，隨即便可立即喚醒MCU。當MCU被喚醒後，可以對以太網Switch進行初始化配置確保以太網可以進行有效通信
，這類初始化過程主要包括寄存器使能
、收發路徑綁定等。隨後，MCU可以通過控製其他MPU的芯片供電來控製其餘MPU的喚醒。

2、網絡診斷功能

整個VDC域控的診斷過程包含遠程診斷
、近端診斷和OTA診斷。這三類診斷模型在構建診斷通道時
，需要首先將VDC接入到車端網絡中
，實現兩種診斷模式DoIP和DoCAN。通常，DoIP部署在MPU上，DoCAN部署在MCU上。通過VDC協議棧部署DoIP網關建立鏈路（包含支持DoIP-DoIP，DoIP-DoCAN雙向診斷路由），部署DHCP客戶端。

對於診斷來說一般需要根據如下不同的診斷接入場景設置相應的接入仲裁管理機製。這些診斷場景包括針對本地診斷、遠程診斷、產線EOL下的OBD接入，針對OTA場景下的車內虛擬上位機接入。這三類OBD接入子場景通常情況下是不做具體區分的，而僅僅通過優先級判斷可以在某一個固定的時刻激活其中一條鏈路。

對於OBD接入，優先級最高


；車內上位機接入，優先級中；車雲接入，優先級最低。當然，如果有兩類接入診斷源輸入時，通常需要由VDC進行有效的仲裁才能確保其功能多的正常響應。仲裁原則為：兩個診斷業務優先級相同時
，遵循先到先得
、平ping等deng互hu斥chi的de原yuan則ze
，當dang高gao優you先xian級ji診zhen斷duan接jie入ru低di優you先xian級ji診zhen斷duan業ye務wu時shi，需xu要yao緩huan慢man退tui出chu低di優you先xian級ji診zhen斷duan
，相xiang應ying的de高gao優you先xian級ji診zhen斷duan接jie入ru。當dang低di優you先xian級ji診zhen斷duan接jie入ru高gao優you先xian級ji診zhen斷duan時shi，需xu要yao否fou定ding響xiang應ying該gai低di優you先xian級ji診zhen斷duan業ye務wu，並bing原yuan路lu返fan回hui路lu由you。

3

、網關路由功能

針對VDC控製器在中央網關這一方麵的作用而言
，需要充分考慮其信號路由和協議轉換方麵的要求。其中，協議轉換包括ETH數據轉換成LIN/CAN數據
、CAN報文間互轉
、ETH報文互轉
、CAN診斷報文轉換成LIN/ETH診斷報文
、ETH診斷報文轉換成 LIN/ETH診斷報文。

VDC的網關路由功能模塊通常是在一個專有的網關芯片（如前所述DRA821）上進行的
，整個通信路由架構參照如下圖所示。

整個VDC的PDUR Router模塊功能包含單播

、多播
、網關1對多
、多對一
、多對多等多種方式的路由模塊功能。期間，PDUR Router 需要執行PDU接收到本地模塊（I-PDU從下接收發送至上層）、PDU從本地模塊傳輸（I-PDU從上接收發送至下層）、PDU網關（從接口模塊和傳輸協議模塊接收I-PDU並傳輸至其他通信接口模塊）這三種功能。從而確保路由功能的有效性。

4、低階智駕功能

對dui於yu整zheng車che域yu控kong來lai講jiang，在zai設she計ji過guo程cheng中zhong通tong常chang會hui連lian帶dai作zuo為wei智zhi駕jia域yu控kong的de低di階jie版ban本ben，或huo者zhe也ye有you部bu分fen車che型xing在zai做zuo配pei置zhi分fen析xi時shi，直zhi接jie將jiang低di配pei或huo次ci低di配pei的de智zhi駕jia功gong能neng移yi植zhi到dao整zheng車che域yu控kong中zhong進jin行xing。這zhe時shi整zheng車che域yu控kong就jiu相xiang當dang於yu一yi個gebase版本的行泊一體控製器
，需要承擔部分低階行泊車控製功能。因此
，對於在VDC中(zhong)植(zhi)入(ru)不(bu)同(tong)處(chu)理(li)能(neng)力(li)的(de)芯(xin)片(pian)單(dan)元(yuan)時(shi)，盡(jin)量(liang)選(xuan)擇(ze)具(ju)備(bei)集(ji)成(cheng)式(shi)運(yun)算(suan)能(neng)力(li)的(de)超(chao)異(yi)構(gou)芯(xin)片(pian)。既(ji)能(neng)滿(man)足(zu)對(dui)行(xing)車(che)功(gong)能(neng)的(de)感(gan)知(zhi)需(xu)求(qiu)，也(ye)能(neng)滿(man)足(zu)對(dui)泊(bo)車(che)感(gan)知(zhi)能(neng)力(li)需(xu)求(qiu)。這(zhe)裏(li)推(tui)薦(jian)的(de)中(zhong)等(deng)算(suan)力(li)的(de)集(ji)成(cheng)式(shi)超(chao)異(yi)構(gou)芯(xin)片(pian)。可(ke)以(yi)采(cai)用(yong)目(mu)前(qian)國(guo)內(nei)正(zheng)火(huo)的(de)J3/J5
，也可以考慮TI係列芯片TDA4VM即可。

同時，在對傳感器的接入上需要充分考慮其所連接的智駕傳感器單元。當然，由於VDC的算力不算多，因此，可能不能接入過多超算力的傳感器（比如多組高分辨率攝像頭、原始點雲的毫米波雷達和激光雷達）。

從保證基礎L2級及以下功能的角度上講
，需要接入包含前視攝像頭（注意這裏主要是前寬視攝像頭），1個毫米波雷達以確保能夠實現1R1V的基礎L2傳感器配置。此外
，考慮泊車輔助係統控製，整個VDC也需要將泊車相關的傳感器，環視+chaoshengbojieru。dangran
，kaolvdaoruguozhishishixiandijiebochefuzhugongneng
，qihuanshishexiangtoudefenbianlvkeyibubixianggaojiequanzidongjiashigongnengduiqi，caiyongshaodifenbianlvyeke。

來源：焉知智能汽車 ，作者Jessie

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