1、概述

汽车行业正在逐渐从由多个ECU组成的传统分布式电子电气（E/E）架构转为具有域控制架构的集中式高性能计算平台，以实现软件定义的车辆目的。在具有高计算能力的硬件上运行跨不同执行环境划分的软件功能、还兼具无线更新能力、与前后端系统的通信能力，面向服务的架构和支持AVB/TSN的高速以太网接口的域控制技术是面向未来的新兴汽车技术。

通过本文，读者可以获取以下信息：

（1）域控制是什么？

（2）该新兴技术面临的挑战是什么？

（3）该技术能为汽车动力赋能几何？

2、域控制介绍

传统上，车载分布式电子电气架构由许多单个ECU组成，执行单个功能，随着整车电子电器架构的日益复杂，致使当前E/E架构变得笨重、复杂、非标准化、实施成本高且难以打包。此外，数字化和ACES（自主、连接、电气化和共享化）迫切需要车载控制器提高计算能力。因此，近些年来，域控制器的概念伴随着整车电子电器架构的发展渐渐崭露头角。2017年德国博世公司对外宣布了在整车E/E架构针对域集中式控制相关的拓扑架构图，如下所示。当然博世声称域控制架构是车辆下一阶段车辆E/E架构形态，而车辆E/E的最终控制形态应为域控制器的进一步融合，形成更为纯粹的中央集成控制架构。

域控制器作为汽车每一个功能域的控制核心，其主要由域主控处理器、操作系统和应用软件及算法等三部分组成。依托高性能的域主控处理器、丰富的硬件接口资源以及强大的软件功能特性，域控制器能将原本需要很多颗ECU实现的核心功能集成到进来，极大提高系统功能集成度。具有以下优势：

（1）控制器、线束数量减少从而降低系统开发成本，便于维护和升级；

（2）传感器共用性高，可实现广义信息的共享化管理；

（3）域控制器算力强、通信延时低，可支撑基于高阶非线性模型或者迭代次数多的复杂控制及高级优化算法；

（4）各控制软件变得非独立，可从从宏观域控制系统层面综合考虑车辆的多目标性能，并由域控制统筹控制。

基于此，各大OEM 争先将域控制理念应用于自身的产品上，戴姆勒和宝马等传统汽车制造商非常偏爱域控制架构，戴姆勒在2020 年宣布，它正在与英伟达共同开发一种新的软件定义计算架构用在域控制技术中。

同样，高通在2021年底宣布，它正在与宝马合作开发其下一代自动驾驶汽车（AV）。他们长期以来一直将ECU集成到特定功能的CAN网络上，如发动机和变速箱控制、防抱死制动和停车辅助，在通用域控制器或网关下集成功能相关的域控制器，如动力总成、底盘、信息娱乐领域引入了分类聚合的域控制概念。而诸如特斯拉和Waymo等新赛道车企更加青睐更为革命性的中央集成架构，它是域控制的终极形式，是域控制器的进一步聚合形成的最为纯粹、集成度最高的控制架构。

3、域控制当前所面临的挑战有哪些

让一个域控制（集中式控制单元）承载大部分车辆控制能力会带来一些特殊的挑战，例如：

1、在引入新的车辆功能时，控制器将存在达到资源的临界点的风险，因此，它需要硬件和软件双重升级保证性能指标和未来应用程序的需求。许多硬件级别的变化需要平台迁移，包括提高SoC芯片和其他组件在内存、功耗、可用并行处理内核数量、符合功能安全标准、硬件加速器的可用性等方面的性能GPU和高速通信接口，例如CAN FD、以太网或PCIe。

2、 芯片供应商存在行业技术壁垒，导致硬件依赖。迁移到新平台时，还必须考虑遵守通信安全标准，例如 HSM 外设和接口（如 I2C、SPI 和 UART）的可用性。至少，在为新的 E/E 架构选择硬件时，必须考虑其中一些因素。

3、为解决新功能的可扩展性，域控制器需要更多的辅助硬件资源，例如额外的CPU内核、强大的处理引擎、硬件加速器等。这增加了整体硬件的复杂性，因为需要连接额外的控制器、外部ASIC。

4、 在涉及基于功能的 ECU 架构时，在整个车辆生命周期中引入新功能及其在车辆中的部署存在挑战。这导致了向面向服务的架构的过渡。服务可以存在于多个 ECU、其他车辆和外部基础设施设备中。从基于功能的 ECU 迁移时需要定义迁移策略，例如识别服务和定义服务目录。整体硬件架构越复杂，系统的处理时间就越长，因此系统表现出的延迟也就越多。

5、网络接口对外界的无限制访问使它们面临各种安全威胁。一方面，以太网作为骨干网提高了速度并引入了服务质量 (QoS)、确定性、时间敏感网络 (TSN) 和容错通信，从而减少了安全漏洞。另一方面，基于功能的域控制的软件开发成本增加，并且在功能分布时无法消除S/W冗余。因此，在集中式系统中采用结构化的 S/W 架构方法也可以降低软件开发成本。

4、 域控制如何为汽车动力赋能

将域控制的概念覆盖到车辆动力系统控制上，顾名思义就形成了动力域控制的概念，下面分享一个电动汽车动力域控制系统方案（来自发明专利：CN201910947719.9），如图所示。其包括动力域控制器、电池包信息采集系统、电机控制系统和其他附属器件；动力域控制器将整车控制和电池管理功能集成为一体。电池包信息采集系统实现电池包信息采集及高压接触器驱动功能，其包括高压管理模块和单体信息采集模块：动力域控制器通过动力CAN总线与电机控制器通讯，通过整车CAN总线与仪表和车辆其他域控制器通讯，通过快充CAN总线与快充桩通讯；通过电池内网CAN总线与电池包信息采集系统和充电机通讯。该专利巧妙地将动力域系统变为域控制器、电池包信息采集系统、电机驱动系统三大部分，提高了动力域软件的集成度、精简了电池包系统的设计，优化了动力域系统的结构。

针对不同使用场景，国内卡车巨头一汽解放也提出了“解放智慧动力域”概念，搭建了G、H、E、F四大解决方案平台。其中，G动力域面向绿色低碳场景，通过柴油/天然气/氢气发动机、AMT变速器、驱动桥、域控制器，构建核心动力总成；H动力域面向混动低碳场景，凭借绿色低碳发动机、电池、混动变速器、驱动桥、域控制器，打造核心动力总成。面向纯电零碳场景，“解放智慧动力域”则有以电池、集成电驱桥、域控制器为核心的E动力域；面向燃电零碳场景，以燃电发动机、电池、集成电驱桥、域控制器为核心的F动力域，也将成为未来解放用户的不二之选。值得一提的是，通过以动力域控制器为核心的智能控制技 术，“解放智慧动力域”还能实 现动力系统与整车系统、解放云平台数据的交互融合，在确保车辆动力总成高智能、高可靠、低TCO的同时，为用户提供智慧 控制、智慧传递、智慧管理等多种衍生增值服务。可以说，“解放智慧动力域”是一汽解放抓住新一轮技术革命和产业变革机遇、推动智慧转型战略落地的重要产品，也是其进一步拓展“哥伦布智慧物流开放计划”，成为智慧交通运输解决方案提供者迈出的关键一步。

以动力系统较为复杂的混动系统来说，笔者认为，动力域内发动机控制、电机控制、整车控制以及变速箱控制的融合绝不仅仅是硬件上的简单融合和软件上的统一平台管理，它们的控制和动力系统的性能息息相关，同时它们自身也存在复杂的耦联影响。

（1）现阶段的商用车AMT的控制面向经济性换挡时仅考虑传统发动机的效率特性，由于存在对整车能量管理策略的通信和知识盲区，往往很难兼顾电机参与模式下的融合电机效率的整车传动系统效率特性，导致现有的配备AMT的商用车能效挖掘不充分，未能达到经济性最优上限，而动力域控制可以统筹兼顾整车能量管理和换挡控制，保证车辆在行驶过程整个动力域的能效最优性。

（2）P2.5、P3和P4电机具有弥补换挡动力中断的天然优势，而如何利用域控制技术将整车控制中的能量管理模块在换挡过程（发动机卸扭、恢扭）阶段控制电机进行适应性补偿，是未来混动车兼顾经济性和换挡平顺性的重要技术内容之一；

（3）换挡过程中，各个执行元件（离合器、同步器、伺服机构等）和电机的配合，是实现换挡平稳的关键，但现有分布式架构应对多执行元件（变速箱、发动机和电机）的联合调试、标定过程效率都不高，未来的软件集成平台下的动力域相关控制功能融会贯通将会为车辆的动力性、经济性及平顺性带来阶跃性进步。

5、结语

汽车行业正朝着新的、新兴的下一代汽车架构范式迈进。具有更高计算能力的域控制器、智能传感器、云连接和远程诊断等功能将实现向未来车辆的真正发展，每辆车都将是智能、安全、稳定和软件驱动的。因此，行业须清醒地认识到域控制的潜力，并为前进的道路铺平道路。