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    电动汽车域控制器发展分析与未来展望    林 澍，陈宇锋，黄丽军电动汽车域控制器发展分析与未来展望林 澍1，陈宇锋2，黄丽军1（1.福建开放大学 理工学院，福建 福州 350003；2.东南（福建）汽车工业有限公司，福建 福州 350100）随着汽车电子电气架构（EEA）的加速演变，各大车企纷纷推出自主研发的电动汽车电气架构作为架构核心的域控制器更是进入了飞速发展阶段文章通过调研国内外域控制器发展背景，梳理过渡化发展现象，对现阶段域控制器集中向和融合向的发展方向进行分类分析，举例论证各自的关键技术，归纳域控制器的优势特点并结合当下电气架构的演变阶段，提出对未来发展趋势的思考电动汽车；域控制器；电气构架；未来趋势随着汽车电子应用的爆炸式增长，汽车电子控制单元（Electronic Control Unit, ECU）逐年递增，传统的分布式汽车电子电气架构（Electrical Electronic Architecture, EEA）已经不能适应汽车智能化的进一步进化2007年开始，德尔福、博世等行业陆续提出了全新的EEA，诞生了采用一个或者几个“中央大脑”来统领全车的ECU的设计思路[1]，而这个“大脑”被称作域控制器。

其具有轻量化、高效率、低成本等优势，而且相比传统汽车，电动汽车与域控制技术有着更为优秀的相性，可谓应时而生一方面是因为电动汽车新四化（电动化、网联化、智能化、共享化）的实现要求搭载更多电子传感器，对整车供电能力的要求大大提高，而动力电池作为能源核心与ECU一脉同源，更切合未来EEA的发展路线另一方面，相比于传统的发动机驱动系统，电驱系统的底层逻辑层次分明，控制变量中的状态参数更少，适配于“中央集权”的域控化模式因此，近年来电动汽车的域控化应用不断落地，已经进入了快速上升期1 国内外发展背景国外汽车企业在域控制技术方面领先一步2017年博世公布了EEA战略图，将整车EEA划分为三个大阶段、六个小阶段，分别为分布式（包括模块化，功能集成）、域集中（包括集中化、域融合）、中央集中式（包括区域控制-中央计算、车载云计算），令域控制器发展初步形成了行业共识[2]2012年特斯拉推出Model S，将功能域划分为动力域、底盘域、车身域，高级驾驶辅助系统（Advanced Driving Assistance System, ADAS）模块横跨动力域和底盘域；2017年推出的Model3突破了功能域的框架，实现了中央计算+区域控制器框架，整车仅需要使用三个域控制器，集中度进一步增强[3]。

大众推出ID系列汽车，在开发三大功能域（车辆控制域、智能驾驶域、智能座舱域）的同时，仍旧保留了大量的ECU模块，属于折中的应用尝试国内的企业后来居上，2019年华为率先提出了由分布式网络+域控制器构成的CC架构，称其能让汽车真正走向智能网联汽车[4]2021年4月，比亚迪发布了e平台3.0，将整车上百个ECU集成为4大域控制器，按照比亚迪的说法，其将启发整个行业，是下一代电动车真正的摇篮2022年天际汽车集成了整车控制器（Vehicle Control Unit, VCU）与电池管理系统（Battery Management System, BMS），成功实现了动力域控制器（VCU& BMS Unit, VBU）的量产，获得了可观的市场占有率目前，电动汽车域控制器的发展正迎来新的浪潮，但关于此内容相关的综述分析尚有空白本文先对分布式——域集中过渡阶段的发展做出梳理总结，再对现在所处的域集中阶段开展分类分析：从博世总结的经典五域入手，划分集中化与融合向两个小阶段，分别选取合作方东南汽车提供的VBU与自动驾驶域控制器作为特例说明，总结域控制器的优势所在，最后指出未来可能的发展趋势，旨在对电动汽车电控领域产生指明作用，促进域控制技术的进步。

2 电动汽车域控制器过渡化发展随着ECU的增加，早期“一对一”的分布式电子电气架构已经逐步被淘汰但在探索初期，如何从分布式过渡到域集中式，业界并没有形成系统的设计理念大多延续着升级模块，深化集成的分布式EEA思路，做出了很多突破性的尝试，最后伴随着技术的进步，才逐步迈进下一阶段的EEA早期研究者尝试改进车辆平台，将底盘件、动力系统、ECU等集成化，形成域集中化管理曾经的轮毂/轮边电机技术就有受此思想的影响轮毂/轮边电机汽车技术将电驱系统集成到轮毂中，充分利用驱动桥的布置空间此设计方案结构上高度集成，驱动轮自成一域，独立控制，形成类似中央计算平台+区域控制器的中央架构但轮毂电机寿命难以保证，并会对车辆的操控性和舒适性产生影响，最后未成为主流的发展方向[5]后来渐渐从硬件平台转向模块集成，利用高性能计算单元可以大量减少线束拓扑与ECU数量，整合后的逻辑控制易于管理例如早期主流的“三合一”电驱系统，其集成电机、电控、减速器（变速箱）三者，对电动汽车的域控化发展有着深远的影响三合一”系统依据位置就近布置线束，使得接口、电桥电路等也获得简化，降低了成本，并能有效提升电驱系统的功率密度和控制效率[6]。

更为关键的是，“三合一”带来了轻量化，带来了节能效应，使得电动汽车的续航里程大幅延长众多车企发现了“三合一”的巨大优势，在此基础上，比亚迪、华为纷纷推出了“多合一”集成控制器，而域控制器与域集中式EEA也顺势得到了广大的关注硬件架构的优势仍不是最后一根稻草随着5G、以太网络、环境感知等技术的进步，空中下载（Over The Air, OTA）技术令车内信息孤岛的悲剧被完全杜绝，以软件为核心的车载平台开始建立，凭此技术特斯拉在软件常用常新方面持续领先接着自动驾驶与智能座舱技术应运而生，带来了全新的汽车时代的同时，也带来了更为庞大的数据与严苛的算力需求而域控制器算力集中，配合以太网等网络信息技术可以轻松解决上述问题，为新时代软件应用的发展创造了条件至此EEA硬件架构、软件架构、通信架构三方面的升级路线被确立，域集中式EEA开始成为车企下一步的发力重点是集成化、轻量化和网络信息化大力加速了域控制器的过渡化发展3 电动汽车域控制器现状分析博世、大陆等Tier1提出了经典的五域划分，分别为动力域、底盘域、座舱域/智能信息域、自动驾驶域和车身域早期阶段，域控制器可分为性能型域控制器与集成型域控制器两种[7]。

随着EEA的演变，电动汽车的五域按照各自的特点主要形成两种方向：一种是功能域集中化方案，仍着力于功能域的模块集成与性能升级，但区别于早期分布式的集成控制器，从原本控制器簇的就近集成，逐渐转向以功能域为中心的导向集成；另一种是异域融合或者跨域协调的方案即把两个或者多个集成化域控制器合并为一个控制器，或者是开放异域的数据接口做集中控制文章为便于论述，文中将上述两者分别简称为集中向与融合向3.1 以动力域为代表的集中向新能源五域中动力域、底盘域以及车身域，由于本身有着较深的传统汽车结构烙印，在未出现突破性的技术革命前，一方面依旧延续早期分布式控制器的模块集成与性能升级；另一方面，在架构上会进行一定的集中化调整，即把传统的从控降阶，进行算力转移，集中在主控上，改造出更为“中央集权”的域中心控制器本文以合作方东南汽车提供的某动力域控制器VBU为例，对集中向域控制器展开说明电动汽车的动力域控制器是一种智能化的动力总成管理单元，一般以整车控制器VCU为核心，协调BMS或者电机控制器（Motor Control Unit, MCU）动力域受三电架构束缚较大，距离下一个阶段，即跨域融合，尚处于轻度融合的状态。

当下依旧将对于功能域本身的优化和挖掘作为主流的发展形势另外，集中向的域控化发展路线，有益于主机厂的产业链升级究其原因有二：一方面是由于主机厂在动力域等传统域的改造上，有着传统汽车的知识沉淀与经验积累，属于优势延伸，能以最低代价保持长久的竞争力；另一方面也得利于域控制器的集中演算模式，对外围电附件的依赖性较小，可以大幅减少外包开发的时间与成本如今不少主机厂已经打破传统的合作模式，逐渐走上了自主研发的新道路本文的VBU控制器由合作方东南汽车与天津易鼎丰动力公司共同研发，已投入东南汽车EV400与EV500两款车型的功能性实验使用下面是改造方案的设计过程与最终定型的系统架构概述3.1.1动力域控制器改造方案动力域的集中向改造重点在于对主控制器进行硬件升级，对低效模块开展功能集成与算力资源再分配，原电池包电气拓扑图如图1所示图1 原电池包电气拓扑图提升原主控制器VCU的硬件资源配置根据域集中化架构理论，对原有的VCU控制器运算处理能力进行全面升级设计，配置行业领先的英飞凌Aurix系列TC234-32位芯片，并添加独立的控制器局域网（Controller Area Network, CAN）总线收发节点至5路以上，丰富高低边驱动/模拟数字信号接口等。

对总布置进行拨冗改造，实现状态监测功能的转移优先将简化布置的工作重心放在PACK内部一方面对控制器结构件进行“瘦身”，对控制器支架，低压走线，传感器布点等进行拓扑优化另一方面，对电气部件进行集成，原BMS为分布式架构，需将BMS的主板与从板电池单体站点控制器（Cell Site Controller, CSC）降阶，替换为VBU的功能子版块资源管理部件（Resource Management Unit, RMU），使其代替BMS的部分职能由低算力低成本电压温度平衡控制单元（Voltage Temperature Balance Unit, VTBU）集中处理电芯Cell的状态信息，图2为改造后搭载动力域控制器的电气拓扑图图2 VBU系统电气拓扑图3.1.2VBU系统架构概述搭载VBU后，电池系统内部连接以及功能示意图如图3所示，VBU实物图如图4所示图3 电池系统内部连接以及功能示意图图4 VBU实物图VTBU和RMU布置于电池包内，VBU布置于电池包外，VTBU负责采集电池单体电压和温度，为原有电压采集传感器与温度采集传感器的集成VTBU通过菊花链的方式与RMU进行通讯，RMU负责高压采集、绝缘计算、继电器控制电流采集等功能，职能上代替原有从板CSC以及BMS部分功能。

RMU和VBU之间通过CAN通讯，VBU采用高性能芯片，实现控制域的算力集中，执行整车VCU和BMS的一些核心算法和控制对外采用和整车一致的CAN通讯模式，保持与其他控制器对接的可能3.2 以自动驾驶域为代表的融合向自动驾驶域和座舱域是现阶段承载电动汽车现代化、智能化、个性化的关键所在，相比其他域更注重软件层面的开发应用因两者有着大量感知信息与实时数据交互，对控制芯片的处理性能有一定要求，一般不符合需要硬件改造的集中向发展随着特斯拉的异域融合架构+自定义软件平台大获成功，融合向成为另一种主流的发展方向，它既能保留集中向的优势，又不导致整车物料成本的增加，目前正处于发展的上升期，已有更近一步向中央计算平台EEA靠拢的趋势自动驾驶的实现需要多域融合，乃至区域融合，如华为的CC架构就明确指出了两种高深度高集成的融合域，分别为智能驾驶与智能座舱，CC架构基于物联网视角的特殊架构让人看到了自动驾驶域的潜在可能因此，本文选取自动驾驶域作为融合向的代表展开说明3.2.1自动驾驶域与底盘域融合在自动驾驶四大关键技术中，运动控制技术依赖底盘域实现，为了追求自动驾驶实现的更深层化，快捷化，减少不必要的响应过程，两者的域融合势在必行。

现阶段两者的融合主要依托于线控底盘技术，此技术的核心是省去传统的机械传动结构，利用电信号代替机械液压部件向执行机构传递作动信息，更契合电动汽车EEA的发展如图5所示，整个融合域中，由自动驾驶域的环境感知传感器系统负责车-路-人信息的获取，对数据进行计算整合后，通过CAN网络发给域控制器，转成动力学信息。