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导读
汽车智能网联化带来信息流大量增加，汽车电子电气（E/E）架构将迎来升级，如同中国古代社会组织结构变化，从诸侯分封->春秋五霸->一统天下，汽车架构从分布式->域集中式->中央计算式逐渐进化，当前正处于分布式向域集中式过渡阶段，从全车100余ECU到5个DCU，控制功能迅速集中，作为“地方割据势力的决策中心”的域控制器走上历史舞台。
为什么引入域控制器？
1980年代随着IT技术的起步和兴起，在当时以机械为主宰的汽车行业内掀起了一场电子电气化革命。年轻的汽车电子系统迅猛发展，电子控制单元（Electronic Control Unit，ECU）占领了整个汽车，从防抱死制动系统、四轮驱动系统、电控自动变速器、主动悬架系统、安全气囊系统，逐渐延伸到了车身安全、网络、娱乐、传感控制系统等，逐渐成为汽车的重要组成部分。
此时的汽车电子电气架构都是分布式的，各个ECU都通过CAN（Controller Area Network，控制器域网络）或LIN（Local Interconnect Network，局部互联网络）总线连接在一起，通过工程师预设好的通信协议交换信息。
Strategy Analytics统计数据显示，各级别汽车ECU数量都在逐年递增，每台汽车搭载的ECU平均25个，而在一些高端车型中这一数量通常会超过100个。ECU数量越多，总线数量必将更长，2000年奔驰S级轿车的电子系统已经拥有80个ECU，1,900条总长达4km的通信总线。2007年奥迪Q7和保时捷卡宴（Cayenne）的总线长度突破6km，重量超过70kg，基本成为位列发动机之后的全车第二重部件。
为了控制总线长度、降低ECU数量（或者保持数量不变），从而降低电子部件重量、降低整车制造成本，分散的小传感器被逐渐集成为功能更强的单个传感器，将分散的控制器按照功能域划分、集成为运算能力更强的域控制器（Domain Control Unit，DCU）的想法应运而生。
除此之外，最近几年，随着ADAS（Advanced Driver Assistant System，高级驾驶辅助系统）的快速发展，包括停车辅助、车道偏离预警、夜视辅助、自适应巡航、碰撞避免、盲点侦测、驾驶员疲劳探测等在内的很多功能，如果采用分布式架构就无法适应需求。因为ADAS系统里有各种传感器（如摄像头、毫米波雷达和激光雷达等），产生的数据量很大，各种不同的功能都需要以这些数据为基础，每个传感器模块可以对数据进行预处理，通过车载以太网传输数据，为了保证数据处理的结果最优化，最好功能控制都集中在一个核心处理器里处理，这就产生了对域控制器的需求。
什么是域控制器？
域控制器的概念最早由以博世、大陆为首的Tier1提出，它的出现是为了解决信息安全以及ECU瓶颈的问题。域控制器因为有强大的硬件计算能力与丰富的软件接口支持，使得更多核心功能模块集中于域控制器内，系统功能集成度大大提高，这样对于功能的感知与执行的硬件要求降低。加之数据交互的接口标准化，会让这些零部件变成标准零件，从而降低这部分零部件开发/制造成本。也就是说，外围零件只关注本身基本功能，而中央域控制器关注系统级功能实现。
所谓“域”，就是将汽车电子系统根据功能划分为若干个功能块，每个功能块内部的系统架构由域控制器为主导搭建，利用处理能力更强的多核CPU/GPU芯片相对集中地控制每个域，以取代目前的分布式电子电气架构。各个域内部的系统互联仍可使用现如今十分常用的CAN和FlexRay通信总线。而不同域之间的通讯，则需要由更高传输性能的以太网作为主干网络承担信息交换任务。
对于功能域的具体划分，不同整车厂会有自己的设计理念，如博世分为5个域：动力域、底盘域、座舱域、自动驾驶域、车身域，大众MEB平台车型为3个域：自动驾驶域、智能座舱域、车身控制域，华为同样也为3个域：自动驾驶域、智能座舱域、整车控制域。
下图给出了一种可能的划分方法。在每个功能域中，域控制器处于绝对中心，它们需要强大的计算能力、超高的实时性能以及大量的通信外设。
域控制器内部构架
当今量产的汽车电子控制器大多采用的是依据AUTOSAR或OSEK开发的静态驱动系统。在软件系统运行过程中，不同功能函数被事先定义好的排序文件（Scheduling）依次调用、逐个运行。静态驱动系统的优点是资源分配问题被事先一次性解决，每个函数的具体运行区间亦被提前锁定。这种设计满足了一些对于行车安全有苛刻要求的功能函数运行需求，比如决定安全气囊是否打开的功能函数被固定地每几毫秒运行一次，以便紧急情况下气囊得以及时打开。
然而结合多核处理器，对于那些对运行时间没有很高要求的功能函数来说，动态驱动系统就拥有许多优点。例如，它****更适合应用于以服务为导向的功能函数，可以方便地进行软件升级，为在线优化函数运行顺序提供可能。针对这一需求，AUTOSAR提出了一套自适应AUTOSAR（Adaptive AUTOSAR）的解决方案，它既可以囊括动态驱动系统的优点，也为传统的AUTOSAR（Classic AUTOSAR）提供了接口。
从图中可以看到，整套架构以Linux为内核的POSIX-OS作为基石，它既可以在多核系统中直接运行，也可以在额外的Hypervisor虚拟化环境中独立运行。来自整车厂和不同供应商的众多软件包分别构成了诊断服务、安全措施、通信服务等功能块，并集成在Adaptive-AUTOSAR工作组中。所有的软件通过Service Broker互通信息，并为传统的AUTOSAR软件提供接口。
域控制器架构优点
域控制器是以以太网为骨干网，面向服务的架构，按功能划分的集中化加速软硬件分离，节约整机成本，具体优点包括：
- 服务附加值提升。实现整车OTA功能后，整车厂可以通过系统升级持续地改进车辆功能，软件一定程度上实现了传统4S店的功能，可以持续地为提供车辆交付后的运营和服务。传统汽车产品交付就意味着损耗和折旧的开始，但软件OTA赋予汽车更多生命力，带来更好的用户体验。例如，自2012年Model S上市以来，特斯拉软件系统至今进行了多次大更新，平均几个月一次小更新，已经累计新增和改进功能超过50项，包括自动辅助驾驶、电池预热、自动泊车等功能。
- 算力集中化。可以真正地实现硬件标准化和软件开发重复利用，既实现供应商可替代，也可以大大缩短软件迭代周期，同时为日后第三方软件开发扫清了障碍。车辆将成为移动的智能终端，同时大量计算工作可以集中至车载中央处理器甚至云端，减少了内部冗余同时车联网协同成为可能。
- 内部结构简化。车载以太网开始取代CAN总线结构，半导体集成使得整车厂可以精简内部线束结构。例如，Model S内部线束长度长达3km，Model 3只有1.5km， Model Y的计划是将线束长度控制在100m。
未来商业模式的转变
随着汽车E/E架构从分布式向域集中式演变进化，汽车整车厂和汽车电子供应商的供应关系正发生深刻变革，汽车电子供应商数量将逐渐减少，DCU供应商的地位将愈发重要。
以智能座舱域控制器为例，一般会集成仪表和车机，未来则会逐步整合空调控制、HUD（Head-Up Display，平视显示器）、后视镜、手势识别、DMS（Driver Monitor System，驾驶员状态监测系统），甚至包括T-BOX（Telematics BOX，车载监控系统）和OBU（On board Unit，车载单元）。
因此，域控制器厂商和整车厂的开发合作将更加紧密。未来在自动驾驶域控制器领域，预计一级零部件供应商（Tier1）与整车厂之间将采取两种合作方式。
- Tier1负责中间层以及硬件生产，整车厂负责自动驾驶软件部分。Tier1的优势在于以合理的成本将产品生产出来并且加速产品落地，因此整车厂和Tier1进行合作生产是必然的，前者负责自动驾驶软件部分，后者负责硬件生产、中间层以及芯片方案整合。
- Tier1与芯片商合作，实现方案整合后，研发中央域控制器并向整车厂销售，例如德国大陆集团ADCU（ADAS Domain Controller Unit）、采埃孚ProAI、麦格纳MAX4等。
域控制器市场空间
据汽车和新能源行业的咨询机构佐思产研的预测，2025年全球汽车域控制器（座舱+自动驾驶）出货量将超过1400万套，2019-2025年均增长50.7%。
汽车未来电子构架
随着域控制器的提出，软件将根据相应功能域重新分类集成。未来的汽车电子系统，将越来越面向驾驶员并以服务为导向。车载娱乐系统、人车交互系统、车联网系统将扮演愈发重要的角色，其代码量也必将与日俱增。为了应对这一系统变革，必须将相应软件系统从分散在各处的ECU中剥离出来并重新集成在相应的DCU中。
下图展示了一种未来可能的汽车电子系统构架。左上角为面向驾驶员的域控制器，它主要负责与驾驶员的人机交互功能。它被从传统的动力系统等控制器中分离出来，并通过中央网关和以太网与其它域控制器进行通信连接。
通过智能天线和移动网络，使得车载电子系统与整车厂后台实时互联成为可能。对于用户来说，与云端后台实时互联将大大提高汽车所能接收的数据量，以便为驾驶员提供更多的车载服务。例如，汽车行驶时对环境的感知或对周围空余车位的信息收集，这不仅可以通过车载传感器完成，也可以通过云端后台的数据库实时获取。
另外，汽车机械磨损件的使用情况、电子系统软硬件错误报告等信息也可以被实时传送至云端。这意味着，错误诊断读取等服务将不需要客户将车开到4S店，而直接通过云端读取。这为汽车工程师对下一代汽车的改进和研发提供了大数据基础。现在大家所熟知OTA也将得益于这一构架更为普及。同时开放的汽车软件架构将为用户提供安装个性化软件应用的可能性。面向客户的汽车软件系统会像手机一样，提供越来越灵活和多样的使用体验。
作者：欧珊瑚
来源：https://mp.weixin.qq.com/s/X-tEGcq4vlnqIcZLUDwlTQ
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