过去十多年的汽车智能化和信息化发展产生了一个显著结果就是ECU芯片使用量越来越多。从传统的引擎控制系统、安全气囊、防抱死系统、电动助力转向、车身电子稳定系统;再到智能仪表、娱乐影音系统、辅助驾驶系统;还有电动汽车上的电驱控制、电池管理系统、车载充电系统,以及蓬勃发展的车载网关、T-BOX和自动驾驶系统等等。

传统的汽车电子电气架构都是分布式的(如下图2-1),汽车里的各个ECU都是通过CAN和LIN总线连接在一起,现代汽车里的ECU总数已经迅速增加到了几十个甚至上百个之多,整个系统复杂度越来越大,几近上限。在今天软件定义汽车和汽车智能化、网联化的发展趋势下,这种基于ECU的分布式EEA也日益暴露诸多问题和挑战。

为了解决分布式EEA的这些问题,人们开始逐渐把很多功能相似、分离的ECU功能集成整合到一个比ECU性能更强的处理器硬件平台上,这就是汽车“域控制器(Domain Control Unit,DCU)”。域控制器的出现是汽车EE架构从ECU分布式EE架构演进到域集中式EE架构(如图2-2所示)的一个重要标志。

域控制器是汽车每一个功能域的核心,它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。平台化、高集成度、高性能和良好的兼容性是域控制器的主要核心设计思想。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,再加上数据交互的标准化接口,因此能极大降低这部分的开发和制造成本。

对于功能域的具体划分,各汽车主机厂家会根据自身的设计理念差异而划分成几个不同的域。比如BOSCH划分为5个域:动力域(Power Train)、底盘域(Chassis)、车身域(Body/Comfort)、座舱域(Cockpit/Infotainment)、自动驾驶域(ADAS)。这也就是最经典的五域集中式EEA,如下图2-2所示。也有的厂家则在五域集中式架构基础上进一步融合,把原本的动力域、底盘域和车身域融合为整车控制域,从而形成了三域集中式EEA,也即:车控域控制器(VDC,Vehicle Domain Controller)、智能驾驶域控制器(ADC,ADAS\AD Domain Controller)、智能座舱域控制器(CDC,Cockpit Domain Controller)。大众的MEB平台以及华为的CC架构都属于这种三域集中式EEA。

2018年,基于德尔福提供的域控制器技术,奥地利TTTech公司开发的zFAS控制器率先应用在奥迪A8当中。伟世通公司则推出了SmartCore域控制器,集成信息娱乐、仪表板、信息显示、HUD、ADAS等功能。这些产品开创了商用功能域控制器产品之先河,全球各大Tier 1供应商纷纷跟进,整个域控制器市场逐渐发展起来。

在国内市场,华为、德赛西威、航盛电子、东软等企业也推出了DCU解决方案,并得到了国内车企的采用。比如,2020年小鹏汽车推出的智能轿跑P7就采用了德赛西威基于英伟达Xavier打造的自动驾驶域控制器产品——IPU03。

当前,整个业界对DCU市场都有非常乐观的预期。据佐思产研的预测,2025年全球汽车DCU(座舱+自动驾驶)出货量将超过1400万套,2019-2025期间年平均增长高达50.7%。

整个汽车行业普遍认为,域控制器是汽车电子行业未来竞争门槛最高的部分,因此利润也最高,芯片厂商和核心算法供应商将会受益。

更多更好的ADAS功能和智能座舱与信息娱乐功能一直是推动域控制器市场快速增长的主要因素,这些新功能能明显提高整车的科技感和用户体验,因此也是主机厂开发新车型时的投入重点。L1到L2+级别之间的ADAS应用是这几年发展非常快,很多功能都正在快速普及,比如:停车辅助、车道偏离预警、自适应巡航、碰撞避免、盲点侦测、驾驶员疲劳探测等。

域控制器需要一颗性能更强、集成度越高的主控处理器来作为其大脑,更多原本通过分离ECU实现的功能现在可以放到域主控处理器上来实现,也因此就能更加节省功能域里所需的ECU用量和其它硬件资源。更高的集成度可以更主机厂供应链管理实现ADAS域控和相关零部件平台化和标准化的要求。

汽车E/E架构的演进和发展,也深刻影响了主机厂和汽车电子供应商的供应关系。主机厂的核心竞争力从以前的机械制造为主,全面转向软件和算法为重点。预计未来整车厂与Tier 1供应商之间将可能有两种合作模式:

其一,Tier 1负责域控制器硬件设计和生产,以及中间层Middleware软件部分。整车厂负责自动驾驶软件部分。Tier 1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Tier 1进行合作生产方式是必然,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。这种模式下,在项目立项时,整车厂又可能跨过Tier 1直接与芯片厂商确定方案的芯片选型。

其二,Tier 1自己与芯片商合作,做方案整合后研发中央域控制器并向整车厂销售,例如大陆ADCU、采埃孚ProAI、麦格纳MAX4等。

座舱智能化的实质是基于汽车驾驶舱中的人机交互场景,将驾驶信息与娱乐信息两个模块进行集成,为用户提供高效的、直观的、充满未来科技感的驾驶体验。智能座舱的设计诉求主要是用于提升用户的驾乘体验,同时还要保证用户驾乘的安全性和舒适性,最终实现汽车作为人们工作和家庭场景以外的第三生活空间这一终极目标。

智能座舱域包括HUD、仪表盘(Cockpit)和车载娱乐信息系统(In-Vehicle Infotainment,简称IVI)三个最主要的组成部分。

HUD是非常实用的功能,将ADAS和部分导航功能投射到挡风玻璃上,诸如ACC、行人识别、LDW、路线提示、路口转弯提示、变道提示、剩余电量、可行驶里程等。HUD将很快会演变为AR HUD,在L3和L4时代成为标配。

进入L3时代,驾驶员状态监测(Driver Status Monitor,DMS)将成为必备的功能,包括:面部识别、眼球追踪、眨眼次数跟踪等将引入机器视觉和深度学习算法。而L4时代则必备V2X(Vehicle to everything)。

另外,多模态交互技术的蓬勃发展将会极大改变用户与汽车的交互模式。基于语音识别功能的语音交互技术越来越普及,常用于跟IVI系统的交互操作。进一步还能通过语音来对驾驶员进行情绪状态分析。当DMS系统检测到驾驶员昏昏欲睡时,系统可以通过播放音乐或者释放香味来唤醒驾驶员;基于多场景下的汽车座舱多模态交互技术未来一定会重新定义人机交互技术的发展。

智能座舱域控制器领。

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