域控制器发展对线束设计的影响

【摘要】域控制器（DCU，Domain Control Unit）的概念最早是由博世、大陆为首的Tierl 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，使更多核心的功能模块集中于域控制器内，功能集成度大大提高。本文简单介绍域控制器的特点、分类及对线束的影响。 

随着汽车E/E架构的演变进化，日益增长汽车电子功能，使得线束主干越来越粗，分支越来越多，线束体积越来越大，同样线束质量也会随之加重。为简化汽车线束铺设面积、减轻线束质量，适应电器功能的各项需求，域控制器在未来将被广泛应用在汽车上。

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，每个功能模块内部系统架构由域控制器为主导搭建，各个域内部的系统互联仍可使用CAN和FlexRay等通信总线。而不同域之间的通信，则需要传输性更高的以太网为主干网络承担信息交换任务。对于功能域的具体划分，不同的整车厂会有自己的电气架构设计理念，每个功能域中，控制域处于绝对中心，它们需要强大的处理功率和超高的实时性能以及大量的通信外设。

在控制器的发展历程中，可以将汽车电子架构分为3个阶段，分别是：以功能模块控制器为中心的阶段、域控制器阶段和集成式中央计算机阶段。最终，汽车将会成为一台载有超级计算机的无人驾驶交通工具。如图1所示。

图1 汽车电子电气架构的发展

按照电器模块及功能的划分，一般整车电子架构可以划分为5个域：驾驶辅助/自动驾驶域、智能座舱控制域、车身控制域、底盘域、动力总成域。而其中驾驶辅助/自动驾驶域、智能座舱域和车身域为汽车未来车企差异化竞争，实现软硬件分离，从而实现软件盈利的关键核心点。如图2所示。

图2 域控拓扑图

域控制器阶段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可以加速软硬件分离，节约整车电器架构的成本，具体的优点如下。

1） 减少内部算力的冗余，避免ECU数量膨胀，减少设计算力总需求。

2） 传统分布式架构难以实现实时交互，集中式架构可以统一交互，并实现整车功能协同。

3） 集中式架构后，线束缩短，整车质量减轻。

随着整车电器功能的不断增加，线束的铺设面积和线束质量都在面临巨大的挑战，而模块集成度越来越高和通信能力的不断提升，对于整车低压线束而言，无疑是雪中送碳。通过以下几点阐述域控对线束的影响。

3.1 功能模块的集成

整车低压线束铺设面积之所以会不断加大，其主要原因是模块之间的连接不能完全通过CAN来实现，还需要大量的物理硬线作为信号线进行往复传输，这就会导致线束回路增加，线束直径变粗，线束物料等成本也随之增加。

按照功能域的架构设计，可以把往来较多的功能设定为一个功能域，例如，可以将仪表控制器、T-box和娱乐主机等模块合并，命名为座舱域，各模块之间的信息交互完全可以在控制器内部完成，而仪表可以通过更快捷（电源线+视频线） 的方式给显示屏进行数据传输，从而大大减少导线的用量，不仅可以达到线束减负的作用，同时也减少了模块的数量和车内的占用空间。如图3所示。

图3 座舱域

3.2 域控的分布

为了降低控制器成本和整车质量，集成化需要把所有的功能器件从车头部分、中间部分和车尾区域进行有效的划分，如后制动灯、后位置灯、尾门锁、双撑杆统一连接到一个总的控制器里面。车身域控制器从分散化的功能组合逐渐过度到集成所有车身电子的基础驱动、钥匙功能、车灯、车门、车窗等的大控制器。

那么根据整车电器的功能以及位置，可以将域控制器布置在相对适中的位置，既可以满足域控自身的电性能要求，同时也兼容相应的电器功能连接。以图4为例，为更合理地分布架构，可以把域控分别布置在左右A柱两侧，且该位置也是机舱、仪表、车身以及门线束布置走向的必经之路，左右域分别控制以最短的传输距离连接相应的功能，这就使域控的分布得到了极大的发挥，同时也大大减少了整车线束导线用量。

图4 域控架构

3.3 传输速率的提高

在整车电器数量不断增加、信息交互呈几何增长的前提下，单靠传统的线束导线传输信号已经完全无法满足信息交互需求，那么车载网络的通信速度也必须随之提升。从传统的LIN、CAN再到FlexRay总线和以太网，其传输速率也在不断刷新记录，或许在未来的某个阶段，整车低压线束将会演变成新的构建，即电源线和信号线，柔性电路装置也必将会诞生。

纵观整个汽车行业的发展，智能网联化带来信息流一直在大量增加，逐渐由传统造车演变为架构和软件定义汽车，再加上控制单元的高集成度和信息交互速率的大幅提升，必将为线束的轻量化和自动化装配打下夯实基础。相信在域控制器不断进入车载网络系统的趋势下，汽车电子系统也必将产生由内而外的大变革。