請試著將客車視為電子控制單位(ECU)的集合,這些電子控制單位分散在汽車的各個角落上,並使用不同的網路相互通訊。在為車聯網(V2X)、自動駕駛和車輛電氣化增加更先進的汽車電子設備時,ECU的數量會增加,交換的資料量也會增加。
在領域架構中,ECU根據功能而分類為不同領域,而區域架構則是一種依照ECU在車輛內實際位置對其進行分類的新方法,並利用中央閘道來管理通訊。這種物理接近減少ECU之間的布線,不但節省空間,還能減輕車輛重量,同時也提升處理器速度。
要瞭解領域架構,首先要瞭解ECU通常根據功能分類的五個領域:動力系統領域、先進駕駛輔助系統領域、車載資訊娛樂系統領域、車身電子與照明領域及被動安全領域。
ECU透過其自身領域內特定且相關的網路進行通訊和交換資料,同時還與領域外的ECU進行通訊。由於不同領域可能採用不同的網路,因此需要由閘道充當橋接器。
採用領域型車輛架構的汽車,有一個中央閘道模組連接到汽車中的不同領域。每個領域執行多項功能。領域控制器(例如動力系統的車輛控制單元)包括閘道功能。此領域閘道有助於在支援相關領域的ECU之間,以及在該領域與車輛其餘部分之間進行數據通訊。
領域控制器同樣整合ECU,透過整合由多個ECU實現的常見功能,大幅降低系統成本。TI的Jacinto 7處理器整合原始處理能力的Arm Cortex A-72核心來處理資料、整合Arm Cortex R-5Fs進行即時控制,同時還整合用於高速網路的Gigabit時效性網路(TSN))和乙太網路交換器。
如果把汽車比喻成房間,把ECU比喻成聚集在房間內、討論著不同話題的人,那麼領域架構就相當於將這些人散亂地分組,讓房內的人在各自的討論群組中互相叫囂。
區域架構中的車輛根據ECU在車內的位置來組織ECU,並增加一個車輛運算模組。車輛運算模組是一部具有強大處理能力的電腦,可以執行任何功能的所有計算。此種架構可以使用低頻寬網路(例如控制器區域網路(CAN))在不同區域模組和中央閘道/運算模組之間進行通訊。不過,乙太網路等高速網路也是不錯的選擇,因為它們在汽車溫度內提供高可靠性和平穩運作。對於跨中央運算和區域模組的分散式運算,PCIe是非常適合的網路選擇。
工程師也會善用ECU重組來將配電架構最佳化,特別是重新設計智慧接線盒,將電力分配給車輛中的不同負載和ECU。具體來說,工程師正在用半導體解決方案取代繼電器和保險絲。
在區域架構中,配電箱是分散的,以便每個區域都有自己的配電單元來為相應區域中的模組供電。區域架構中的配電概念,每個區域都整合配電功能和管理網路流量的區域模組。新的配電架構將減輕線束電纜的重量,進而提高內燃機車輛的燃油效率,提高電池電動車的行駛里程。
將整車架構從目前的領域架構過渡到新區域架構是一項艱巨的任務。不僅必須設計新的區域模組,而且大多數軟體都必須重新開發和重新設定以支援新架構。此外,更換熔化保險絲和重新設計整車線束必須經過徹底的驗證和認證。所有這些都表明車輛架構很可能將移轉至跨界架構。
跨界架構是現有領域架構和新區域架構的結合,將保留領域和相應的邊緣節點。區域架構中的中央運算可能會細分為ADAS、IVI和VCU運算模組,領域專屬邊緣節點則直接與相應的中央運算模組通訊。跨界架構中的區域模組很可能專注於配電,而不是充當區域中所有邊緣節點的閘道。也就是說,區域模組看起來更像傳統的車身控制模組(BCM),只不過汽車中會有多個這樣的模組。
隨著ECU數量的增加,車輛架構已經演變為一種領域架構,其中ECU根據每個ECU正在執行的相關功能進行分組。然而,這已增加網路和配電的複雜性。汽車設計師現在正在設計基於區域架構的車輛,第一代車輛會是跨界架構,以最佳化資料和配電。新的區域架構最終將減輕線束電纜的重量,進而提高內燃機車輛的燃油效率,提高電池電動車的行駛里程。