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          產品接連量產上車,域控制器究竟是什么神仙技術?

          時間:2021-08-19 15:40:23來源:

          導語:?導讀:以智能座艙域控制器為例,進入智能座艙時代,運算處理復雜度呈指數級增加。

            在汽車行業,域控制器(DCU)悄悄火了起來。

            有數據顯示,最近一年域控制器相關職位的招聘熱度甚至已經超過三電,與ADAS接近。蓋世汽車在招聘平臺搜索發現,不管是車企,還是汽車零部件公司,亦或是近來才正式啟動造車的科技公司都在大肆招聘域控制器相關人員,且薪資水平較高。

            事實上,早在此之前,以上多方便已投身域控制器研發大潮,且已有不少產品成功量產“上車”,例如小鵬汽車P7已應用德賽西威IPU03自動駕駛域控制器,后續其他車型也將配套,今年7月上市的吉利星越L亦采用了域控制器,還聲稱具備全域FOTA能力……域控制器新車滲透率正快速提升。

            域控制器到底是什么?

            多方密集布局,滲透率快速提升,域控制器究竟是何方神圣?都有哪些神仙技能?

            在說明這一問題之前,我們有必要先來看看,在域控制器“上陣”之前,相關系統或部件是如何運作的。

            域控制器的前身是ECU(Electronic Control Unit),也就是電子控制器單元,又稱為汽車的“行車電腦”,它們的用途是控制汽車的行駛狀態以及實現其各種功能。

            在目前大部分傳統汽車采用的分布式E/E(電子電氣)架構中,ECU在汽車發動機、變速箱、安全氣囊等各底層執行零部件中廣泛應用,承擔決策功能。而在這樣的架構下,要實現智能化功能的升級,就需要增加ECU的數量。

            正因如此,近年來隨著汽車加速智能化,汽車中的ECU數量激增。據了解,從1993年到2010年,奧迪A8車型上使用的ECU數量從5個驟增至100余個,奧迪A8L裝配的ECU數量在2013年也已超過100個。

            而隨著智能化升級的加速尤其是自動駕駛的發展,一味增加ECU數量已并非良策。

            由于不同ECU來自不同供應商,無論是汽車功能的開發還是后期的維護升級,車企均需要和這些供應商分別溝通協作,過程繁瑣,汽車開發周期也因此拉長,人力物力成本隨之增長。

            不僅如此,ECU數量的不斷增加,提高了電源和數據分配的布線難度,導致越來越難進行自動化生產,而要更多依賴人工,當前人工成本上漲,如此一來自然不劃算。另外,各個ECU的運算能力不一,都需要自己的冗余設計,這也大幅提高了車企的成本。

            此外,由于多數情況下,車輛的智能化升級不僅僅需要單個ECU算力的大幅提升,還要求各個ECU之間可以進行高效的信息數據交換,且要留有足夠的算力冗余,以便應對各類突發情況,保障駕駛安全。

            而在分布式架構下,各個ECU之間多通過LIN/CAN等總線相連,傳輸速度本身有限,難以滿足智能汽車內部信息高效流轉的需求。

            從另一個維度來看,這也使得眾多ECU之間難以進行快速協同升級,也即讓整車持續的OTA升級變得難以實施。而要知道,為了降低成本和改善用戶體驗,OTA已成為智能汽車時代的一項基本技能。

            總而言之,原來的技術已經不夠用了,有著新技能的域控制器因此上陣。

            域控制器產生于傳統分布式E/E架構集中化的過程之中,相當于原本相互孤立的ECU相互融合,分組集中控制。借由域控制器,可實現全車100余ECU到少數幾個DCU的變化,控制功能迅速集中,前文所說的成本、安全或是升級問題也迎刃而解。

            域控制器可以用更少的器件完成更多的功能,有利于降低成本。據了解,在一項針對某家整車制造商的研究中,安波福發現,使用區域控制器可以整合9個ECU,并少用數百根單獨電線,這顯然降低了相關成本。不僅如此,車輛的重量也因此減少了8.5千克,這既有助于減少二氧化碳的排放,還可以延長電動汽車的續駛里程。

            另外,相較于傳統的分布式ECU,域控制器具備的算力可擴展、更靈活的整車OTA以及軟件比重的加大,使得汽車制造商有能力為用戶提供不斷迭代升級的功能體驗。也就是說,車企可以在不增加ECU的情況下,僅僅通過芯片算力和軟件算法就可以實現汽車功能的升級。

            更為關鍵的是,域控制器打破了傳統感知+算法+ECU的捆綁開發模式,由于多種傳感器的感知數據處理可以實現在域控制器計算平臺的數據融合,這意味著,車輛能夠及時做出更安全的決策。

            域控制器都有哪些門類?

            如今,市面上的域控制器產品越來越多,而產品品類不盡相同。盡管行業對域控制器尚沒有統一的分類標準,但從目前來看,域控制器主要有兩種分類方式。

            一種是按區域劃分,具體可分為前區域控制器、左區域控制器、右區域控制器等,由于集中度較高、難度較大等原因,目前僅有特斯拉、安波福等少數企業采用這樣的分類方式,且不同企業在區域控制器的具體劃分上也有所不同。

            開源證券資料顯示,在特斯拉Model3的架構中,配置有一個中央計算模塊及三個區域控制器,這三個區域控制器分別為前車身控制模塊、左車身控制模塊和右車身控制模塊。

            其中,左右車身控制模塊把部分基礎功能按區域進行對稱劃分,兩者分別負責各自區域內的內外部燈光、門鎖、車窗、駐車卡鉗等等。而相對于左車身控制器,右車身控制模塊還具有熱管理和自動泊車輔助系統兩個獨有的功能。

            前車身控制模塊則主要負責為整車中各個控制器進行電源分配,可以實時監測各個ECU用電情況,及時切斷部分處于靜態但功耗高的ECU供電。此外,前車身控制模塊還包括車前大燈、雨刮器等功能。

            安波福的SVA智能汽車架構則由一個中央計算集群和多個區域控制器構成。據悉這可以很好解決車內控制器過于繁瑣的問題,它能將車輛所有的計算整合到區域控制器中。同時,留出足夠的接口,以便后期使用中對汽車進行軟件更新,添加新功能。

            該公司表示,在先進的車輛電源和數據分配架構中,區域控制器是關鍵所在,而區域控制器的數量可以根據車輛的需求和復雜性進行調整。

            相較于這一分類方式,按照功能劃分的方式大家可能更為熟悉,目前多數車企或是零部件企業都采用這一方式。從目前來看,主要分類有動力域控制器、底盤域控制器、車身域控制器、座艙域控制器、自動駕駛域控制器,不同企業間略有差異。

            其中動力域控制器,顧名思義,主要集合的是動力總成相關功能,主要負責動力總成的優化與控制。當然動力域控制器不僅僅存在于傳統燃油車中,在新能源汽車中,隨著電驅和電控系統向集成化發展,動力域控制器也越來越多地應用。

            底盤域控制器,則主要負責具體的汽車行駛控制,需要對包括助力轉向系統、車身穩定系統、電動剎車助力器、安全氣囊控制系統等在內的系統進行統一的控制。據悉,華為推出的CCA電子電氣架構中,就由底盤域控制器綜合控制驅動、制動及轉向。

            座艙域控制器,負責的是汽車座艙電子系統功能,可融合傳統的車載信息系統(儀表)和車載娛樂系統(IVI)等功能,同時集成駕駛員監控系統、360環視系統、AR HUD、行車記錄儀和空調控制器等功能。

            車身域控制器,主要負責車身功能的整體控制。從目前的趨勢來看,由于車身域控制器涉及安全等級較低,隨著汽車電子電氣架構的進一步集中化,有望率先實現與智能座艙域的融合。

            自動駕駛域控制器,則具備多傳感器融合、定位、路徑規劃、決策控制、無線通訊、高速通訊的能力,通常需要外接多個攝像頭、毫米波雷達、激光雷達等設備,完成的功能包含圖像識別、數據處理等。由于要完成大量運算,域控制器一般都要匹配一個核心運算力強的處理器,能夠提供自動駕駛不同級別算力的支持。據悉,德賽西威IPU03的Xavier算力高達每秒30萬億次(30TOPS),可實時處理來自車輛雷達、攝像頭、激光雷達和超聲波系統的海量數據,運行感知、定位、規劃和控制等算法。

            域控制器都由哪些關鍵部分構成?

            不管是以上哪一類型,域控制器顯然都“壓力山大”,畢竟將眾多智能化功能控制的工作都攬到了自己身上,實力當然要跟上,而這并不簡單。

            從域控制器的構成來看,要做到這一點,需要主控芯片、軟件操作系統及中間件、應用算法等多層次軟硬件的有機結合,尤其是主控芯片,作為域控制器的核心部件,將面臨更高的要求。

            以智能座艙域控制器為例,進入智能座艙時代,運算處理復雜度呈指數級增加。不僅如此,整車廠往往在前期便需要預埋高性能硬件,因為只有這樣,后續才能逐步釋放預埋硬件的利用率,通過芯片算法和軟件算力實現不斷迭代持續更新。

            基于此,傳統的功能芯片將不再適用,必須選擇集成了中央處理器(CPU)、AI處理單元、圖像處理單元(GPU)、深度學習加速單元(NPU)等多個模塊的系統級SoC芯片。隨著各個主機廠越來越傾向于采用硬件預埋的方式進行智能化競賽,采用單個更高算力SoC芯片或多個SoC芯片成為主流趨勢。博世智能座艙域控制器技術,就將儀表和娛樂域多個ECU集成在一個SoC(片上系統)上。

            據悉,智能座艙傳統芯片廠商如恩智浦、德州儀器、瑞薩,消費芯片廠商如英偉達、高通、三星也也紛紛入局,座艙SoC正在成為供應商之間競爭的焦點。國內芯片廠商如地平線、芯馳科技、華為等也正瞄準智能座艙SoC芯片市場。

            同樣重要的還有軟件操作系統及中間件,他們主要負責對硬件資源進行合理調配,以保證各項智能化功能的有序進行。隨著汽車電子電氣架構的向域架構演變,域架構體系下操作系統和中間件的重要性顯著提高,同時系統軟件對于電池管理、汽車網聯化及相關服務的功能控制占比也逐漸增長。

            而就軟件操作系統來說,該系統大致可分為實時操作系統和非實時操作系統兩種。

            就實時操作系統而言,其重點在于反應的迅速,系統在接收到輸入信號后,能夠在短時間內處理完畢并予以反饋,其處理任務的(最遲)完成時間是確定可知的。

            正因如此,實時操作系統具備較高的安全性和可靠性,往往被應用在車控領域,包括傳統的車輛動力、底盤、車身以及新興的自動駕駛等。

            非實時操作系統與實時操作系統相對應,它的關鍵不在于反應的快慢,注重的是兼容性與開發生態,被廣泛應用于座艙娛樂等領域,例如阿里的AliOS、谷歌的Android Auto等。

            此外值得一提的是應用算法。應用算法是基于操作系統之上開發的軟件程序,也是汽車品牌差異化競爭的焦點。


          標簽: 智能汽車

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