AUTOSAR入门-汽车电子架构演进（一）ECU和域控制器

本次文章不show me the code，对一些汽车基础问题进行梳理。首先我们讲的这套AS平台的代码https://github.com/thatway1989/as，实现了AUTOSAR cp的功能，但是这套代码跟汽车有什么关系？整天AUTOSAR、诊断、CAN什么的，但是不知道在车上怎么用，就像只听见过猪叫，没见过猪跑一样。

首先AS这个平台模拟了一个域控制器，并且上面跑的代码就是AUTOSAR cp的代码。那么什么是域控制器，在汽车软件演进的过程中又扮演了什么角色，AUTOSAR的软件框架又是什么，跟汽车业务又有什么关系？这些将在文中一步一步分析。

另外，汽车电子框架演进为三步：分布式（ECU）-》集中式（域控制器）-》中央式（硬件虚拟化+SOA），也将在文中说明。

汽车电子构架演进涉及的内容比较多，这里分三篇进行介绍。本次文章先介绍ECU和域控制器。

1. 什么是ECU？

电子电路相对于机械控制的优点在于精细化和自动化，是智能化的基础。



首先，要精细化的控制，就需要在传统机械设备上引入电子电路。1968 年电子设备首次出现在汽车中，当时大众汽车在大众1600轿车的发动机中安装了电子控制单元 (ECU)，以帮助控制燃油喷射。

另外，在当今智能化汽车对控制要求更加严格，内燃机提供的动力比较奔放，不利于进行细微的控制，而电机，特别是步进电机，转动一圈360度可以按角度进行控制，极其精密，这样给智能驾驶提供了可能，智能驾驶需要非常细微的控制，复杂难控制的燃油发动机是不具备精细控制的条件的，不然把人撞死就完了。除却新能源，这就是电动车将要取代燃油车一个重要原因。



  上面提到ECU（Electronic Control Unit）电子控制器单元，它们的用途就是控制汽车的行驶状态以及实现其各种功能，是一块独立的电路板。主要是利用各种传感器、总线的数据采集与交换，来判断车辆状态以及司机的意图并通过执行器来操控汽车。



  随着汽车智能化的发展，汽车里面ECU逐渐增多，达到了100+。这么多ECU，汽车软件这时候的构架是分布式的，汽车里的各个ECU都是通过CAN和LIN总线连接在一起，如下图：



下面罗列一些主要的ECU：

EMS（Engine Mangement System）发动机管理系统，应用在包括汽油机PFI（如上图）、GDI，柴油机，混合动力系统等，主要控制发动机的喷油、点火、扭矩分配等功能。

TCU（Transmission Control Unit）自动变速箱控制单元，常用于AMT、AT、DCT、CVT等自动变速器中，根据车辆的驾驶状态采用不同的档位策略。

BCM（Body Control Module）车身控制模块，主要控制车身电器，比如整车灯具、雨刮、洗涤、门锁、电动窗、天窗、电动后视镜、遥控等。

ESP（Electronic Stability Program）车身电子稳定控制系统，车身电子稳定控制系统。ESP可以使车辆在各种状况下保持最佳的稳定性，在转向过度或转向不足的情形下效果更加明显。ESP是博世公司的专门叫法，譬如日产的车辆行驶动力学调整系统VDC（Vehicle Dynamic Control ），丰田的车辆稳定控制系统VSC（Vehicle Stability Control ），本田的车辆稳定性控制系统VSA（Vehicle Stability Assist Control），宝马的动态稳定控制系统DSC（Dynamic Stability Control ）等。现如今很多中高端合资车、国产车都会配备这个模块。

BMS（Battery Management System）电池管理系统，顾名思义这个控制器是专门针对配备有动力电池的电动车或者混合动力车准备的。主要功能就是为了能够提高电池的利用率，防止电池出现过度充电和过度放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。

VCU（Vehicle Control Unit）整车控制器，用于混合动力/纯电动汽车动力系统的总成控制器，负责协调发动机、驱动电机、变速箱、动力电池等各部件的工作，提高新能源汽车的经济性、动力性、安全性并降低排放污染。

2. 什么是域控制器？



当出现了这么多ECU，首先从成本上来说，这么多电路板，每个电路板上都有芯片，成本非常的高，并且这么多ECU要连线，线束的总长度很大，成本很高。这些电路板很多功能都是一样的，完全可以一个电路板把活干完，但是由于汽车不同零部件的供应商不一样，很难协调。另外这些ECU如果需要交互，在一起协调工作就变的很困难，满足不了智能控制的需求。

为了解决分布式EEA（Electrical ElectronicArchitecture电子电气架构）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（如下图）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（PowerTrain）、

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，如上图所示。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。

后记：

    前面说到域控制器是由域主控处理器、操作系统和应用软件及算法等三部分组成，而这三部分正式AUTOSAR软件构架所规范的内容，可以这么说AUTOSAR规范了域控制器的实现方式。下节介绍AUTOSAR软件框架。

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AUTOSAR是一种汽车电子架构的开放和标准化软件架构。它旨在确保软件的可重用性、可替换性和可扩展性。入门AUTOSAR，首先要理解其在汽车电子架构演进中的地位和作用。

在汽车中，ECU（电子控制单元）是传统车载网络的节点。而随着汽车智能化发展，ECU的功能愈发复杂，促使汽车架构演进到域控制器时代。域控制器是一个功能集成模块，负责特定功能域的控制和管理。AUTOSAR的软件框架就是为这些域控制器提供标准化的软件接口和功能模块。它的主要作用是帮助汽车制造商将复杂的汽车软件分解成标准化的模块和接口，提高了软件的可重用性和开发效率。通过模拟域控制器并运行AUTOSAR代码，我们能更好地理解这一软件架构在汽车业务中的实际应用价值。