汽车域控制器技术现状及发展趋势
1 汽车电子电气架构概述
汽车正从传统的机械装置逐步向电子产品进行转变，越来越多的电气系统用电模块被集成在汽车里。从1990年到2020年，汽车功能迅猛发展，以10年一个跨度爆炸式增长；90年初汽车仅仅是拥有一些常用的被动安全性功能，集成了一些常用的安全性质的模块如：ABS、EPS、安全气囊等等。到2000年前后汽车已经拥有了导航功能、巡航功能、胎压监测等功能。2010年前后远程启动、高阶的自适应巡航、电子刹车功能被应用于汽车里。到如今语音控制、自动驾驶成为研发主流。
在“软件定义汽车”的时代，电子电气架构作为汽车智能化的基底，目前已经成为智能网联车企的研发重点。受益于硬件架构、软件架构、通讯架构的发展与升级，传统汽车所采用的分布式架构将逐渐地被域集中电子电气架构、车辆集中电子电气架构等取代，未来更会以服务为导向，将更多的功能集成到更高性能的计算单元，催生真正的车载计算平台。
电子电气架构EEA（Electrical Electronic Architecture），是集合汽车的电子电气系统、ECU、各类传感器、线束、连接器、电子电气分配系统等设计为一体的整车电子电气解决方案，通过EEA的设计，可以将动力总成、底盘、智能驾驶、信息娱乐、车身、热管理等信息转化为实际分配的物理布局、信号网络、数据网络、诊断等电子电气解决方案。
传统分布式汽车电子电气架构的设计思想为硬件定义规格，系统功能的核心是ECU，汽车智能功能的升级依赖于ECU和传感器数量的累加；其硬件架构采用CAN总线网络和分布式功能单元构成，软硬件不能解耦；系统采用专用传感器、专用控制器、专用算法等为主要特征。
在目前汽车新四化的挑战和需求下面临着研发和生产成本剧增、安全性降低、算力不足且不能协同、计算冗余、产生极大浪费等问题，迫使汽车电子电气架构向着硬件架构、软件架构、通信架构和电源架构四个维度升级，由分布式向着域控制/中央集中式架构发展。
图1 EEA演进趋势
汽车电子电气架构朝着计算集中化、软件服务化、传感器/执行器外设化、开发组织敏捷化、合作模式深度化发展，重塑供应链体系、促进开发模式转变和商业模式创新，对车企产生成本、技术、产品和商业等角度的价值。
2 传统分布式架构
目前大部分车厂正在使用的分布式电子电气架构，采用分布式控制策略可以最大程度地利用汽车电气系统已有的软硬件资源和成熟的技术方案，从而有效地降低研发成本并缩短开发周期。该架构具有多达150个ECU，大部分ECU都具有嵌入式微控制器，这些微控制器可控制执行器、处理传感器信号、控制机械操作（如点火/喷射控制）并执行电子功能（如自动停车，安全气囊触发）。每个功能都有其自己的ECU，这些ECU通过线束连接，但不同ECU之间的相互通讯很少。
在传统汽车采用的分布式电子电气架构阶段，车辆各功能受不同且单一的电子控制单元控制。随着配置需求与功能实现方式的增加，导致整车中ECU数量激增。面对这种无限制的扩张，分布式E/E架构很难高效地分配和承载数据网络电能、控制器等过多的复杂功能，所以其不再是满足现阶段甚至未来智能化汽车所需要的更高算力与更强通讯能力的可拓展性的架构设计。同时，采用的传统E/E架构不能实现整车OTA，在智能化网联化功能软件出现BUG时，通过召回的方式才能最终解决难题，极大地影响了客户体验。
在分布式电子电气架构中，车内的电子控制单元 ECU 越来越多，车内的线束也随之增加，再加上分散的ECU模块结构复杂，容易导致线束错综复杂。同时车辆的BOM成本也会增加，除此之外，ECU数量多导致占用大量车内空间，需要大量的线束也会影响车重，总线带宽有限，整车扩展性差，软件开发和迭代成本高。
3 新能源汽车整车控制系统结构
新能源汽车作为一种绿色的运输工具在环保、节能以及驾驶性能等方面具有诸多内燃机汽车无法比拟的优点，其是由多个子系统构成的一个复杂系统，主要包括电池、电机、制动等动力系统以及其它附件（如图5所示）。
各子系统几乎都通过自己的控制单元（ECU）来完成各自功能和目标。为了满足整车动力性、经济性、安全性和舒适性的目标，一方面必须具有智能化的人车交互接口，另一方面，各系统还必须彼此协作，优化匹配，这项任务需要由控制系统中的整车控制器来完成。
基于总线的分布式控制网络是使众多子系统实现协同控制的理想途径。由于CAN总线具有造价低廉、传输速率高、安全性可靠性高、纠错能力强和实时性好等优点，己广泛应用于中、低价位汽车的实时分布式控制网络。随着越来越多的汽车制造厂家采用CAN协议，CAN逐渐成为通用标准。采用总线网络可大大减少各设备间的连接信号线束，并提高系统监控水平。另外，在不减少其可靠性前提下，可以很方便地增加新的控制单元，拓展网络系统功能。
新能源汽车整车控制器包括微控制器、模拟量输入和输出、开关量调理、继电器驱动、高速CAN总线接口、电源等模块。整车控制器对新能源汽车动力链的各个环节进行管理、协调和监控，以提高整车能量利用效率，确保安全性和可靠性。该整车控制器采集司机驾驶信号，通过CAN总线获得电机和电池系统的相关信息，进行分析和运算，通过CAN总线给出电机控制和电池管理指令，实现整车驱动控制、能量优化控制和制动回馈控制。该整车控制器还具有综合仪表接口功能，可显示整车状态信息；具备完善的故障诊断和处理功能；具有整车网关及网络管理功能。其结构原理如图6所示。
