電動(dòng)汽車行駛區(qū)域控制器關(guān)鍵技術(shù)及挑戰(zhàn)

2022年11月15日，由蓋世汽車主辦，上海虹橋國(guó)際中央商務(wù)區(qū)管委會(huì)、上海閔行區(qū)人民政府指導(dǎo)，上海南虹橋投資開發(fā)（集團(tuán)）有限公司協(xié)辦的2022第二屆智能汽車域控制器創(chuàng)新峰會(huì)上，極氪汽車域控制器開發(fā)總工竇國(guó)偉表示，在總體開發(fā)思路上，開發(fā)流程、軟硬件架構(gòu)的定義都可繼承傳統(tǒng)的開發(fā)思路，最大的區(qū)別在于系統(tǒng)的復(fù)雜度達(dá)到了前所未有的高度。

竇國(guó)偉 | 極氪汽車域控制器開發(fā)總工

以下是演講內(nèi)容整理：

今天給大家分享一下電動(dòng)汽車行駛區(qū)域控制器的開發(fā)技術(shù)以及挑戰(zhàn)。我的分享包括三方面：第一，行業(yè)內(nèi)區(qū)域控制器的技術(shù)和趨勢(shì)；第二，極氪汽車在區(qū)域控制器的落地方案；第三，區(qū)域控制器當(dāng)前面臨的問題以及對(duì)應(yīng)挑戰(zhàn)的一些措施。

首先，從行業(yè)角度來分析，目前，汽車作為中國(guó)的主要行業(yè)方向，它現(xiàn)在有三個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，第一，動(dòng)力系統(tǒng)角度，從內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)向純電系統(tǒng)；第二，控制系統(tǒng)角度，從集中分布式到集中式；第三，整車角度，從一個(gè)封閉系統(tǒng)變成開放式平臺(tái)架構(gòu)。

綜合三個(gè)角度來講，其實(shí)是將汽車的屬性進(jìn)行了廣泛的內(nèi)外延擴(kuò)展，從傳統(tǒng)汽車交通工具的屬性變成現(xiàn)在汽車第三生活空間的屬性，到未來汽車人車一體的屬性。在這樣一個(gè)大變局下，作為主機(jī)廠，我們現(xiàn)在也有了一個(gè)認(rèn)識(shí)，那就是要對(duì)當(dāng)前的變革趨勢(shì)進(jìn)行精準(zhǔn)識(shí)別，和Tier 1、Tier 2來共創(chuàng)行業(yè)新局面。

在汽車發(fā)展過程中，汽車電子是一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)。比如軟件定義汽車，這個(gè)在行業(yè)內(nèi)基本上達(dá)成了一個(gè)共識(shí)，汽車所有的功能：智能化、集成化、平臺(tái)化的發(fā)展其實(shí)都離不開軟件，但軟件定義汽車不是汽車發(fā)展的終結(jié)，也不是汽車發(fā)展的開始。

我們汽車最開始是由機(jī)械定義的，再往后是車控硬件來定義，硬件是軟件定義汽車、數(shù)據(jù)定義汽車的重要載體，這也是為什么說汽車從一個(gè)封閉系統(tǒng)走向開放系統(tǒng)。在這個(gè)過程中，主機(jī)廠和Tier 1、Tier 2的關(guān)系，乃至整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的商業(yè)關(guān)系也發(fā)生了一些變化。

其中，主機(jī)廠的核心能力，正在從硬件逐漸轉(zhuǎn)向軟件，商業(yè)模式也是從單次交付轉(zhuǎn)向多次交付，產(chǎn)業(yè)鏈從垂直整合、清晰分明，現(xiàn)在變成平鋪化，多維度、多角度合作的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)。

在汽車電子的發(fā)展過程中，EEA是很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，從分布式到集成式，到跨域融合，到中央超算這種演進(jìn)趨勢(shì)已經(jīng)非常明朗了。目前，很多主機(jī)廠已向集中式演進(jìn)，遇到了包括算力、帶寬、安全在內(nèi)的種種挑戰(zhàn)，行業(yè)不僅要滿足終端客戶對(duì)于差異化、個(gè)性化功能的需求，在開發(fā)迭代速度上也要不斷提升。

在大的集中式架構(gòu)演進(jìn)趨勢(shì)下，每家主機(jī)廠、Tier1、科技公司都有自己不同EE架構(gòu)的策略或模式，這些模式有相同之處，也有不同之處，一方面都是按照集中式往下走，不同之處在于細(xì)分的技術(shù)路線不同：比如主機(jī)廠可能更多是向區(qū)塊集中的方式演進(jìn)，Tier 1更多關(guān)注功能集中，這是主流趨勢(shì)的分析。

總結(jié)下來，兩條路線分別是功能集中和區(qū)域集中，從我個(gè)人角度看，我認(rèn)為這只是向中央趨勢(shì)過渡的兩種路徑，最終目的是不變的。

行業(yè)的現(xiàn)狀趨勢(shì)如上，極氪是如何應(yīng)對(duì)的？

首先從總體思路上，我認(rèn)為電動(dòng)汽車區(qū)域控制器的開發(fā)，不是一個(gè)新的東西，還是屬于汽車電子 系統(tǒng)，是它的升級(jí)和演變，所以開發(fā)思路本身也是可以繼承過來的，開發(fā)上我們也按照系統(tǒng)、軟件、硬件、集成、測(cè)試、標(biāo)定這樣一種從上到下的流程。

從架構(gòu)上定義，從功能架構(gòu)、系統(tǒng)架構(gòu)到應(yīng)用軟件架構(gòu)、技術(shù)軟件架構(gòu)，一直到整個(gè)硬件芯片的選型，硬件架構(gòu)的方案等等，這本身也沒有差別，唯一差別就是復(fù)雜度被提升到了前所未有的高度。

極氪本身有很多域控產(chǎn)品。今天主要介紹動(dòng)力底盤域產(chǎn)品，當(dāng)前采用的是扁平分布式方案，比如說自動(dòng)駕駛域控制器ASDM，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)感知、信息融合、路徑規(guī)劃、決策控制等功能，而VDSW則負(fù)責(zé)車輛運(yùn)動(dòng)姿態(tài)估算，橫向/縱向加速度仲裁，驅(qū)動(dòng)/制動(dòng)扭矩請(qǐng)求計(jì)算等，SUM則是主動(dòng)懸架，還有BCM，EPS，VCU等不同功能模塊，都是為了實(shí)現(xiàn)行駛域的各項(xiàng)功能需求。

而極氪進(jìn)化的目標(biāo)，也就是中央超算+域控制器，融合了“區(qū)”和“域”兩種概念，既是一個(gè)區(qū)，同時(shí)也是一個(gè)域，不僅融合了行駛相關(guān)的功能，而且將不同零部件級(jí)的控制器進(jìn)行了分層。

為了實(shí)現(xiàn)這樣的一個(gè)目標(biāo)，我們有兩種大的路徑：1，基于三電域功能融合底盤控制功能。2、基于當(dāng)前的VCU控制器，進(jìn)一步做軟件功能的集成和升級(jí)。

路徑1又分3種不同的分支路徑，但總體來說就是把動(dòng)力相關(guān)的BMS低壓控制模塊（包含BMU主板硬件+全部軟件）、ICC整車充電放電模塊，IGM/IEM管理軟件，進(jìn)行整合。融合的整體方針策略都是“控制決策集中往上升移，傳感執(zhí)行下放”，從而形成分層化架構(gòu)。根據(jù)功能屬性的不同，功能對(duì)硬件依賴程度的不同，可以采取不同的融合方式，不管是硬件融合還是軟件融合，目標(biāo)都是功能融合。

這種方式符合區(qū)域控制器的需求和定位，可以發(fā)揮三電優(yōu)勢(shì)，融合更多功能，形成不可替代的優(yōu)勢(shì)，且階段產(chǎn)品開發(fā)難度小。缺點(diǎn)在于底盤融合功能開發(fā)難度較大，先融合三電功能，可以給底盤融合功能開發(fā)留出時(shí)間。

稍微展開一下，因?yàn)槲覀冄邪l(fā)的是行駛域控制器，所以主要是動(dòng)力+底盤域控融合，其中動(dòng)力有電機(jī)控制，又細(xì)分為低壓控制、高壓驅(qū)動(dòng)功能、執(zhí)行控制功能，依賴不同的硬件進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，動(dòng)力域?qū)π盘?hào)的實(shí)時(shí)性要求較高，總體以軟件融合為主，而硬件是相對(duì)獨(dú)立，所以需要進(jìn)行硬件的降級(jí)才能實(shí)現(xiàn)。

電池管理系統(tǒng)其實(shí)也是相對(duì)來說比較復(fù)雜的系統(tǒng)，也是分高壓板、主板、從板，其中主板承載了大部分功能，從板和高壓板可以被看作是一個(gè)高級(jí)傳感器，所以我們不僅采用了有主板的全融合方式，還有主板降級(jí)的不同方式。

充電也是面臨同樣的問題，極氪同時(shí)面向中外市場(chǎng)，那么如何將中歐美日的標(biāo)準(zhǔn)都集成過來實(shí)現(xiàn)，這是我們必須考慮的問題，這樣同樣導(dǎo)致了兩種不同方案，一種是硬件降級(jí)，軟件融合，第二種是軟硬件全融合。

最終從三電系統(tǒng)的功能融合來講，同樣可以歸納為兩類：一類是High Level（高階融合）；還有Full Level（全融合），全融合就是把硬件軟件融合，整個(gè)動(dòng)力域都是一個(gè)大腦。High Level主要是軟件功能的融合，而其他零部件級(jí)控制器保留，只是把一些功能上移，硬件降級(jí)。

High Level、Full Level如何選擇？當(dāng)時(shí)我們也討論了很久，從技術(shù)先進(jìn)性、實(shí)現(xiàn)性、成本等各個(gè)維度進(jìn)行了對(duì)比分析，最終選擇了High Level方案，這個(gè)比較符合行業(yè)的趨勢(shì)，也比較符合公司當(dāng)前的需求。

基于前面的討論和探索，最終的方案設(shè)計(jì)有兩個(gè)核心思路：1、系統(tǒng)級(jí)行駛功能上移，控制決策端集中，形成高功能集成度的域控制器。2、傳感和執(zhí)行下放，數(shù)據(jù)交互接口標(biāo)準(zhǔn)化，形成標(biāo)準(zhǔn)化感知和執(zhí)行零部件。

包含MGM/IEM，PCMU，BECM，CDD幾個(gè)模塊，其中PCMU是我們產(chǎn)品落地的形態(tài)，它承載了動(dòng)力底盤域核心控制功能的實(shí)現(xiàn)。通過這種方式，我們將所有行駛相關(guān)的功能做了上移，形成動(dòng)力底盤域的核心大腦，而傳感和執(zhí)行都下放，促成數(shù)據(jù)交互接口標(biāo)準(zhǔn)化。

除了硬件，軟件是更值得去研究和開發(fā)的內(nèi)容，在軟件上我們也做了層次化的劃分。整車功能被分為五縱四橫，首先是“五縱”：部分ECU實(shí)現(xiàn)帶有實(shí)際物理部件的基礎(chǔ)功能，如電機(jī)、燈光、雨刮等；其他ECU負(fù)責(zé)采集、執(zhí)行，計(jì)算放到區(qū)域控制器和中央控制器中，目的是讓功能被部署到合適的控制器里面。

這就遇到了一個(gè)問題：哪些功能要融合到動(dòng)力底盤域和行駛域，哪些功能要放在更上層？因?yàn)槿诤鲜潜厝坏模诤系侥膫€(gè)層級(jí)，是區(qū)域控制器還是中央計(jì)算控制器內(nèi)？這就是“四橫”的作用：包括車輛協(xié)調(diào)、車輛調(diào)度、車輛控制、多車協(xié)調(diào)等不同層級(jí)的功能。

分類的關(guān)鍵維度在于實(shí)時(shí)響應(yīng)需求，響應(yīng)比較快的我們可能要放在零部件級(jí)控制器，而響應(yīng)在10毫秒左右的就會(huì)放在區(qū)域控制器，響應(yīng)大于10毫秒的放在中央超算，采用以上這樣一種分布邏輯。

接下來介紹下PCMU（行駛域控制器）的產(chǎn)品亮點(diǎn)，這款產(chǎn)品是具備高算力和高安全性的智能行駛域控制器，集中化控制車輛驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向等行駛功能，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力底盤一體化控制、車云協(xié)同、全生命周期管理，滿足level 3以上自動(dòng)駕駛行駛功能需求。

首先，產(chǎn)品支持中歐美日全球充電標(biāo)準(zhǔn)；第二，支持專有Flexray通訊協(xié)議；第三，具備豐富的硬件資源，可平滑向ZC擴(kuò)展升級(jí)；第四，滿足動(dòng)力底盤域高安全和硬實(shí)時(shí)性控制要求，ASILD算力達(dá)到8kDMIPS；第五，實(shí)現(xiàn)Fail-Operational的功能安全，滿足level 3以上車輛控制要求。

總體來講，整個(gè)行駛域的功能分三級(jí)：ASW、BSW、HW，每個(gè)層級(jí)都實(shí)現(xiàn)了一些差異化功能，總體實(shí)現(xiàn)（區(qū)）域內(nèi)低壓電源管理和全球高壓充電管理，集成車輛橫縱向，3/4電機(jī)分布式驅(qū)動(dòng)實(shí)時(shí)控制功能，實(shí)現(xiàn)車輛行駛一體化控制。

再把視野擴(kuò)展一下，做行駛域控制器不是極氪的終點(diǎn)，也不是起點(diǎn)，極氪做它的目標(biāo)是向類似中央超算的最終層級(jí)演進(jìn)，在這個(gè)過程中，硬件會(huì)伴隨產(chǎn)品迭代而不斷升級(jí)；軟件和功能也會(huì)慢慢加深融合。在開發(fā)的過程中，極氪也面臨著很多共性的問題和關(guān)鍵技術(shù)能力的提升，以下簡(jiǎn)單列舉六點(diǎn)：

1、域控系統(tǒng)集成及測(cè)試技術(shù)，建立仿真測(cè)試平臺(tái)和能力。2、多核/芯異構(gòu)的硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)技術(shù)（MCU+SoC），實(shí)現(xiàn)安全，保障異構(gòu)架構(gòu)下的實(shí)時(shí)通信，建立域控制器硬件平臺(tái)開發(fā)能力。3、基于AUTOSAR（CP+AP）面向服務(wù)（SOA）的異構(gòu)軟件平臺(tái)架構(gòu)，建立基礎(chǔ)軟件開發(fā)能力。

4、基于模型設(shè)計(jì)（MBD）面向服務(wù)（SOA）的應(yīng)用軟件架構(gòu)及功能開發(fā)技術(shù)。5、面向車載以太網(wǎng)的通信協(xié)議，基于域控制器需求實(shí)現(xiàn)SOMEIP、DOIP、UDP、TCP等面向服務(wù)的車載以太網(wǎng)通信協(xié)議（SOC）。6、電動(dòng)汽車大數(shù)據(jù)開發(fā)及智能算法技術(shù)，建立基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)/模型控制的軟件開發(fā)能力，優(yōu)化動(dòng)力系統(tǒng)運(yùn)行及提供個(gè)性化功能服務(wù)。

除了以上，還有信息安全的問題，涉及到安全目標(biāo)定義、功能的安全評(píng)估等，整個(gè)流程都需要在各環(huán)節(jié)進(jìn)行打通，尤其對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)一以滿足信息安全的要求。

在這個(gè)過程中有各種挑戰(zhàn)，也必然要思考其應(yīng)對(duì)方式。比如說合作模式發(fā)生了改變，原本是黑盒交付，主機(jī)廠做集成，現(xiàn)在集中式的開發(fā)架構(gòu)下，OEM需要組建自己的專業(yè)團(tuán)隊(duì)，而Tier 0.5出現(xiàn)了，現(xiàn)在的合作模式是：Tier 0.5+OEM，深度開放地合作以應(yīng)對(duì)中央+區(qū)控架構(gòu)開發(fā)的要求。

還有就是開發(fā)模式改變，客戶對(duì)功能開發(fā)的實(shí)時(shí)性、個(gè)性化要求越來越高，在開發(fā)的過程中，我們必須進(jìn)行快速地迭代和嘗試，和上下游充分交流，簡(jiǎn)化開發(fā)的流程，讓我們的產(chǎn)品和功能可以快速輸出給客戶、得到反饋、并進(jìn)行功能迭代，整個(gè)開發(fā)模式從傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向敏捷開發(fā)。

另外的應(yīng)對(duì)措施就是持續(xù)集成和持續(xù)測(cè)試，其應(yīng)對(duì)目標(biāo)還是一個(gè)字：快。通過持續(xù)集成和持續(xù)測(cè)試的技術(shù)，讓產(chǎn)品快速研發(fā)后進(jìn)行快速測(cè)試、交付，這其中涉及到很多工具代碼和工具鏈，還有一些極氪自己開發(fā)的規(guī)范和測(cè)試腳本，旨在打通整個(gè)持續(xù)測(cè)試全流程與工具鏈。這里推薦兩個(gè)工具：Confluence和Jira，這兩種工具很輕便，很網(wǎng)頁化，但是確實(shí)很快好用。

以上就是對(duì)極氪汽車在域控制器開發(fā)領(lǐng)域的思考和應(yīng)對(duì)措施的全部分享。

（以上內(nèi)容來自極氪汽車域控制器開發(fā)總工竇國(guó)偉于2022年11月14日由蓋世汽車主辦，上海虹橋國(guó)際中央商務(wù)區(qū)管委會(huì)、上海閔行區(qū)人民政府指導(dǎo)，上海南虹橋投資開發(fā)（集團(tuán)）有限公司協(xié)辦的2022第二屆智能汽車域控制器創(chuàng)新峰會(huì)發(fā)表的《電動(dòng)汽車行駛區(qū)域控制器關(guān)鍵技術(shù)及挑戰(zhàn)》主題演講。）