電動汽車行駛區(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，上海虹橋國際中央商務(wù)區(qū)管委會、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）有限公司協(xié)辦的2022第二屆智能汽車域控制器創(chuàng)新峰會上，極氪汽車域控制器開發(fā)總工竇國偉表示，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)雜度達到了前所未有的高度。

竇國偉 | 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；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，汽車作為中國的主要行業(yè)方向，它現(xiàn)在有三個發(fā)展趨勢，第一，動力系統(tǒng)角度，從內(nèi)燃機轉(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，從一個封閉系統(tǒng)變成開放式平臺架構(gòu)。

綜合三個角度來講，其實是將汽車的屬性進行了廣泛的內(nèi)外延擴展，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。在這樣一個大變局下，作為主機廠，我們現(xiàn)在也有了一個認識，那就是要對當(dāng)前的變革趨勢進行精準(zhǔn)識別，和Tier 1、Tier 2來共創(chuàng)行業(yè)新局面。

在汽車發(fā)展過程中，汽車電子是一個很重要的環(huán)節(jié)。比如軟件定義汽車，這個在行業(yè)內(nèi)基本上達成了一個共識，汽車所有的功能：智能化、集成化、平臺化的發(fā)展其實都離不開軟件，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封閉系統(tǒng)走向開放系統(tǒng)。在這個過程中，主機廠和Tier 1、Tier 2的關(guān)系，乃至整個產(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趨勢已經(jīng)非常明朗了。目前，很多主機廠已向集中式演進，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于差異化、個性化功能的需求，在開發(fā)迭代速度上也要不斷提升。

在大的集中式架構(gòu)演進趨勢下，每家主機廠、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，不同之處在于細分的技術(shù)路線不同：比如主機廠可能更多是向區(qū)塊集中的方式演進，Tier 1更多關(guān)注功能集中，這是主流趨勢的分析。

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

行業(yè)的現(xiàn)狀趨勢如上，極氪是如何應(yīng)對的？

首先從總體思路上，我認為電動汽車區(qū)域控制器的開發(fā)，不是一個新的東西，還是屬于汽車電子 系統(tǒng)，是它的升級和演變，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，比如說自動駕駛域控制器ASDM，主要負責(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則負責(zé)車輛運動姿態(tài)估算，橫向/縱向加速度仲裁，驅(qū)動/制動扭矩請求計算等，SUM則是主動懸架，還有BCM，EPS，VCU等不同功能模塊，都是為了實現(xiàn)行駛域的各項功能需求。

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

為了實現(xiàn)這樣的一個目標(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，進一步做軟件功能的集成和升級。

路徑1又分3種不同的分支路徑，但總體來說就是把動力相關(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，融合更多功能，形成不可替代的優(yōu)勢，且階段產(chǎn)品開發(fā)難度小。缺點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)留出時間。

稍微展開一下，因為我們研發(fā)的是行駛域控制器，所以主要是動力+底盤域控融合，其中動力有電機控制，又細分為低壓控制、高壓驅(qū)動功能、執(zhí)行控制功能，依賴不同的硬件進行實現(xiàn)，動力域?qū)π盘柕膶崟r性要求較高，總體以軟件融合為主，而硬件是相對獨立，所以需要進行硬件的降級才能實現(xiàn)。

電池管理系統(tǒng)其實也是相對來說比較復(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高級傳感器，所以我們不僅采用了有主板的全融合方式，還有主板降級的不同方式。

充電也是面臨同樣的問題，極氪同時面向中外市場，那么如何將中歐美日的標(biāo)準(zhǔn)都集成過來實現(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，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，整個動力域都是一個大腦。High Level主要是軟件功能的融合，而其他零部件級控制器保留，只是把一些功能上移，硬件降級。

High Level、Full Level如何選擇？當(dāng)時我們也討論了很久，從技術(shù)先進性、實現(xiàn)性、成本等各個維度進行了對比分析，最終選擇了High Level方案，這個比較符合行業(yè)的趨勢，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)計有兩個核心思路：1、系統(tǒng)級行駛功能上移，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幾個模塊，其中PCMU是我們產(chǎn)品落地的形態(tài)，它承載了動力底盤域核心控制功能的實現(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實現(xiàn)帶有實際物理部件的基礎(chǔ)功能，如電機、燈光、雨刮等；其他ECU負責(zé)采集、執(zhí)行，計算放到區(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。

這就遇到了一個問題：哪些功能要融合到動力底盤域和行駛域，哪些功能要放在更上層？因為融合是必然的，但融合到哪個層級，是區(qū)域控制器還是中央計算控制器內(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)等不同層級的功能。

分類的關(guān)鍵維度在于實時響應(yīng)需求，響應(yīng)比較快的我們可能要放在零部件級控制器，而響應(yīng)在10毫秒左右的就會放在區(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，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、制動、轉(zhuǎn)向等行駛功能，實現(xiàn)動力底盤一體化控制、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擴展升級；第四，滿足動力底盤域高安全和硬實時性控制要求，ASILD算力達到8kDMIPS；第五，實現(xiàn)Fail-Operational的功能安全，滿足level 3以上車輛控制要求。

總體來講，整個行駛域的功能分三級：ASW、BSW、HW，每個層級都實現(xiàn)了一些差異化功能，總體實現(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電機分布式驅(qū)動實時控制功能，實現(xiàn)車輛行駛一體化控制。

再把視野擴展一下，做行駛域控制器不是極氪的終點，也不是起點，極氪做它的目標(biāo)是向類似中央超算的最終層級演進，在這個過程中，硬件會伴隨產(chǎn)品迭代而不斷升級；軟件和功能也會慢慢加深融合。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，以下簡單列舉六點：

1、域控系統(tǒng)集成及測試技術(shù)，建立仿真測試平臺和能力。2、多核/芯異構(gòu)的硬件平臺設(shè)計技術(shù)（MCU+SoC），實現(xiàn)安全，保障異構(gòu)架構(gòu)下的實時通信，建立域控制器硬件平臺開發(fā)能力。3、基于AUTOSAR（CP+AP）面向服務(wù)（SOA）的異構(gòu)軟件平臺架構(gòu)，建立基礎(chǔ)軟件開發(fā)能力。

4、基于模型設(shè)計（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/模型控制的軟件開發(fā)能力，優(yōu)化動力系統(tǒng)運行及提供個性化功能服務(wù)。

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

在這個過程中有各種挑戰(zhàn)，也必然要思考其應(yīng)對方式。比如說合作模式發(fā)生了改變，原本是黑盒交付，主機廠做集成，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)團隊，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，客戶對功能開發(fā)的實時性、個性化要求越來越高，在開發(fā)的過程中，我們必須進行快速地迭代和嘗試，和上下游充分交流，簡化開發(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、并進行功能迭代，整個開發(fā)模式從傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向敏捷開發(fā)。

另外的應(yīng)對措施就是持續(xù)集成和持續(xù)測試，其應(yīng)對目標(biāo)還是一個字：快。通過持續(xù)集成和持續(xù)測試的技術(shù)，讓產(chǎn)品快速研發(fā)后進行快速測試、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)范和測試腳本，旨在打通整個持續(xù)測試全流程與工具鏈。這里推薦兩個工具：Confluence和Jira，這兩種工具很輕便，很網(wǎng)頁化，但是確實很快好用。

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

（以上內(nèi)容來自極氪汽車域控制器開發(fā)總工竇國偉于2022年11月14日由蓋世汽車主辦，上海虹橋國際中央商務(wù)區(qū)管委會、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）有限公司協(xié)辦的2022第二屆智能汽車域控制器創(chuàng)新峰會發(fā)表的《電動汽車行駛區(qū)域控制器關(guān)鍵技術(shù)及挑戰(zhàn)》主題演講。）