“天际周毅：域控制器设计思考及挑战”

2021年6月22日-23日，由盖西汽车主办的“2021中国新一代汽车优质快速发展论坛新能源汽车三电先进技术”在南京举行。 此次会议将持续两天，围绕新能源三电中长期技术快速发展趋势、政策、标准、上下游供应链、价格、材料体系、电池结构技术、热管理、安全技术、电机电控关键技术、智能制造等领域展开焦点话题。 在会议期间，空天汽车基础硬件总监周毅发表了“域控制器的设计思考与挑战”的主题演讲。

以下是演讲的实录:

周毅:现场汽车领域的各位，还有线上汽车领域的各位，大家好。 我是空际汽车的周毅。 目前首要负责域控制器的硬件开发。 在空际汽车中，首要负责的是动力域、车身域、智驱域三大域控制系统。 天车是造车新势力的一员。 汽车领域的一些同事可能不太了解天车的情况。 让我们先简单地做两分钟的广告。

空车的愿景是成为绿色智能旅行的探险家和领导者。

天车成立于年，成立之初被称为电动汽车，成立时侧重于低端产品的开发。 年7月，空际汽车高端企业品牌enovate正式发布，随后于同年正式更名为空际汽车，率先探索中高档产品。 年12月获得整车生产资质，目前已有三大工厂，绍兴、长沙及商用车制造基地青岛。

去年9月，首款B级5+x智能电动suv天空树me7正式发布，10月完成新增50多亿笔融资，11月完成首次天空树me7业主的交付。 这在所有领域都比较早交货，从发布到交货可能只花了40多天。

今年3月，我们与浙江卫视、嘀嗒合作制作了跨屏音乐互动节目《为歌而赞》，得到一致好评。 5月，我们与京东达成战术合作，京东汽车和空天汽车将在企业品牌、客户、产品、渠道等各方面实现资源共享。

今年6月11日，我们的第二辆车空me5在长沙功夫工厂正式生产，同时也开始了me5的预售。 上周，京东618、天天me5京东定制版众包活动正式开始，热火朝天。 限定2000台，一天就完成了订单。

天空树的两个产品介绍:

天际线me7

这是b级suv，轴距2830，目前有两个版本，530公里续航，410公里续航。 在安全方面，继承了德系的品质。 因为天空汽车的首发创时队伍来自上汽大众，所以通过了c-ncap五星标准。 我们的造型师是前保时捷911设计师。 天际线me7产品除了这些方面外，在智能化方面也很好，在智能驾驶方面也具备l2.5的性能。

天际线me5

有两个版本。 第一个版本是升级版本，现在开始预售，续航距离1012公里。 这辆车无论从质量方面还是脸部方面都有很大的竞争力。 具体的新闻大家也可以在天空APP、京东APP注册了解越来越多的事情。 域控制是软件定义汽车的载体，今天主要从三个方面分享给大家:

一、整车ee架构的快速发展趋势

二、空域控制结构和域控制平台介绍

三、域控制硬件设计的差异与挑战

域控制的背景

以前，在电控系统的开发过程中，遇到了很多问题。 如图所示，目前高端汽车的代码量超过了2亿行，比历史上的任何it产品都要多。 随着智能驱动器的迅速发展，特别是l3/l4智能驾驶的迅速发展，代码量将迅速增加，预计到2025年软件代码量将达到6亿行。 汽车ecu节点也处于快速增长的状况，目前can总线给骨干通信互联网带来了很大的压力。 线束也非常多且复杂，影响整车的轻量化，整车的可靠性也存在非常大的挑战。

在当前分布式控制器的背景下，控制器的功能紧密结合，某些功能可能通过许多控制器的协作实现。 对于整车工厂来说，同一控制器可能有a点、b点、甚至c点的供应商。 在此基础上，开发一个功能或诉求变更，可能会涉及与多个零部件供应商的信息表达协调，导致信息表达整体的价格非常高。

另外，汽车越来越成为电子硬件、软件主导的产品，以前为了验证整车而流传下来，但可能是高温、高寒、高原实验、整车耐久性、各种道路试验，从整车产品的可靠性角度进行的越来越多。

但是，智能硬件由于客户的诉求，从功能上看，存在难以验证整车电子设备的问题。 但在这种情况下，以前整车的开发周期可能只有39个月，而现在开发一个产品可能只有两年。 此外，整车产品整体的差异化竞争也越来越激烈。

在这种情况下，有一些技术支持。

1 .芯片技术不断增加，特别是智能驾驶、智能座舱等解决方案的计算能力大幅提高。

2、车载以太网标准逐渐完善，以前can总线的最高传输速度从1m、can-fd传到5m，但实际上并不满足大数据传输的诉求，随着车载以太网标准的不断完善，逐渐成为现实。

标准化软件体系结构，如autosar体系结构

整个领域的技术、系统难点和技术进步，目前都产生了域控制器这一处理方案。 域控制器的第一理念是集中整个控制器，在高层决定域控制，委托传感、执行一点点的功能，制作一点点标准的传感器或执行器。 在新闻频道中必须采用车载以太网这样的高速传输介质，使用标准化软件架构。 因为域控制开发一定会由主机厂主导开发过程，同时域控制不可能由主机厂一家公司完成，一定是很多合作，只有标准化的东西才能实现。

一、整车ee框架的发展趋势

从分布式控制向集中控制的转换，目前也有非常多的新势力，虽然以前就有oem流传下来，已经进行了域控制的开发，但是目前市场上量产的车型大多是分布式架构，软硬件功能紧密结合，

现在要做的域控制框架，现在这个已经有很多主机厂在做了。 目前表现最好的是特斯拉，在ee体系结构中处于领先地位。 域控制是指域控制器实现域内的全部功能逻辑，传感执行瘫痪，域控制能够支持l3+智能运行。 最终发展迅速，比较一致的观点是中央计算平台+zonal区域架构，整车大部分功能由中央计算平台实现，区域负责在区域的控制。 此时，支持tsn的以太网成为骨干互联网，该体系结构实现了硬件和软件的完全断开连接。

在从域控制向车载计算中心体系结构演进的过程中，可能还有一种混合体系结构，即跨域融合。 域控制结构典型的五个域控制:动力域、阴影域、车身域、智驱域、座舱域。 对智运和客舱来说，对计算力、功能安全、新闻安全的要求非常高，使之独立。 现在，有可能将动力域、车身域、阴影域等车辆密切相关的域合并到整车控制域中。 例如，大众meb平台，现在的华为也符合其想法。

从主机制造商的角度来看，主机制造商和供应商的合作模式也在发生变化，在以前流传的分布式架构阶段，软件由供应商主导，电控制造商封装了硬件和算法，主机主机 这有一个大问题:

1、信息表达冗长，一个功能由多家供应商实现，效率低下。

2 .变更的自由度小。 主机厂想制造差异化产品。 供应商想做平台化产品。 一个产品完成后，最好不要做太多变更，可以应用于汽车上。

域控制体系结构合作模型

oem开发域控制和域控制的核心逻辑，建立自己的硬件和软件平台。 供应商越来越多地制作标准化的东西。 主机厂可以直接向供应商提出更深层次的诉求，这样对主机厂来说可以实现快速迭代，实现顾客价值。

如图所示，我们认为未来主机厂和供应商的合作模式有一些变化。 电控软件的开发正在从供应商主导逐渐变为主机厂主导，可能是更深层次的合作。 以前有两种模式:1.供应商提供包含硬件和软件的完整控制器2 .供应商提供硬件和基础软件，主机厂负责算法。

随着域控车ee体系结构的迅速发展，这种模式有可能发生变化。 无论是硬件、基本软件、中间件，还是APP应用层软件，主机制造商和供应商都可能处于深度协作模式中，硬件和软件都有可能成为第1层。

二、空域控制结构和域控制平台介绍

国际汽车目前计划进行4个广域控制、车身域、动力域、智驱域、车联域。 传输介质有千兆/千兆以太网，域控制架构也是在进化的过程中，有些域会引入车身域和汽车协作域等soa服务软件架构。 因为这两者与顾客的感知最为密切，有可能更容易实现服务架构。

在这些大规模的区域中，天空现在被配置了。 如车联域，第一代车联域已经搭载me7量产，使用的是高通的s820平台，目前第二代车联域也在计划中。 关于智驱域，目前正在进行第一代智驱，以停车为起点。 车身区域现在处于b样的状态。

天空目前正在制定动力区的产品计划

升级的途径比较确定:从硬件的角度看，动力域控制器正在向高计算力、高记忆、高数据吞吐量的方向快速发展。 从软件的角度来说，语域的最终目的还是实现中央计算平台，在产品升级的过程中，1 .集成越来越多功能2 .引入SOA架构。

的第一代动力区vbu的状况

vbu是国内第一个实现动力域批量生产的控制器，整个vbu实现了全栈的自研究，从硬件、基础软件、APP应用层软件、hil测试、功能安全到最终系统标定，实现了v模型的全过程开发 电子制造是外包的。

动力控制vbu的基本介绍

虽然在计算力方面不是最强的，但是顺应技术潮流，在空的汽车内部建立v模型开发系统是最重要的。

从硬件方面来看，vbu使用英飞凌三核解决方案，具备非常丰富的i/o资源，我们支持百兆以太网。 从软件层面来看，应用了autosar的体系结构。 就应用而言，目前vbu综合了整车控制、电池管理、充电控制、增速控制功能。 从产品来说，遵循德国系的标准，无论是emc还是可靠性的验证，都是遵循德国的大众标准。

vbu体系结构设计

当时，我们在计划动力域控制时做了很多工作。 目前，从动力系统来看，动力系统包括vcu、mcu、obc、dcdc、bms等。 我们当时越来越想整合多功能化，但可能受制于供应商的原因。 因为供应商想做一点标准化的产品。 如果越来越想要整合多功能化的话，会成为定制化的产品吧。 所以最终决定先整合vcu和bms。 电池组也是我们做的，所以内部容易协调，所以形成vbu系统架构。 简单地说，将bmu分解为2个后，控制决定部分移动到vbu，bmu传感部分移动到高压采集模块hvm。 vbu负责所有上层算法，高压采集模块hvm负责高压信号采集、绝缘检测和电流采集，电池电压和温度采集由从动板负责。

vbu系统体系结构

vbu作为动力域控制，对电池组来说是动力域的传感器和执行器，电池管理系统从电池组内剥离。 天车有增速系统和纯电，其实我们有不同的电池组。 在现有的vbu系统架构下，实现不同的电池组无论是can接口还是硬件线接口都实现了标准化，不影响vbu软件和策略开发。

vbu软件集成

我们经历了从分手到融合的阶段。 左图为初期阶段，vcu和bms为独立的两个控制器，它们的通信通过can或硬件线路进行。 在vbu开发过程中的某个阶段，没有完全集成整个软件，软件内部的bms和vcu模块仍然是独立的，但它们的通信成为了软件模块之间的通信。 目前，vbu已在软件体系结构级别进行了集成。

vbu系统功能的融合

对整车控制较强的相关模块，例如转矩，保持独立； 由于bms、sox、电压、电流采集等是相对独立的模块，因此对其他独立的vcu与bms联系比较强的模块，如整车模式管理、上下电能管理、热管理等，进行了深入的集成。

新一代动力域控制思考

1 .硬件平台

第一是计算能力的提高。 目前，vbu是单mcu的架构，注重安全性。 到了下一代，加入了计算能力强的soc，通信方法、数据吞吐量也进行了升级，存储也进行了升级。

2 .软件平台

安全关联引入了以前传递的autosar体系结构，并将adaptive autosar引入到soc中。

3 .系统功能

我们希望整个动力域控制逐渐进入混合域的框架。 从动力系统来说，整个动力域控制融合了越来越多的整车级控制软件，不仅可以实现整车控制、电池管理、充电，还可以实现obc、dcdc稍上层的逻辑转移，甚至还有部分电机控制也可以移植。 关于跨域融合，希望逐渐纳入整车散热管理、车身功能、adas功能、机箱功能等其他功能，最终成为中央计算平台的技术储备。

强大的计算能力和基于服务的软件体系结构引入了动力系统的自我学习、电池生命周期管理。 包括专家提到的千车千策在内，现在也是空空如也的事件，但从现在的动力系统vbu或vcu来看，还是有一些可以升级的东西的。 例如，千车千策，不管是云平台还是国家监控平台，数据进入频率都很慢，但对车辆的整体控制可能是10毫秒。 实际上，车辆方面需要事先解决一点数据，需要强大的计算能力和基于服务的体系结构。

三、域控制硬件设计的差异与挑战

统计了以前流传的分布式控制和当前域控制的关键技术(图表)。 从硬件技术来说，它迅速发展到了域控制，甚至中央计算平台，我们的技术也与通信、移动电话、it领域进行了更紧密的合作。 这些技术在通信和手机领域可能已经是非常成熟的技术，但是如何使这些技术达到车规水平，无论是整车厂还是tire1都是需要考虑的问题。

域控制硬件体系结构的改变

1 .分布式控制器现在还是单解决方案体系结构，域控制是单解决方案+多个soc的体系结构。 由于mcu是不可缺少的，所以整个动力系统是安全的系统。

2 .芯片架构，不管是英飞凌的核心还是powerpc是多核同种结构的解决方案架构，之后都会逐渐过渡到多核异构架构。 在同一soc中可能会合并arm、mips、dsp、gpu等。

3 .对芯片计算力进行了一点调查，英飞凌tc275的等效计算力为0.61tops，NVIDIAOrin的计算力将达到254tops。

4 .关于内存、存储，目前内置flash是第一位的，存储空之间比较小，正在向外部的nor flash、emmc、ufs等迁移。

域控制电源体系结构的改变

电源结构越来越多，越来越复杂。 左图是我们制作的电机控制器的电源拓扑结构，电源种类只有9种。 右图为天空树身体区域控制的电源拓扑，电源种类有24种。

对分布式控制器或mcu来说，没有严格的加电时机，对soc或mpu有非常严格的加电时机要求，对电源完整性的要求更高。

域控制通信接口的变化

汽车板内总线和现场总线越来越丰富，整体趋势从低速发展迅速。 目前主流的现场总线: spi、uart、iic、can、lin、flexray、most等。 域控制平台大量应用ddr sdram、emmc、rgmii、sgmii、xfi、pcie等高速接口。

目前，对控制器来说，板内的总线传输速度均为兆级，但例如使用pcie3.0或4.0时，pcie3.0的码率达到8个g，pcie4.0达到16个g，这是一个非常大的挑战。

域控制与以前传入的分布式控制器相比有非常多的变化，上面的是第一变化，这些变化必然带来一点挑战。

域控制硬件设计面临的挑战

1.pi电源的完备性

电源完整性问题主要有两个原因。

第一，硬件发展迅速，高速对半导体来说开关频率越来越高。 对于控制器电源来说，其实也和lc谐振互联网等效，频率越高，lc谐振越不好，电源系统的阻抗就越大。 我们期待的电源从dcdc和ldo进入芯片内部，期待是稳定的电源，但实际上到了芯片一侧就已经变成了杂乱的波形。

第二，公交车低压水平下降。 现在，电压电平为5v和3.3v，对于高速信号不是。 例如，在lpddr4中，电压振幅只有440毫伏，信号整体的噪声容限变得很严格。 结果将严重影响整机的产品性能，如整机的可靠性、信噪比、误码率、emc、emi等。 而且这种影响并不是在设计和测试阶段一定能发现的。 因为这可能是系统性的问题。

建议:就电源的完整性，在设计端、原理阶段进行去耦设计； 在layout阶段，层叠、接地面、去耦电容器的布局布线等； 在设计初期进行电源完整性仿真； 测试阶段必须进行完善的测试，对测试手段、测试做法有很高的要求。

2 .信号的完整性

最终，信号的上升时间大幅减少，首先由于反射、反射会产生振铃/过充电/信号的单调性等问题； 串扰、信号比较接近时，噪声会对其他信号产生串扰； 从时域看，眼睛睁不开，从频域看，emi/emc无法跨越。

建议:需要自上而下、完善的si分解方法。 原理图设计阶段进行较好的匹配和终止； 在layout阶段进行各种观察，观察几个事项。 特别是对layout时域和频域进行模拟，尽早发现这一风险。 这是因为硬件整体反复成本较大； 即使在测试阶段也需要完美的si测试。

在整个这个领域不是特别完整，无论是从模拟方面还是后期的测试方面，由于开发时间、价格的要求，这个领域可能做得不怎么样。

3.emc

emi干扰源的增强主要有以下几个原因。

板内ddr4、emmc、pcie等高速信号增加； 时钟增加( soc、ddr、以太网)； 对外增加百兆/千兆以太网接口、视频接口等； 系统内部电源拓扑结构多、复杂、电路增加。

emc对干扰的要求越来越高。

)1)整车的emc环境更加恶化。 以前是以机械硬件为主的车，但是车的电子部件比较少。 现在一辆车的电子零件，有些车多达数百辆，整个电磁环境非常严峻。

(2)高速信号的允许误差变小，首先是电压振幅。

)3)涉及到试验标准，现在很多汽车厂的标准基本上都符合class4。

对策必须从原理、layout、仿真面、结构设计等方面进行控制。

4 .耗电量和散热

从电子控制来说，目前独立的ecu一般在10w以内，一点点的驱动只需要1~2w，就可以通过被动散热处理整个耗电量。 但是，在域控制中，该功耗将达到100w左右。 这种情况下，不是简单的被动散热。 中央计算平台的功耗预计将达到1千瓦，无论是结构散热设计还是仿真方面都需要仔细考虑。

5 .设计寿命

这是电动汽车和以前流传下来的车不同的地方，对于电动汽车来说，工作时间有驾驶、充电两种。 我们规定为15年30万公里，运转时间为8000小时。 这是分布式控制器所要求的设计寿命。 在电动汽车和域控方面，除了工作时间外，还有比时间更长的充电时间，充电时间已经占了绝大多数。 以每月10次充电计算，每周快速充电一次，整个域控制器的设计寿命达到2.6万多小时，以前只传输了8000多小时。

这对验证也是一个很大的挑战。 以前流传下来的控制器做高温耐久，但可能只能做1800个小时。 它基于6个控制器，可靠性为95%，可靠性为50%。 域控制器可能需要5900小时左右。

关于对策，在设计选型时，需要详细判断零部件和材料的寿命和实际整车的运行环境，必要时进行可靠性或低效率的模拟。 在测试方面，适应项目节点的要求，增加测试样本，缩短测试时间。

6 .测试和验证

在测试和验证方面，整体较多，复杂度提高，测试工作量增大。 从测试工具到环境的构建再到测试项目，测试人员对技术能力的要求也越来越高。

7 .技术诉求的提高

零件尺寸变小。 目前多采用0402封装，后期0201小型封装设备可能会引入。 layout线宽、线间距离变小。 以前流传的分布式控制器可能是6mil，但后来的高速信号设计可能会达到3mil。 此外，还有一些盲孔设计，对pcb生产工艺提出了更高的要求。 封装种类增加，例如大量采用qfn、bga封装，对smt工艺也提出了更高的要求。

组装和测试工序增加。 随着域控制和中央计算平台的应用，对组装工艺提出了更高的要求(点胶、散热、气密等)，对生产测试的要求也越来越高。

以上是今天共享的复印件。 谢谢大家！

(注:这篇文章是根据现场速记整理的，未经演讲嘉宾审查，请勿作为参考资料转载() ) )。