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2021年09月16日 | 丰田汽车的自动驾驶软件平台和高算力集成式架构
2021-09-16 来源：eefocus
把一辆乘用车想象成一个电子控制单元（ECU）的集合，这些单元分布在汽车的长度和宽度上，使用不同的网络相互交谈。当为车辆到万物（V2X）、自动驾驶和车辆电气化添加更先进的汽车电子装置时，ECU的数量增加，交换的数据量也增加。
此外，ECU数量的增加使网络类型多样化，从本地互联网络（LIN）和控制器区域网络（CAN）到更高速的网络，如平板显示器-链接（FPD-链接）、PCI Express（PCIe）和以太网。
在域架构中，ECU根据其功能被划分为不同的域，但区架构是一种新的方法，它根据ECU在车辆内的物理位置进行分类，利用中央网关来管理通信。这种物理上的接近减少了ECU之间的布线，以节省空间和减轻车辆重量，同时也提高了处理器的速度。
领域架构的简单解释
要了解领域架构，首先要了解五个领域，如表1所示，ECU通常根据功能进行分类。
跳过关于域架构的介绍，直接进入区架构：
->动力总成领域：管理汽车的驾驶功能，包括电动机控制和电池管理、发动机控制、变速器和转向控制。
->高级驾驶辅助系统领域：处理传感器信息并作出决定以协助驾驶员，包括摄像头模块、雷达模块、超声波模块和传感器融合。
->信息娱乐领域：管理车辆内的娱乐，并在车辆和外部世界之间交换信息，包括车头装置、数字驾驶舱和远程信息处理控制模块。
->车身电子和照明领域：管理车内的舒适性、便利性和照明功能，包括车身控制模块、车门模块和大灯控制模块
->被动安全领域：控制安全相关功能，如安全气囊控制模块、制动控制模块和底盘控制模块。
ECU通过网络进行通信和数据交换，这些网络在其自身领域内是特定的和相关的，同时也与外部领域的ECU进行通信。由于一个域中的网络可能与另一个域中的网络不同，因此网关起到了桥梁作用。
下图说明了一个具有基于域的网络结构的车辆。在这个图中，有一个中央网关模块连接到汽车的不同领域。每个域都执行几个功能。域控制器（例如动力系统）包括网关功能。该域网关帮助在支持相关域的ECU之间以及从域到车辆其他部分进行数据通信。
域控制器还集成了ECU，通过集成通常通过多个ECU实现的功能，有助于最大限度地降低系统成本。有些芯片具备很强用于处理数据的原始处理能力，一个芯片可以用于实时控制和千兆位时间敏感网络（TSN）和以太网交换机用于高速网络。
介绍一下区域架构
如果汽车是一个房间，而ECU是聚集在这个房间里讨论不同话题的人，那么一个领域架构就相当于混乱地安排这些人，使他们向房间对面的讨论组中的其他人喊话。一个区域架构根据ECU在车内的位置将其组织起来，并增加一个车辆计算模块。车辆计算模块是一台具有较大处理能力的计算机，可以执行所有的计算，而不考虑功能。这种结构还可以包括一个网关模块来管理网络流量。
下图描述了汽车不同区域的区域模块和相关的区域卫星模块，以及中央网关和车辆计算模块。汽车的某些处理器是为网关系统量身定做的，包括在汽车中安全可靠地移动数据的功能。处理器包括具有集成PCIe交换机和千兆位TSN以太网交换机的器件，可用于计算平台、中央网关和区域模块。
可以使用低带宽网络，如CAN，用于不同区域模块和中央网关/计算模块之间的通信。然而，高速网络如以太网或PCIe也是一个很好的选择，因为它们在各种汽车温度下都能提供高可靠性和平稳运行。
区域架构的动力优势
工程师们也在利用ECU的这种重组来优化动力架构--特别是重新设计智能接线盒，也叫动力分配模块，将动力分配给车辆中的不同负载和ECU。电源分配箱在某种程度上是针对汽车模型的，每个电源分配箱将电源分配给一组特定的负载。
由于大多数电源分配箱设计使用继电器和保险丝，如果需要更换保险丝，它们必须易于接近。在一个区域架构中，配电箱被分配，以便每个区域都有自己的配电装置，为相应区域的模块供电。
下图显示了区域架构中的配电概念，可以看到每个区域的配电模块功能与管理网络流量和本地区域卫星的区域模块的整合。
另一个优点是，整个车辆的配电模块设计可以是类似的。使用半导体解决方案，如智能高压侧开关，而不是机械继电器和保险丝，可以实现更合理的配电模块设计，将模块放在离负载更近的地方，而不是更远的地方，这样它们就更容易被替换。
下文是丰田关于自动驾驶车辆软件和高算力平台架构的挑战
史海拾趣
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