陈光祖：让汽车域电子控制系统工程结出硕果
陈光祖
原中国汽车工业咨询发展公司总经理
中国汽车工业咨询委员会委员
让汽车域电子控制系统工程结出硕果
——陈光祖
♦ 全球汽车产业正向软件化方向发展
当前，全球正处在一个多变、不确定的发展年代。在宏观层面，包括政治、经济、文化等各种因素的变动，都会对汽车产业产生影响。虽然外界环境多变，但“软件定义汽车”的趋势并没有改变，也就是以人工智能为中心的工业软件将成为汽车发展的“大脑”和“神经”，使汽车逐步成为4个轮子上的超级计算机，其终极目标就是实现无人驾驶。不过，无人驾驶是一个进化式的演进过程，必须分步发展，逐步向前推进。当前，在强化创新基础上，先行应用的是汽车域电子控制系统工程。
被誉为汽车界“苹果”的特斯拉在软件方面的实力自不必说，为了更好地向软件化方向行进，近年来，全球传统汽车厂商和零部件厂商都在加快转型。比如，丰田汽车于去年宣布成立一家软件子公司，其掌门人丰田章男表示，过去丰田是硬件制造商，向别人购买软件，如今“必须作出改变”，首先要解决软件问题，以持续改进和创造价值。大众汽车在2019年成立了软件部门，计划将集团软件自研比例提升至60％，并在2025年将现在的70～90个电控单元（ECU），削减为3～4个域电子控制器。戴姆勒董事会主席康林松表示，公司将专注于通过软件服务获得经常性收入，并在电动智能汽车时代重新定义豪华汽车。博世预测，到2030年，软件密集型电子系统市场将以每年约15％的速度增长，为此博世宣布成立智能驾驶与控制事业部，开启软件相关组织机构调整。
我国汽车企业也越来越重视软件发展，很多车企都成立了软件中心，加快产品智能化步伐，并相继开展自动驾驶路测，推出面向公众的自动驾驶出租车服务。
♦ 汽车电子控制系统在不断进化中
汽车电子控制系统是汽车特有的一种架构，其方法是应用系统工程，促进汽车研发、设计、制造、试验和使用全过程的优化运作。从其发展看，大致经历五个阶段。
一是单一化应用阶段，从上世纪60年代开始，使用模拟计算机，如发动机电子点火、电子收音机、电子钟等。
二是分布式应用阶段，从上世纪80年代开始，应用数字化计算机和ECU可以单独对汽车专门系统实行控制，如EFI（电控燃料喷射）、ABS（防抱死系统），TCS（牵引力控制系统）等。
三是集成化应用阶段，从上世纪90年代开始，随着汽车电子大发展，特别是嵌入式芯片MCU、SoC的应用，汽车电控技术进步很大，实现了系统化综合性应用，包括ESP（电子稳定程序）、ASS（自适应悬架系统）、EBC（发动机动力控制系统）、TCS（驱动器控制系统）、SCR（尾气催化器转换器）等高级电控装置。
四是域化电子电控工程阶段（DCU），2020年可以说是DCU元年，汽车在智能化方面跨出一大步，开始走向以软件为中心，向自动驾驶方向发展。汽车域化电控系统将成为21世纪数字化丛林和生态逻辑生存的基本新法则，这是由于目前汽车的ECU应用过多，一辆高级轿车有上百个ECU，用CAN总线太复杂，于是不得不用汽车域代替电子控制系统。一辆汽车只需用4～5个域电子电控架构，可逐步减少现有ECU数量和CAN总线的连接点、重量和长度，推进汽车电控水平进入崭新的发展时代。其本质是应用工业软件，以客户为中心，提供具有魅力的微服务和解决方案，促使新生代汽车具有更好的发展前景。
五是脑工程应用阶段，这是未来的发展方向，国内外都在积极研发中。比如特斯拉首席执行官马斯克表示正在研制能植入人脑的微型芯片，以便让人的意念用脑电波来控制电子和汽车的智能行动。我国中科院早在2014年就推出了“中国脑计划”，脑科学与类脑智能已被列入“十四五”规划纲要，这对汽车智能的高度化发展具有积极意义，是汽车电控科技的极化，但何时实现还很难确定。
♦ 汽车域化电子电控的范式及作用
所谓“域”，就是根据不同需求，将汽车电子电控架构系统（以下简称汽车“域”）划分为若干大的功能块，每个功能块的内部系统架构以域控制器为主导搭建，随着工业软件功能不断提升，域的算力越来越强大，而且不断引入以太网作为主干网络，承担信息交换传输任务，这样就可以把目前分散在车上的各种ECU剥离出去，由不断强化的域功能所代替。这种改变汽车基因的范式，将给汽车电控带来全新服务性架构的巨大变革。
汽车“域”用工业软件，是指应用于汽车工程和管理的工业软件，其特点是可嵌入式的，随着技术发展，产品功能不断提升和创新，特别是在一些高科技应用方面，如EC（边缘计算）、ADAS（高级驾驶辅助系统），IBGT（绝缘栅双极型晶体管）、SBW（线控应用系统）等起到重要作用，是汽车行业实用的数字化开发工具。传感器系统也有很大发展，包括光电传感器、生物传感器、气敏传感器等，在汽车界当前比较有代表性的是激光雷达，MEMS（微机电系统）成为新的发展趋势。在芯片领域，汽车“域”芯片具有特殊要求，对温度、电磁兼容性、振动等都有特殊要求，特别是汽车AI（人工智能）芯片是智能汽车的“心脏”。电控执行器，是一种处于执行机构与电子控制装置接点的能量转换部件，即将电能转化为机械能。总之，要提高工业软件水平，使之成为汽车“域”架构的关键节点，以微处理器为控制器核心，进行计算机闭环控制系统应用。
当前汽车“域”的架构主要有四个方面，一是智能座舱域；二是车载和车身控制域；三是智能驾驶域；四是动力与底盘域。其特点包括系统性、快速响应性、执行准确性、高可靠性，作为一种可嵌入式装置，可随时增加汽车功能。现在是四大“域”，今后通过创新尽可能减少“域”的分解，使“域”进一步集成化，最终达到少“域”又增加功能的效果。
如今，汽车“域”还处于初期应用阶段，是分布式电控架构，主要表现为应用电控技术，改进汽车现有模块化产品，如应用ADAS技术等。下一步是形成跨域集中化电控架构，要求融合集成多种“域”技术，特别是要求不断提升工业软件水平，应用SoC可嵌入式芯片。再向前发展，将转向跨域化的“中央域电控架构”，那时将放弃传统汽车上的ECU，工业软件进一步迭代更新，汽车智能化实现跨越式发展。如特斯拉Model 3的电控架构只用三大电控系统，即中央计算机模块（CCM）、左车身电控模块（BCMLH）、右车身电控模块（BCMRH）。奥迪A8也实现了中央驾驶辅助系控制系统（zFAS）,不但大大简化了原有电子线控的复杂性和重量，还有效提升了车辆的智能化水平。需要指出的是，以上三种架构在应用上呈现混合状态，不是逐个阶段地推进，而是不同车企和不同车型依据用户、市场、地区和成本等因素，应用不同的“域”。总的来说，汽车“域”的应用要为提升自动驾驶水平，以及降低排放、减少事故、减少交通拥堵服务。
现在汽车领域都在提“软件定义汽车”，而国际上已有权威人士提出了“软件改变世界”的说法。无论如何，对于汽车行业来说，一定要重视汽车“域”的发展，把重点放在科技创新和加强基础研发工作上，这是实现“软件定义汽车”重要的有效途径。
♦ 推进汽车“域”化在人机工程上应用好处多
汽车“域”作为智能汽车上的电子电控架构，在一定程度上属于人工智能领域的分支，有专家认为，人机工程学是推动汽车“域”走向产业化、规模化、市场化的抓手。所谓人机工程学，是研究人和机器（本文代指汽车）及其工作环境之间相互作用的新型学科。值得一提的是，“人”的因素十分重要，智能汽车，包括传统燃油车和新能源汽车的发展，都要“以人为中心”。汽车从设计开始，到制造、营销和服务，都需要体现以人为本。在各环节中，汽车设计非常重要，由于汽车的使用环境十分复杂，在设计时要考虑可能的环境影响因素，并实现对大气环境友好。
为了更好地发挥人机工程学效应，当代人机工程正向非物质化、全程化、虚拟化、高度化发展。对汽车设计来说，是基于数字化和网络系统，从实物向虚拟转化，甚至计算机的功能可超越人的思维能力，实现人机交互的开发模型，这将大大缩短产品开发设计周期，降低设计成本，并促使智能化水平提高。不过，虚拟化开发设计还需进行物质化验证才能最终确定，比如要开展多维化高端汽车实验工程工作。
无论是物质化还是非物质化汽车研发应用全过程，都需要应用汽车“域”的工业软件，并处理好软件与硬件之间的关系，使人机更好交互。我国汽车“域”的发展才刚刚起步，在去年北京车展上，以一汽红旗H9为代表的智能座舱域成为自主品牌汽车的亮点。中国汽车人要有信心、决心和耐心，攻坚克难，使汽车“域”不断发展，迎接汽车蝶变时代的到来。
本文转自中国汽车报网