动力总成发展为域控制和区域控制

过去，当车辆设计中的传感器或执行器需要更高的智能化水平，进而需要更复杂的控制或通信时，设计人员会在设计中添加 MCU。但是，将不同车辆平台中各种选件的额外复杂性综合起来，会导致车辆系统描述很复杂，开发工作量增大，维护难度也更大。例如，进行无线更新时需要对所有配置进行测试，这会显著增加该过程的时间和复杂性。

为了帮助克服复杂性、重量和成本方面的挑战，人们提出了域控制架构和区域控制架构的概念。让我们看看这些不同架构对车辆内的子系统有哪些要求。

在域架构中，每个域将根据相关功能来集成某些电子控制单元 (ECU)。例如，车载充电器、直流/直流转换器、牵引逆变器和 BMS 将包含 HEV/EV 控制域，并共享同一个集中式 MCU，如图 1 所示。这种架构可以减少分布式 MCU 的数量，将功能放在邻近位置以简化连接，并将相同的功能集中到单个 MCU 中来实现计算资源的共享。例如，OBC 和逆变器不会同时运行，但会共享算力。

图 1 域控制架构。

区域架构进一步发展了域控制的概念，根据车辆中的功能位置将功能分组为不同区域并由 MCU 进行控制，如图 1 所示。由于区域之间的分布式传感器和执行器需要及时通信，因此这些区域通过高带宽通信骨干网进行连接。区域架构在减少 MCU 数量需求的同时，还能降低线束的复杂性和重量，从而进一步节省成本并延长行驶里程。硬件和软件更新周期分离，因此汽车制造商可以采用基于服务的软件结构。

图 2 区域控制架构。

虽然域架构和区域架构具有不同的优势，并面临不同的挑战，但两者也可以在交叉架构内共存于同一车辆中。例如，BMS 可以使用域控制方法，而自动驾驶辅助系统 (ADAS) 可以使用区域控制方法。在攻克特定于应用的功能安全和系统敏捷性挑战后，通常，动力总成后续会向域控制架构或区域控制架构转变。按照最初的理念，需要尽可能集中 MCU 功能，这意味着 BMS 必须通过复杂或标准化的接口进行通信，在边缘没有 MCU 智能。这种类型的实施方式可以满足减少 MCU 数量的目标。

但是，一项技术挑战随之而来：电芯或电池包的高压芯片组数据（电压、电流和温度读数以及相关的安全措施信息）将作为原始数据传输。由于故障检测时间间隔、故障反应时间间隔和安全状态具有严格的定义，因此需要密切观察和优化接口的可用带宽，并且区域控制或域控制 MCU 需要严格的时隙，以便在给定的时间间隔内进行处理。图 3 比较了 BMS 中的嵌入式系统架构。

图 3 BMS 中的嵌入式系统架构的比较。

提高高压芯片组的智能水平或在 BMS 边缘（例如在智能电池接线盒中）添加更小的安全 MCU，都可以简化这一挑战。通过在本地处理功能安全措施，不再需要在 BMS 内发送除任务之外的任何数据：边缘的本地安全 MCU 会向集中式 MCU 发送在本地获取的 OK/NOK 数据，而非底层的原始数据，从而显著减少时间并简化带宽挑战。

虽然这种方法与减少 MCU 数量的初衷相矛盾，但会带来进一步的好处。本地 MCU 可以启用控制器局域网灵活数据速率 (CAN-FD) 或以太网 10BASE-T1 等标准化接口，并进一步引入统一的抽象层，从而帮助实现电池包多源策略以及跨车辆、跨平台和跨代的兼容性。

让我们来讨论一下 BMS 中可以支持这些架构并提高系统智能水平的一些技术。