小鹏汽车领先智能化区域控制进阶实践

06 11月 2023

2023-11-06 10:54

汽车行业发展至今，智能化功能已经成为用户购车的必选需求，相应地，汽车的产品需求也已被智能化重新定义。2023年9月21日，在2023第三届智能汽车域控制器与中央计算平台创新峰会上，小鹏汽车嵌入式平台部硬件总监金红宾表示，要面向真正的智能化需求。产品上的智能化功能带来了整车的多功能域联动，以及多功能域的融合操作。而在传统的分布式架构中，CAN通信已然难以满足多域联动的功能需求。随之而来的是，产品需求推动传统的汽车电子电气架构向着智能化的电子电气架构，即中央计算架构进阶。

从G9车型开始，小鹏汽车便已实现了中央+区域架构的量产，小鹏G6更是完成了架构的更新迭代。金红宾表示，小鹏通过自动驾驶、座舱、左右区域控制器的全域自研和多域融合，实现了扶摇X-EEA架构的中央超算+区域控制电子电气架构。高集成、高拓展、高复用、高敏捷四大系统能力，支撑着小鹏的先进域控平台实施落地。

金红宾｜小鹏汽车嵌入式平台部硬件总监

以下为演讲内容整理：

行业趋势

智能化能够让人更加方便，实现快速响应、快速迭代，当客户使用过程中有新的需求，能够快速符合需求。对企业的智能化也是如此。回顾汽车行业发展历史，汽车智能化功能已经成为用户购车的必选需求。八九十年代的时候大家觉得汽车有一个大灯和电动座椅会更方便。2000年以后，能有一个很好的车机可以导航或者自动倒车功能已经是很好的了。2015年以后，用户希望开车的时候能够有一些辅助驾驶，帮助开车的功能等。用户的需求是持续增长的，对于智能化有了很强的需求。

随着用户的需求增长，相应汽车的产品定义上也会有智能化的产品需求。比如当前做的辅助驾驶就是满足用户对驾驶层面的需求，智能生活、智能空调等是满足用户对智能生活的需求。真正的智能化需求产品上的智能化功能是整车多域联动的，比如辅助驾驶涉及到摄像头、雷达，以及车身、转动、制动等，是多个功能域的联动。

由于产品的智能化功能需求需要多功能域的联动、多功能域的融合操作，，如果采用传统的架构，以分布式架构为主，各个功能的控制器相互独立，无法满足多域联动的功能需求。以前的分布式架构通过CAN通信数据量比较有限，无法处理针对高等级智能化功能运算能力。因此智能化的产品需求对传统电子电气架构产生了很大的挑战，产品需求推动电子电气架构向智能化的电子电气架构发展。

当前，中央计算架构能够满足智能化的需求。在中央计算架构上，网络拓扑是多域的融合和集成，清晰简单。满足智能化的大数据量交互需要以太网，需要通讯带宽很大。要满足多域实时性，完成多域的集成以后节点交互会比较简短。同时大算力的域控也是为了满足产品的智能化需求。中央+区域的架构满足了车上智能化产品的智能化需求。

开发实践

我们从G9开始已经量产了中央+区域的架构，G6也进行了更新迭代。我们是如何做到的呢？

首先是扶摇架构。扶摇架构不光是电子电气，还包括三电和互联网很多功能。以G9为例，扶摇架构里的电子电气架构中，核心控制器比如自动驾驶、域控、座舱域控以及实现左右区域控制，这些产品通过全域的自研，底层的硬件，多域融合的功能，全域融合实现扶摇架构中央+区域的电子电气架构。

基于中央+区域的电子电气架构，我们实现了OTA的周期，智能体验的迭代周期，比同行缩短30%，OTA的速率提升300%。在具体的架构性能上，我们采用这样的架构后，主干网通信速度最高达1GB，有利于支持城市NGP大算力、大数据量的通信。

因为是中央+区域的架构，智能运算集中在上面两个域，整车控制集中在下面两个区域平台。智能平台和整车控制平台有一个完全的分区，可以做到金融级别的信息安全。在接口定义上，我们将整个产品数据接口做到了标准化，数据信息连接可以从研发到生产所有的产品实现全链条的打通，才能实现端云一体的功能。

G9的区域控制器真正做到了多个功能域的集成。为了实现真正的多功能域从控制到驱动的完整集成，我们在硬件层面选用行业顶级的4核MCU，采用百兆以太网通信作为骨干网。AUTOSAR层面，为了将多个功能域集成在一个控制器里，采用基于SAMIP的SOA的软件架构，我们的信息安全支持到EVITA FULL级别，功能安全从芯片本身可以做到功能安全D等级，满足多域融合的要求。

因为控制器集成了多个功能域，所以在顶级硬件配置上实现了智能配电等一些比较亮点的功能。在区域上，左右两个区域控制器在整车布置上采用了就近接，所有的负载下面没有额外的小控制器，全部集成进来，真正实现了由控制器直接驱动车上的一些负载，可以做到真正的线束更短。

此外，我们采用了控制器上大算力的MCU，不光是把控制和驱动集成进来，还集成了一些智能化的运算功能，如电容感应以及五温区智能空调等。所有的功能加起来有超过300个功能的融合

我们的G9控制器是如何做到在去年就实现真正的多域集成的控制器量产？

首先，我们的区域控制是多域集成，因此系统开发是一个非常重要的先导部门，在系统开发领域有四大能力。一是具备很高的集成能力。我们的系统开发团队具备各个功能域的系统需求定义能力，因此能把它集成到一起。

二是拓展性。区域控制器要做到平台化需要兼容不同车型，这对于系统定义、功能的冗余预留都非常考验经验，需要有一个比较强的扩展能力，功能配置上也要兼容不同的车型，因此在扩展性上有比较丰富的检验。

三是复用。区域控制器是左右地域，在公司内部作为一个产品，其软件和硬件设计包括系统的功能需求可以做到真正的平台化复用，软硬件的接口也能做到兼容化。

第四，区域控制器在开发高度中因为接口太多，对应的功能也很多，这种功能的迭代、变化在整个开发过程中很多，但项目开发周期又很紧，因此对敏捷性具有非常高的要求。一定要快速相应，在需求上快速应对，问题出来要快速解决。

以上是系统开发的四大能力，接下来将总结硬件开发的内容。

由于我们的区域控制器是多个功能域，包含车身、热管理、底盘以及VCU功能，在开发过程中团队要包含各个行业，各个控制器都要有开发经验的人去做，才能在最短的时间内实现量产落地。在开发整个G9的过程中，我们积累了整个全域，有这些经验就能支持我们的架构重构式的整合。

第二，我们是聚焦于架构上的整体迭代，从整体迭代上看如何满足需求。

第三，由于我们是内部自研部门，因此电子电气架构的响应非常快，可以灵活应动架构的快速发展。同时在确保技术领先性的同时为客户提供更多智能化功能。

为了保障产品能够做到高质量，真正量产落地，我们做了一些工作。一是全面应用V模型的开发。二是可靠性的设计分析体系，通过板极的仿真、元器件级的FMEA等从设计端确保设计的可靠性

集成软硬件后，我们将HIL测试、诊断故障注入、整个系统级的故障注入和诊断都导入进来，建立了一个完整的体系，确保硬件设计能够在G9高质量的量产。

在G9的开发过程中，我们逐步完成了一些指标。基于现在的控制器，超600个电气接口在一系列车型上能做到100%的硬件平台化。测试用例，元器件的DFMEA分析，硬件参数都已经做了5000条以上，功能安全FMEDA的条目超10000条。标准化建设上，我们建立了超100个标准电路模块，在后面的迭代开发当中可以完整适用。同时，在体系上制定落地了超100个标准化的输出模板和指导流程。

在生产领域，我们建立了自动化高品质智能生产管理体系。从SMT线到全自动的测试总装产线，基本实现了全自动尽可能的无人化。在智能生产管理上，有一套完整的生产管理体系，能够做到快速的反应和可追溯。

软件层面而言，为了实现区域控制器的融合落地，我们在软件层面自研了SOA软件架构，在上面开发了服务，封装服务，标准化接口，可以被上面的操作系统自由调用。同时，依靠自研的SOA架构有力支持了整车阶段，G6和G9有很多个性化定制功能都是通过一体化服务开发实现的，通过我们的全站自研SOA架构支撑。

具体到SOA的体验智能，从分层模型上讲，我们建立了一个分层模型，基于核心的硬件，中央加区域的硬件，抽象出超过300个服务，并且这300个服务在所有的域之间都是开放的，可以调用。

基于服务，我们在智能应用层可以实现真正的跨域融合，实现了两个目标。一是服务共享上真正实现了高复用，范围扩展各个域的整车级的灵活调用，服务范围可以扩展300%，算力上可以做到多个域之间的功能灵活调配，真正做到算力资源的灵活分配。在个性升级上，每次OTA升级都有很多个性化功能标准化服务结构后开发效能能够提升30%，智慧多场景座舱可以实现千人千面的个性定制。

总结思考

我们在开发落地区域控制器时遇到了诸多挑战。首先，由于是多功能域，组织架构上是多个部门的需求，沟通和信息同步比较困难。第二，做控制器涉及到多个功能域，类别较广，在做区域控制器的时候同时需要集成一些新的技术。在平台的兼容能力上，由于一个区域控制器看起来很大，又是多个域，如何做到不同价位、不同配置的车型之间成本的平衡是一个很大的挑战。第三，针对不同车型，它的个性化需求是不同的，软件如何在同一个硬件上做到灵活满足个性化需求也是一个很大的挑战。

那么在成本和组织上如何应对呢？第一是硬件成本上，尽可能去模块化的复用。软件从开发费的降本方面，尽量做到软件的平台化，实现降本，产线上，不同的产品尽可能在产线上能够通用。多个功能域开发过程中希望能够融合在一起，解决组织部门之间的协调问题。第二，多个功能域开发出来对组织是有利的，能够让大家取得到多赢的局面，这样才有动力做。三是开发的敏捷化，不同控制器的供应链要尽可能统一。

对未来而言，我们希望在区域控的硬件层面成为智能汽车的智能躯干，基于已经成熟的集成的功能，我们增加了底盘、数字钥匙以及一些智能化车身的功能。未来我们希望集成智能底盘，包括线控底盘，以及更高阶L4级别的自动驾驶。