车身域，硬件平台化的二三思考

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近几年，汽车电子电气架构正在由传统的分布式架构慢慢演变为域控架构，以博世经典的五域分类拆分，整车分为动力域、底盘域、座舱域、智驾域和车身域，这五大域控肩负着实现L3及以上级别自动驾驶车辆所有功能的重任。在所有域中，智驾域的存在感最高，花边新闻层出不穷，但用户至今尚未真正享受其带来的出行便利；车身域的存在感最低，低到用户以为这是买四送一的赠品，低到主机厂内部爹不亲娘不爱。但就是这样一位谁都不爱的赠品，却是用户接触最多、使用最多的功能，它默默无闻却决定了一辆车的最基础体验。有人说：车身域亮点太少，不值得浪费笔墨。但我想说：车身电子最辉煌的时候不输现在的自动驾驶，辉煌过后才是总结反思的好时机。同时伴随着域架构的演进，车身域的功能也需要进行梳理分工，为当前散落一地的功能，打好硬件平台化的基础。下文从输出控制和输入采集两个角度对车身域的功能进行简单梳理。输出控制站在整车角度，车身域的一大功能就行对整车负载进行控制，这些需要控制的负载，大致可以分为三大类：电机类，灯类和电阻类。（1）电机类。包括四门锁、门把手、尾门锁、电撑杆、雨刮、车窗、座椅调节和通风、后视镜调节和折叠、天窗、方向盘调节和空调等。（2）灯类。包括外灯和内灯。外灯包括近光灯、远光灯、日行灯、雾灯、位置灯、倒车灯、刹车灯、转向灯、门把手照明灯和充电口指示灯等；内灯包括行李箱灯、氛围灯、顶灯、照脚灯、储物箱灯和化妆镜灯等。（3）电阻类。包括后视镜加热、座椅加热、后除霜加热、前风挡玻璃加热和方向盘加热等。以上的三大类基本囊括了车身域需要控制的绝大部分负载，如何对其进行合理的控制，是车域硬件平台化设计时需要重点考虑的内容。一、电机类控制电机类的控制可以选用半桥或者全桥驱动进行硬件的设计，在进行芯片选型以及电路设计时，尽量选择同一系列的pin to pin芯片。比如空调和后视镜调节电机正常工作时电流比较小，一般不超过1A，而车窗和座椅这一类的电机，正常工作时电流可以达到8A左右。这两类负载的驱动芯片功率需求相差很大，在进行硬件设计时，最好可以做到根据电机负载需求的不同，可以通过更换不同封装的芯片去适配，而不需要重新layout。此前，车身域的电机驱动大部分是不需要调速的，然后随着越来越多个性化新功能的出现，电机调速渐渐多了起来，比如电动尾门、车窗、座椅通风等。所以在进行电机的驱动硬件设计时，需要保留一定的PWM调速资源，最好大部分电机都支持PWM调速。如果没有预留这样的资源，当产品经理脑袋抽风提出雨刮除了高低速两档之外还希望增加八档调速时，则没法应对类似的需求升级，预留PWM的硬件调速资源可为日后的新功能增加提供更多的可能性，也为与产品经理的斡旋提供一些资本。


二、灯类和电阻类控制灯类和电阻类的控制其实都可以选择高边驱动进行控制。首先是电阻类的加热控制，这些往往功率都很高，特别是前风挡玻璃和后风挡玻璃的加热，工作电流基本都是在20A左右。单个座椅的加热会少一些，在10A左右。后视镜加热中规中矩，在5A左右。而对于灯类，功率会比电阻类低一个级别。像常见的大灯，一个的功率在55W左右，工作电流接近5A。其余的灯的功率一般都会比大灯小，特别是现在的LED灯，一般一个灯不会超过1A。当然像矩阵大灯、律动氛围灯这些复杂（花里花哨）的灯还需要专门的驱动芯片以及驱动电路。对于电阻类和灯类选择同样的高驱芯片时，应尽量选择同一系列的pin to pin芯片，根据负载的大小灵活更换不同功率的芯片。


总结下来车身域的输出主要由半桥、全桥以及高驱芯片进行控制。输入采集车身域的另外一个重要作用就是输入信号采集，车身域的输入一般来说有数字量、模拟量、PWM和射频信号。（1）数字量。各个门的状态，锁状态，雨刮停止位、喇叭开关、座椅占位传感器、安全带状态等输入的都是数字量。一般这一类的开关相对分散在车上的各个位置，而且状态比较简单，只需要两种状态就能表示其含义，比如说门状态，开或者关。


（2）模拟量输入。中控锁、车窗、座椅调节和灯光等这一类开关都是模拟量输入。这一类开关一般具有三种及以上的状态表征其含义，比如用3个不同的电阻代表中控锁开关的“解锁”、“闭锁”和“未操作”，亦或者车窗开关的“上升”、“下降”和“未操作”。除了用开关这种不连续的模拟量输入，用的比较多的另外一种模拟量输入就是电位计的信号采集，电位计其实就是一个滑动变阻器，这一类的电位计主要用于采集电机的位置，一般采用5V的上拉电源。像后视镜调节电机、空调的风门电机位置采集等都属于这一类。


（3）PWM采集。通过电位计采集电机的位置一般来说精度会有一定的偏差，如果想准确的采集电机的运动位置，一般通过采集Hall信号的方式。Hall信号就是我们常说的PWM信号，一般该信号由独立的Hall传感器产生，Hall的PWM信号大多数是开漏输出，高电平即为MCU上拉的供电电压，低电平接地，车身域控制器预留对应的采集电路即可。像尾门、座椅、车窗和天窗等的位置都通过Hall信号来计算。


（4）射频采集。车身域控的射频采集一般包含胎压、传统钥匙的低频信号（钥匙定位）、传统钥匙的高频信号（钥匙遥控解闭锁等）以及蓝牙钥匙信号。现在开发的车型一般用蓝牙钥匙或者NFC取代传统的钥匙。所以车身域的硬件只要集成蓝牙钥匙和胎压的射频接收即可，但是由于射频信号的接收容易受布置位置的影响，车身域控制一般布置的位置不太利于胎压的接收以及蓝牙的定位，所以射频类的信号通常采用独立的模块进行接收。车身域相关的硬件基本不会超出上述提到的这几种方式，不同的类别需要的接口电路会不一样，在进行硬件的设计时怎么可以做到平台化，尽可能的兼容不同的外围设备，既可以满足工程的需求，又可以使得硬件少改或者不改，这确实是大难题。即......又......的想法一般都是领导惯用的语法，实现起来确实需要很大的代价。通常的做法是硬件接口预留20%左右的资源，为后续的车型功能升级带来可拓展性，但是这样做又会使得配置低的车型硬件资源白白浪费。写在最后通过以上总结可以看出车身域的硬件种类确实不多，在软件定义汽车的时代，真心希望硬件不要成为软件的羁绊。之前分布式的电子电气架构中控制器种类繁多，里面的芯片选型以及接口电路也是五花八门，因此硬件选型一般都是供应商来做。但在域架构下，各个主机厂均亲自下场进行具体的硬件选型。当主机厂开始主导硬件选型的时候，意味着整车控制器的元器件种类将会急速减少，最后整个车型平台也会趋于使用同一系列的元器件。硬件的通用性可以大大减少零件的边际成本以及设计验证成本，还会出现赢者通吃的局面，像现在座舱类的芯片基本被高通垄断，驱动芯片基本被ST、英飞凌等垄断。车载芯片市场将会随着汽车的智能化进一步扩大，但是从目前交流的芯片厂家来看，国内能打者寥寥无几。当汽车的竞争足够激烈、溢价不够高时，卖一台车赚的钱可能没有芯片厂商赚得多，这无异于给芯片厂家打工。最后还是祝愿国内芯片厂商可以早日支棱起来，自家那么大一块蛋糕全部分给隔壁地主家的傻儿子，怎么看都有点舍不得。添加小编微信加入交流群：Informer11。作者 | 黄百万
初心 | 记录生而为人的证据，分享工农阶层原创作品，聚焦智能网联与人情冷暖。声明 | 本文部分文字及图片资料取自网络，如有侵权，请联系平台进行修改或删除；文章属于作者本人，仅代表个人观点，不代表平台立场，如有不妥，也请联系平台修改或删除；本文不作任何商业用途。