2.4.2 功能域的分配
1.动力域的分配
动力域主要用于动力总成的优化与控制，同时兼具电气智能故障诊断、智能节电、总线通信等功能。动力域可集成如下单元：
1）整车控制单元（Vehicle Controller Unit,VCU）。
2）电池管理系统（Battery Management System,BMS）。
3）电机控制单元（Motor Control Unit,MCU）。
4）直流变换器（Direct Current/Direct Current,DC/DC）。
5）车载充电器（On Board Charger,OBC）。
（1）整车控制单元（Vehicle Controller Unit,VCU）VCU可以看成是电动汽车的大脑，通过接收VCU的车辆行驶控制指令，控制电动机输出指定的转矩和转速，驱动车辆行驶。实现把动力蓄电池的直流电能转换为所需的高压交流电并驱动电机本体输出机械能。同时，VCU具有电机系统故障诊断保护和存储功能。其需要处理整车的各种输入信息，以完成整车控制，它既包括电动汽车高压设备的信息集成，也包括传统汽车模块，如BCM（主要控制车门、玻璃升降等）。图2-6完整展示了某种车辆的电气架构，可知VCU集成整车所有控制单元，从而实现整车一体实现汽车使用者的期望。
图2-6 某纯电动汽车动力电气架构
（2）电池管理系统（Battery Management System，BMS）当前电动汽车主要采用锂电池，由于锂电池固有特性，以及当前电池主要由容量低的单个电芯集成为模组，然后多个模组再集成为电池包，一个电池系统包含多个模组。通常一个电池系统中包含成百上千个电芯，保持电芯工作在合适的区间内，BMS发挥着重要的作用，所以目前商用电池必须要有BMS。BMS能够控制和管理电池使其更有效率，并工作在可运行的区间范围内，避免电池的过充过放和热失控问题发生。
（3）电机控制单元（Motor Control Unit，MCU）MCU主要集成电机和逆变器，它的主要作用是根据加速踏板和制动踏板的输入信息控制电机的动力输出及制动能量回收。
（4）直流变换器（Direct Current，Direct Current,DC/DC）DC/DC直流变换器其实就是将高压直流电转变为低压直流电的变换器，电动汽车能量存储在高压电池内，一般高压电池电压在400V左右，低压电池电压是12V，但是汽车有非常多的低压电器设备（如各种车门控制电机、多媒体系统等），所以需要把高压电池内的电转变成低压电储存到低压电池内给低压设备供电。
（5）车载充电器（On Board Charger，OBC）一般电动汽车都包含两种充电方式，一是交流充电，二是直流充电。交流充电就是所谓的慢充，其功率小，基本上在7kW左右。直流充电就是所谓的快充，有的电动汽车的直流充电功率可以达到100kW甚至更高。
OBC在电气架构中的作用是控制充电各个硬件模块工作，以及通信诊断连接外部电动汽车供电设备（Electric Vehicle Supply Equipment,EVSE）。
图2-7所示为电动汽车充电模块及动力模块示意图，交流充电器一般集成在车辆内，需要突显方便，只要用户在有交流电源的地方插上电就能充电。可以看到OBC的交流直流改变要经历多个交流与直流的改变，这样做的目的主要是在升高电压的同时保证能效、散热和装置的体积。
图2-7 电动汽车充电模块及动力模块示意图
整车外部是直流充电器，需要特别的充电桩，一般为高压充电桩，这里就需要OBC更多地对外部充电桩EVSE有更多的通信和诊断。
2.底盘域的分配
底盘域可集成如下单元：
1）防抱死制动系统（Antilock Brake System,ABS）。
2）车身电子稳定系统（Electronic Stability Program,ESP）。
3）电子驻车制动系统（Electrical Park Brake,EPB）。
4）电动助力转向系统（Electric Power Steering,EPS）。
（1）防抱死制动系统（Antilock Brake System,ABS）ABS的主要作用是防止在制动过程中车轮抱死（即停止滚动），从而保证驾驶人在制动时还能控制方向。在某些情况下，如湿滑路面上，还能减小制动距离。图2-8直观地显示了ABS在车辆运行时的作用。ABS通过控制器自动控制制动系统的油压，驾驶人只需踩住制动踏板不动，系统就能自动地快速调节制动力，在获得最大制动效能的同时，防止车轮抱死。
图2-8 整车配备ABS与没有配备ABS的对比图
（2）车身电子稳定系统（Electronic Stability Program，ESP）ESP对于汽车安全有非常重要的作用，可以在一定程度上控制车身的稳定。如冬季车辆在摩擦力较小的结冰路面行驶时，轮胎打滑会让车身的运动方向不受控制，这时ESP就可以干预未打滑车轮，从而帮助车辆回复到可控状态，以保证行车安全。图2-9直观地显示了ESP在车辆运行时起到的作用。
图2-9 整车配备ESP与没有配备ESP的对比图
ESP主要对车辆纵向和横向稳定性进行控制，保证车辆按照驾驶人的意图行驶。在汽车制动情况下轮胎即将抱死时，ESP会采用“机械点刹”的形式在1s内进行上百次的制动，使车辆在完成全力制动时仍然可以通过转向盘来控制车辆的行驶方向。当车身电子稳定系统的传感器检测到车辆发生转向不足时，ESP会额外对内侧车轮施加更大的制动力；如果是发现车辆转向过度，则ESP会额外对外侧车轮施加更大的制动力；系统通过调整汽车变换车道或在过弯时的车身姿态，使汽车在变换车道或是过弯时能够更加的平稳而安全。
（3）电子驻车制动系统（Electrical Park Brake，EPB）EPB的按键位置如图2-10所示，EPB通过内置在其控制器中的纵向加速度传感器来测算坡度，从而可以算出车辆在斜坡上由重力而产生的下滑力，控制器通过电动机对后轮施加制动力来平衡下滑力，使车辆能停在斜坡上。
当车辆起步时，控制器通过离合器踏板上的位移传感器及节气门开度的大小来测算需要施加的制动力，同时通过高速CAN通信与发动机控制器通信来获知发动机牵引力的大小。控制器自动计算发动机牵引力的增加，相应地减小制动力。当牵引力足够克服下滑力时，控制器驱动电机解除制动，从而实现车辆顺畅起步。
图2-10 EPB按键
（4）电动助力转向（Electric Power Steering，EPS）如图2-11所示，EPS系统一般由机械转向系统及转矩传感器、车速传感器、电子控制单元、减速器、电动机等组成，它在传统机械转向系统的基础上，根据转向盘上的转矩信号和行驶车速信号，利用电子控制装置使电动机产生相应大小和方向的辅助动力，协助驾驶人进行转向操作。
图2-11 EPS系统组成
3.车身域的分配
车身域可集成如下单元：
1）车身控制模块（Body Control Module，BCM）。
2）无钥匙进入及启动系统（Passive Entry Passive Start，PEPS）。
3）膨胀气帘（Inflatable Curtain，IC）。
4）安全气囊（Airbag）。
5）仪表。
6）网关（Gateway，GW）。
7）远程信息处理器（Telematics BOX，TBOX）。
（1）车身控制模块（Body Control Module，BCM）如图2-12所示，车身控制模块的功能包括电动门窗控制、中控门锁控制、遥控防盗、灯光系统控制、电动后视镜加热控制、仪表背光调节、电源分配等。各电子设备的功能越来越多，各种功能都需要通过BCM来实现，使得BCM的功能更加强大。
图2-12 某车型车身控制模块
车身控制模块的功能：
1）接收传感器或其他装置输入的信息，将输入信息转变为微处理器所能接收的信号。
2）存储、计算、分析处理信息，分析输出值所用的程序，存储车型的特点参数、运算中的数据（随存随取）、故障信息。
3）运算分析。根据信息参数求出执行命令数据，将输入的信息与标准值进行对比，找出故障。
4）输出执行命令。将弱信号转变为执行命令，输出故障信息，自我修正。
（2）无钥匙进入及启动系统（Passive Entry Passive Start，PEPS）无钥匙进入及启动系统采用无线射频识别（RFID）技术，实现无需按动遥控器即可进入车内及一键启动发动机等功能。无钥匙进入及启动系统具有更加智能化的门禁管理，更好的防盗性能，已经成为汽车电子防盗系统应用的主流。
PEPS系统由控制器、智能钥匙中的射频（RF）发射器和汽车端的接收器等组成，如图2-13所示。当钥匙在有效范围内时，驾驶人拉动车门或按下一键启动开关，相应的模块会发送中断信号来唤醒主控制器，开始整个通信过程。整个过程无需使用钥匙，即可打开车门或者启动发动机。
图2-13 无钥匙进入及启动系统组成
PEPS系统给驾驶人带来了方便性与舒适性（智能门禁、无钥匙进入/启动），更重要的是极大地提高了安全性。相比遥控钥匙（RKE）系统单向通信认证，PEPS系统通过低频（LF）和射频（RF）的双向通信完成汽车与钥匙之间复杂的双向身份认证，安全性得以提高。同时，PEPS还具有记忆存储功能。
（3）膨胀气帘（Inflatable Curtain，IC）膨胀气帘也称为头部气囊，在碰撞时弹出遮盖车窗，以达到保护乘员的目的，如图2-14所示。
图2-14 膨胀气帘
气帘主要用于侧撞时对乘员的头部进行保护。B柱、车窗玻璃，甚至安全带侧面支撑扣都有可能在事故中对乘员造成伤害，气帘可将乘员与这些部位隔开。
膨胀气帘安装在车顶弧形钢梁内，通常贯穿前后，受车身内横向加速度传感器的控制。当横向加速度大于正常值，且达到危险值时就会控制起爆。膨胀气帘对于侧撞、翻车等严重事故有着很好的人员保护效果。
（4）安全气囊（Airbag）安全气囊作为车身被动安全性的辅助配置，日渐受到人们的重视。汽车与障碍物碰撞称为一次碰撞，乘员与车内构件发生的碰撞称为二次碰撞，气囊在一次碰撞后、二次碰撞前迅速打开一个充满气体的气垫，使乘员因惯性而移动时“扑在气垫上”，从而缓和乘员受到的冲击并吸收碰撞能量，减轻乘员的伤害程度。
（5）仪表 仪表如图2-15所示，它为驾驶人提供所需的汽车运行参数信息。
图2-15 仪表
汽车仪表的功能是获取需要的数据并采用合适的方式显示出来。以前的仪表一般限制在3~4个量的显示和4~5个警告功能，现在新式仪表则达到有约15个量的显示和约40个警告监测功能。不同的信息有不同的获取方式和显示方式，目前新式仪表信息的获取方式主要有三种：通过车身总线传输；通过A/D采样转换；通过I/O状态变化进行获取。
（6）网关（Gateway,GW）众所周知，汽车的总线有低速CAN、CAN-FD、LIN总线、Flexray总线及以太网总线等。如图2-16所示，网关是车内通信的中央节点，可实现跨域功能集成、基本的路由通信及协议翻译、车内数据的提取和整合、全部部署、诊断通信服务及网联服务等。同时网关可为车辆提供全面的安全解决方案、硬件安全模块、密钥管理、可升级的服务及通信协议配置，具备高级安全防护，保证ECU间的高性能通信，还支持数据收集、远程刷写、诊断等网联服务功能。
图2-16 网关
智能驾驶对处理器芯片能力和传感器数量的需求，与处理器芯片的技术发展不足存在着矛盾，在较长的时间内，域控仍是主流。
汽车网关是汽车内部通信局域网的核心，通过它可以实现各条总线上信息的共享，实现汽车内部的网络管理和故障诊断功能。
汽车网关控制器主要有以下3个功能：
1）报文路由：网关具有转发报文的功能，并对总线报文状态进行诊断。
2）信号路由：实现信号在不同报文间的映射。
3）网络管理：网络状态监测与统计、错误处理、休眠唤醒等。
通俗来说，从一个房间走到另一个房间，必然要经过一扇门。同样，从一个网络向另一个网络发送信息，也必须经过一道“关口”，这道关口就是网关。顾名思义，网关就是一个网络连接到另一个网络的“关口”。
具体到车辆的智能控制来说，车上具备不同的模块，检测不同位置的信号，传输到一起进行集中处理，在它们之间的任意模块，如Keyless、BCM、仪表、转向轴锁、安全气囊、倒车雷达、发动机控制模块（ECM）、CVT等之间的相互通信，是不同模块之间的通信，有各自的特性和不同的生产厂商的标准，没有一个协调的关口，就可能造成通信混乱。网关就用于协调这些模块之间通信正常，对于其中的一般错误信号进行纠错。
（7）远程信息处理器（Telematics BOX，TBOX）汽车TBOX是由电源转换电路、OBD（车载诊断系统）、MCU、通用分组无线业务（GPRS）、定位模块及传感器构成的车辆信息和定位传输系统，如图2-17所示。汽车TBOX与主机通过CAN总线通信，实现指令与信息的传递，从而获取车辆状态、按键状态等信息及传递控制指令等。通过音频连接，实现双方共用传声器与扬声器输出，与手机应用程序是通过后台系统以数据链路的形式进行间接通信（双向）。TBOX与后台系统通信还包括语音和短信两种形式，使用短信形式主要实现一键导航及远程控制功能。
图2-17 TBOX功能模块
汽车TBOX可深度读取汽车CAN总线数据和私有协议，TBOX终端通过OBD模块和MCU，采集汽车的总线数据和对私有协议的反向控制；TBOX同时可以通过定位模块对车辆位置进行定位，使用网络模块通过网络将数据传输到云服务器。驾驶人可以在手机应用程序上通过网络从云服务器中获取车况报告、行车报告、油耗统计、故障提醒、违章查询、位置轨迹、驾驶行为、安全防盗、预约服务、远程找车等信息，还可以在手机应用程序上通过网络与服务器的连接，间接与网络模块交互，继而通过网络模块与MCU之间的渠道，最终使用MCU提供控制汽车门、窗、灯、锁、扬声器、危险报警闪光灯、反光镜折叠、天窗、监听中控警告和安全气囊状态等服务。