车身电子功能模块不断增加，集中与分布式控制并驾齐驱

堀田慎吉：分布式架构还可利用灵活的位置配置，减少对车辆中音频和视频系统的干扰。

随着人们对于舒适和安全需求的不断增强，车身电子中集成的功能模块也在不断增加，并且一些原来只在高端汽车中的功能正向低端车转移。不过，总的来说，不同类型的汽车中，需要的车身控制模块(BCM)数目不一样，电子控制模块(ECU)数目也不一样。瑞萨科技有限公司汽车电子市场中心总经理堀田慎吉指出：“从小型/经济型汽车到大型/豪华汽车，使用的BCM和ECU数目各不相同。一般而言，小型/经济型车中，10~12个ECU(2~4个BCM)比较多见；高端大型/豪华汽车中，通常为70~120个ECU(20~40个BCM)，比如BMW7系、奔驰S级和雷克萨斯LS460等。”

李世铭：迄今为止，分布式架构的使用率约为零，但相信今后它的使用率将会达到10%。

英飞凌汽车电子资深市场工程师李世铭进一步对不同类型的汽车所含的功能进行了解释：“在低端汽车中，BCM的主要功能是控制照明装置和HAVC(通风、供暖和空调)；在中端汽车中，BCM的主要功能包括控制照明装置、车门、HAVC、车镜、电动车窗等等；在高端汽车中，它除了具备中端汽车中的功能外，还可控制电动座椅、防夹电动车窗以及具备电动后备箱/行李箱、转向集成模块(Column Integration Module)和中央控制模块等功能。目前欧洲强制规定，所有汽车BCM必须具备自动跛行回家(limp home)、高级前端车灯系统(AFS)和昼间行车灯等功能。” 总的来看，汽车车身电子消耗半导体器件占整车半导体用量的20~25%。据Strategy Analytics统计，2006年全球车用半导体需求为166亿美元，其中BCM中半导体需求为35亿美元。预计到2010年，整个汽车半导体市场为222亿美元，而届时BCM的半导体规模将达50亿美元。 但飞思卡尔汽车微控制器运营部产品市场经理Manuel Alves认为BCM占汽车电子总数的比例应该更大一些，“车身电子占到整个汽车电子的35~40%。”另外他指出，对于采用不同总线架构的车身电子，BCM模块数目也不一样。他说道：“在集中式架构中，模块数量较少但功能齐全，而分布式结构的特征是具有更多小型遥控模块，通过CAN或者LIN通信协议远程连接。”他继续说道：“分布式架构的车身电子是未来的趋势，基于CAN和LIN的车身电子从2000开始进入汽车，预计此类架构在2010年时可占车身电子市场的75%左右。”

预计到2010年，整个汽车半导体市场为222亿美元，而届时BCM的半导体规模将达50亿美元。

然而，其他一些厂商的估计远没有这么乐观，英飞凌的李世铭就认为迄今为止，分布式架构的使用率约为零，但相信今后它的使用率将会达到10%。 虽然业界都对车身电子向分布式架构发展这一趋势表示认同，但对于其发展的轨迹和CAN/LIN总线的实现方式却表示出了不同的看法。 集中式控制仍是主流，所有汽车中不可或缺 瑞萨的堀田慎吉指出，集中式控制由一个或两个BCM控制车身功能，目前主要用在小型/经济型汽车中，因为此类汽车的车身控制功能不多，仅有少量的如车灯、 雨刷、电动车窗和HVAC需求。电源信号直接连接到每个功能的执行机构(马达和信号灯)和传感器，开关信号直接连到BCM。其优势是成本低，线束少，而不足之处是控制功能有限。每个功能独立工作，同步操作比较困难。 李世铭进一步补充道，集中控制的优势是可以采用大型PCB，系统架构简化，而劣势正是PCB设计非常复杂，需要更多地布线，电路板具备更大的功耗，并且不易冷却。由于是单控制器结构，所有的功能都集中在一块电路板上，所以该架构通常不需要采用CAN或LIN总线。BCM由标准串行接口(UART或时钟串行接口)连接，或者使用简单的开关信号即可。与瑞萨的堀田慎吉观点不同，李世铭指出这种架构适用于所有车型，并不只是经济型小车。“因此，我们认为目前纯分布式架构的使用率仍是零。”他说。 但是，飞思卡尔的Manuel Alves并不完全赞同以上两位的观点，他认为集中式控制中也需要采用CAN或LIN，并且，高端汽车的分布式架构中也会采用集中式控制。他指出：“虽然采用集中式控制是低端汽车更具成本效益的途径，其功能和线缆是可管理的，通过少数几个主模块就可以控制。然而，在一些高档汽车中虽然有很多分布式功能，但也有很大的集中式车身控制模块，而主模块则变成重置系统、故障诊断和存取控制等功能的中央点。”他接着说道：“这也意味着集中式控制需要在模块级别上更多的整合，因此需要更多工程设计。这些模块一般都具有很多功能，包括一些多重CAN和LIN之间的网关功能，这样可以在必要时缓解处理的压力，以保证总线的响应时间。”在此种架构中，LIN和CAN的使用目的都是为了使模块数目最小。LIN可能只用在一些特殊情况下，如做为备选模块时使用。 针对集中式架构，各厂商都有非常多的产品线。瑞萨的堀田慎吉表示：“由于只具有标准功能，无需CAN或者LIN接口，瑞萨所有车用MCU可以用于集中控制架构。”而飞思卡尔的Manuel Alves则表示：“我们的高端产品通常能提供独特的功能，比如S12X上的全新模块XGATE，或者用于电压调节的集成诊断和保护，还有一些集成在飞思卡尔系统基础芯片(SBC)上的物理层收发器等，从而使我们的客户可以不断创新。” 英飞凌的李世铭则特别强调其DPM性能的优秀，他表示：“英飞凌可提供集中控制BCM解决方案所需的传感器、微控器和各种功率器件。英飞凌所有汽车IC都符合汽车限制条件的规定,并且大多数汽车IC的DPM都低于2ppm。” 分布式架构面临设计挑战，两种类型汽车平台最适用 分布式架构的好处已得到业界共认，但是各家的实施方式既即有很大不同，且对它的进程也有不同的看法。 飞思卡尔的Manuel Alves指出，分布式体系结构往往要依靠各种网络间的通信，好处是容易实现重用和减少电缆消耗，由于控制器接近功能点，只需要较短的电缆，取而代之的是更少更轻/更便宜的CAN和LIN网络电缆。但是，虽然降低了电缆数量，这也使得车身结构设计更为复杂，同时还面临带宽的限制。另外，在即时停车时，许多单元一般还需要动力供应，因此要多消耗一些电流。 瑞萨的堀田慎吉对分布式控制架构优势的理解是：“因为分布式架构中功率控制信号和CAN/LIN的接口信号可以选择优化的位置来配置，这样可以减少对车辆中音频和视频系统的干扰。同时，能对每个BCM进行待机控制，可以减少功率消耗。缺点是比集中控制系统价格昂贵(相对小型系统)。”他继续表示：“大型汽车有多个CAN网络(比如多重高速CAN、多重低速率CAN和它们的结合体)，而LIN主要用于需要慢速接口的小型系统，诸如车镜马达和HVAC马达控制等。” 而英飞凌的李世铭再一次从PCB的角度分析了分布式结构的优劣势，他说：“分布式的优势是PCB很小，易于制冷，复杂度较低；劣势则是PCB电路板数量增多，成本提高，系统架构变得复杂。”他进一步指出，目前BCM可分为三种架构：即中央BCM、半中央BCM、分散BCM。中央BCM目前的市场渗透率为40%，宝马、大众以及戴一克公司的车都是采用这种架构；半中央BCM目前的市场渗透率为50%，戴一克、奥迪以及PSA都是采用这种架构；分散BCM是未来的趋势，目前还没有车辆采用。严格来说，最后一种才能称为分布式架构。 Manuel Alves并不同意李世铭的观点，他指出目前有两种汽车平台最适用于采用分布式架构：一是对于需要提供很多可选模块的汽车平台非常适合；二是欲在同一架构下需要提供不同种类的汽车应用，譬如说一台大众高尔夫和斯柯达Octavia可以共享相同的电子结构，但采用不同的配置。因此，分布式结构最有可能用在大型汽车平台和中高档汽车平台上。此外，对于CAN和LIN的采用，他认为分布式架构包含很多的CAN网络，它们通过一个CAN网关连接在一起；而更多的LIN网络用于本地以提供系统的可伸缩性和电缆优化。他进一步解释，LIN的优势是比CAN更少的宽带和容错，成本比CAN少20~40%，最直接的好处是产生更少的线束。预计目前每部车中有3~10个LIN节点，预计至2010年时，将有10亿个LIN节点/年。“我们提供客户定制化的LIN收发器和SBC芯片，同时我们将所有的LIN元件封装在一个SIP中，简化客户的开发。”除了CAN和LIN外，FlexRay目前也已开始在单通道高速动力传动、驾驶辅助和提高舒适程度的汽车电子应用崭露头角。比如在新款宝马X5汽车中，FlexRay用于悬架控制之中。其中，飞思卡尔的MPC5516G14G就是用于车身控制/网关。 除了分布式架构外，飞思卡尔还提出一种“先进等级网络”。Manuel Alves表示，先进等级网络是最新的发展方向，它是在CAN/LIN网络中再增加主控节点，包括车身控制/网关节点、电源控制节点、集成底盘管理节点、稳定性节点和自动巡航节点等。预计此类架构至2010年时可占整个汽车比例的5%。其面临的挑战是要在新的设计方法中应对超级节点的复杂性以及软件标准的确定等。 虽然目前分布式架构的采用还不普遍，但它是以上汽车电子半导体厂商争夺的重镇，因为目标是高端汽车市场。飞思卡尔的Manuel Alves表示：“我们在CAN功能的MCU出货量方面排在市场首位。同时，我们是LIN和FlexRay联盟的理事会成员。我们的微控制器和系统基础芯片可以提供优秀的灵活性，这体现在网络的可选择性和可提供从8位MCU(含LIN、SBC)至高端32位MCU(含HSCAN和SBC)的全线产品。” 他指出，MPC55xx系列能面对车身电子控制的挑战：比如在有限的驾驭座上集成更多的功能、应对结构的多样化(集中式Vs.分布式，或AUTOSAR Vs Not)、复杂的网络和低电源管理等等。而S12-S12X适合于中央控制模块、网关和仪表盘等，它集成了大量的外围，并且集成了FlexRay，扩展了闪存的容量。 Manuel Alves特别强调了AUTOSAR对于汽车产业未来的重要性。他指出：“汽车厂商花在软件上的费用逐年增加，预计此项费用将会由2000年的250亿美元增至2010年的1,000亿美元。同时业界面临的问题是不同供应商之间的软件不能重用，AUTOSAR的目的就是提高不同供应商方案之间的软件可互换性，减小软件开发的成本。飞思卡尔的S12X系列和MPC55xx系列都可以支持AUTOSAR。”他自豪地表示：“飞思卡尔拥有所有主流的汽车车身电子子供应商，包括西门子VDO、Continental、Bosch、Lear等公司。而在汽车OEM方面，宝马是我们的主要客户之一。我们也在与一些中国汽车制造商结成合作伙伴，专门研究低端BCM结构。” 在瑞萨产品方面，堀田慎吉称：“我们具备4通道CAN接口的MCU，在中央控制系统中承担多重CAN网络的网关功能。且我们的MCU工作温度达到125摄氏度，可以安装在发动机室的BCM，承担照明和发动机风扇的控制功能。”瑞萨面向BCM应用提供广泛的MCU，从低端产品到高性能MCU，型号包括R8C(16位)、M16C(16位)、M32C(16位)、R32C(32位)。“由于所有MCU都向上软件兼容，同时向上兼容外设，客户可以很容易对BCM升级或者添加新功能。”他补充说。 堀田慎吉最后补充道：“根据Strategy Analytics排名，瑞萨是全球第四大汽车半导体制造商，而在汽车半导体的车用MCU市场方面，瑞萨为全球第二大制造商。在中国，瑞萨已经与CATARC(中国汽车技术和研究中心)建立了合作关系，为中国汽车制造商提供BCM。瑞萨向CATARC提供MCU技术和开发工具，CATARC开发和供应BCM。”