汽车网关“革命”，中国芯“出线”

整车电子架构的革命，正在催生一个全新的细分市场。

今年4月，芯驰科技与一汽集团研发总院宣布基于前者的G9X中央网关芯片开发“龙驰”中央网关平台，未来将覆盖红旗SUV、智能小巴等车型。

这是国内首款搭载“中国芯”的自主网关量产平台，也打破了传统网关主芯片外资垄断的历史，也是继车载4G通讯、信息娱乐以及ADAS芯片国产化突围之后的又一新里程碑。

不过，和ADAS、信息娱乐属于增量市场相比，从传统网关到智能中央网关，首先是一个存量替代市场。

目前，一辆新车平均搭载超过100个ECU，这些ECU通过多个不同网络连接，比如CAN、LIN、FlexRay以及以太网，这就需要有一个网关处理异构网络数据传输和交互。

根据高工智能汽车研究院监测数据显示，2020年国内新车上险搭载独立网关为1767.76万辆，搭载率超过90%，仅有部分品牌车型仍采用集成网关的形式。

同时，随着大众ID系列纯电动车的上市，搭载大陆集团提供的车身中央服务器宣告传统独立网关正在向域集中式中央网关以及中央集中式服务器方向快速演进。

同时，网关承担的功能，也不再仅仅是车内网络通讯总线的路由功能，通过MCU+SoC的计算平台，开始承担更多复杂功能和车内大数据的中枢大脑。

换个角度来说，这是一个全新的带算力的车内网络域控制器，对于汽车零部件供应商来说，又是一个全新的细分市场。

一、带上算力的网关

作为下一代汽车电子电气架构三大核心板块，智能座舱、自动驾驶和中央网关也是面向SOA架构的基础设施。其中，对于中央网关来说，高性能处理是这一轮技术变革的核心。

尤其是随着ADAS传感器数量和类型的增加，这种演变对汽车以太网和网关功能产生了重大影响。汽车以太网和网关不仅支持数据连接，还需要支持高带宽的汽车应用程序，包括关键的安全功能和OTA管理。

MCU+SoC是核心的演进趋势，而作为传统网关MCU芯片的垄断供应商（NXP、ST、瑞萨、TI、英飞凌等），几家公司都已经陆续推出各自的解决方案。

比如，去年上市的大众ID.3搭载的大陆集团网关高性能服务器（HPC），正是基于瑞萨电子的高性能R-Car M3系统芯片(SoC)，提供车辆系统的集中控制，并配备了安全网关功能，以实现云服务连接。

通过与瑞萨RH850/U2A跨域微控制器的结合，虚拟化功能使连接到外部云服务的软件与控制车辆的软件隔离，各自能够完全独立地运行，支持ASIL D功能安全，从而形成一个完整的汽车安全服务器解决方案。

近年来，从信息娱乐向ADAS、自动驾驶征战受挫（被Mobileye、英伟达、高通、地平线等企业赶超）的NXP，是传统网关MCU的市场份额领头企业，近日宣布基于16nm工艺的S32G2汽车网络处理器正式投产。

S32G系列的性能是NXP传统网关芯片的15倍，同时降低了功耗。S32G将被用于所有新网关不仅在汽车传输数据，而且利用数据支持的高级驾驶员辅助系统以及服务在线诊断到更新软件的云。

S32G基于Cortex-M7微控制器和Cortex-A53微处理器的锁步集群，可以支持ASIL-D标准，还配备了专用的网络加速器和加密核心，可以在车内通过CAN、以太网和其他网络发送和保护数据。

芯片集成了20个CAN接口，而当前这一代汽车网络芯片只有8个。该芯片还具有4个千兆以太网接口，在当前的网关处理器范围内从100兆以太网增加到千兆以太网。

它还支持嵌入式电子产品的最高功能安全标准ASIL-D，高于上一代的ASIL-C。NXP公司表示，已开始向包括奥迪在内的早期客户供应这种新型芯片，同时5nm的下一代工艺制程也在准备中。

此外，S32G同时负责整合来自摄像头、雷达和汽车周围其他传感器的所有数据，并将所有数据提供给ADAS安全控制器。

德州仪器是在去年初宣布推出基于全新Jacinto 7处理器平台的网关处理器DRA829V和DRA821U，集成最多8端口Gbit/TSN以太网交换机、PCIe交换机，负责跨域之间高速数据连接。

现在，来自中国的芯片公司也站在了同一条起跑线上。

以芯驰科技为例，G9系列处理器是专为新一代车内核心网关设计的高性能车规级汽车芯片，采用双内核异构设计，包含高性能Cortex-A55 CPU内核及双核锁步的高可靠Cortex-R5内核。

在此基础上，G9基于芯驰第二代包处理引擎SDPEv2，在非常低的CPU占用率的情况下，可实现不同接口之间的高流量，低延迟的数据交换。

此外，G9内置了HSM，包含真随机数发生器和高性能加解密引擎，支持AES，RSA，ECC，SHA以及多种国密算法，满足安全启动，OTA，V2X等多种未来车载安全应用的需求。

今年，芯驰科技推出了最新一代G9Q，一款高性能中央网关处理器，在2020年推出的G9X的基础上，将单核CPU升级到了四核CPU，算力增加能够承载更多的应用软件。

同时，在CPU内核升级的同时，G9Q还特别增加了SMMU来支持虚拟化。而G9V是面向跨域融合的高性能处理器，在G9Q的基础上，增加了高清视频输入和显示输出，并配备了高性能3D GPU。

通过一个G9V处理器，可以在一个域控制器上将核心网关和3D仪表融合在一起，进一步提高系统的集成度，提升系统效率。

两款SoC的四个高性能A55内核，配合的一对高可靠双核锁步R5内核，可以在一个处理器上同时部署Classic AutoSAR和Adaptive AutoSAR，配合高速内部核间通信架构，实现跨核、跨域、跨系统之间的未来SOA架构支撑。

二、传统网关格局重构

而作为传统独立网关的主要供应商，大陆、博世、迈隆、联电、李尔等几家公司过去占据市场的主要份额。以高工智能汽车研究院监测数据显示，2020年国内新车上险搭载的独立网关前十大供应商市场份额超过90%。

作为排名市场第一的大陆集团，大众ID系列的车身高性能服务器（HPC网关）的率先量产，带来了全新的开发经验和理解，“未来几年，软件控制的车辆功能将从10%增加到40%。”

在该公司相关负责人看来，网关的集成化，将大幅降低开发成本，汽车内部的信息流将从单“车道“网络升级为“高速公路”网络系统。

这意味着，基于服务器的架构，意味着不仅要改变汽车硬件，还要实现全新的软件部署。最典型的对比，就是最新一代高尔夫和大众ID系列纯电动车。

前者采用的仍是基于传统网关、车身控制器和其他多个ECU的传统电子架构。“这种架构下的功能和复杂性已经达到了极限，集中式高性能计算正在重新定义。”上述负责人表示。

按照计划，大陆集团给大众汽车开发的ICAS1（中央智能服务器）将在未来几年搭载到超过20款ID系列车型。“我们是第一家在市场上实现这种范式转变的供应商。”

此外，数据处理的效率提升以及跨域数据协同、安全冗余也是新技术迭代升级的着力点。

“未来不仅仅是移动数据，从原始数据到有用数据，减少数据处理量本身就是一项巨大的成本节省。”NXP汽车网络处理器产品线管理总监布莱恩·卡尔森(Brian Carlson)表示，在4G/5G网络上，这是非常重要的。

同时，功能性安全水平也会提高。典型的网关是ASIL-B级别，但接下来中央网关处理器将要求达到ASIL-D级别，尤其是处理涉及到ADAS安全控制器的域处理时。

比如，安波福推出的SVA整车电子架构，除了为高级别自动驾驶提供的数据处理算力之外，额外的网关服务器将能够提供内部冗余，从而提供数据错误检测。

布莱恩·卡尔森表示，输入/输出和网络能力非常适合多传感器融合获取原始数据。然后，Arm处理可以为驱动辅助算法处理和融合这些数据。

此外，网络加速功能可以减轻Arm处理器的工作负载，传统架构下，千兆以太网处理要消耗处理器大约90%的处理能力。启用加速器后，这一比例将下降到0.2%左右。

同时，未来中央网关服务器还将作为自动驾驶域控制器的数据处理冗余，“独特的网络、性能和安全特性结合在一起，非常适合用于下一代ADAS域控制器。”奥迪自动驾驶ECU开发总监Bernhard Augustin表示。

“自动驾驶市场正在经历指数级增长，还将面临许多挑战。随着逐步转向自动驾驶开发，需要一个更灵活的软件驱动架构，以适应汽车内外部的实时信息流。”RTI相关负责人表示。

尤其是在异构硬件和开放软件环境中，开发HPC服务型网关对于汽车制造商和一级供应商来说都是巨大的挑战和机会。

未来几年，整个汽车网关市场将呈现双线并行的发展趋势。其中，安全以太网网关基于MCU设计，满足整车网关的基本需求，具有极大的成本优势，可以支持整车OTA。

同时，部分车型（尤其是智能电动平台）将启用网关计算平台，适用于域控制器架构或者区域控制架构，计算平台采用异构SoC方案，面向整车SOA，支持Adaptive AUTOSAR。

此外，以华为代表的IT企业，提出了分布式网关概念。与现在的集中网关架构相比，后续传感器和执行器可以就近接入到几个分布式网关（VIU）上，形成一个环网。

同时，几个网关互为冗余，这样可以实现更高的功能安全，另外还可以节省线束。“这是一种典型的IT架构，计算和通信的架构。”华为负责人表示。

可以预见的是，整个汽车网关市场，无论是上游芯片供应商，下游网关组件设备制造商，还是IT行业新进参与者，都在争夺新机会。

大众BCM车载电器管理控制单元知识讲解，可以说是很全面了

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车身控制模块 BCM 集成了传统的 J519、J393 、J533功能(J533或独立）。

1，采用车身电脑控制器BCM集成控制，各种单一继电器以及执行器高度集成，大大减少了故障发生率。

2，大量采用LIN总线控制，单线制，1个主控制器可控制最多16个从控制器。具有高度的可扩展性,同时大大减轻线束的重量。

BCM的功能

BCM的管理功能

1、带安全功能的中央门锁系统

2、照明灯光的控制

3、开启行李箱盖锁

4、中央门锁和警报器遥控装置

5、车内监控的警报器(选装)

6、监控行李箱和反光镜上的车灯电源

7、信号灯控制

8、车灯的开关控制

9、后窗加热继电器的控制

10、负载管理- 电源管理

11、天窗控制

15供电继电器 – 点火50供电继电器 – 起动75供电继电器 – 当发动机启动时，断开电器设备双音喇叭继电器 J4燃油泵继电器 J17(油泵控制单元)后窗玻璃加热装置继电器 J9清洗装置马达内部组合仪表背景灯光的调节

BCM对中央门锁系统进行合成控制，包括SAFE功能，此功能通过双马达门锁和控制燃油箱加油盖来实现。此单元的一个集成部件是中央门锁遥控器的接收装置，同时包括电控开启和关闭门窗、天窗和防盗安全系统。

车身控制模块（BCM）－集成网关功能

【类型】

集成在组合仪表(J285)集成在车载控制单元内部(J519)单独的网关

BCM 控制单元对车辆的附加舒适功能进行控制

【LIN-Bus】

雨量和光线识别传感器前风窗雨刮器控制单元报警喇叭支持系统(选装)车内监控传感器和汽车倾斜传感器(选装)

BCM负载管理

为了确保蓄电池有足够的电能使发动机顺利起动和正常运转在保证安全的前提下，适当的关闭舒适功能的用电设备。

当电压降低于12.2V：

【BCM控制内部和外部的车灯】

优点：

控制单个灯泡的开启和关闭(分别控制每个灯泡)占空比控制(PWM) 灯泡的最大功率 (延长灯泡寿命)诊断灯泡和线束(正极短路，回路短路和断路）在短路或断路的情况下，将自动断开电源 (代替保险丝的功能)控制车辆的其它舒适功能 (如：带“转向灯“功能的雾灯，白天行车灯等）

雨刮器与雨量和光线传感器

雨刮器控制系统

发动机舱盖控制

车辆停止时，打开发动机仓盖后，雨刷被禁止工作。

当舱盖被打开，车速在2-16Km/h时，雨刷功能同样被禁止，但再次拨动雨刷开关，雨刷功能将被激活。

当车速大于16Km/h，尽管舱盖被打开，雨刷功能会保持工作状态不受影响。直至车速低于2Km/h后，重新被禁止工作。

可改变的停止位置

每两次关闭刮水器或每5次关闭点火开关后，刮水器的停止位置被重新设定，以防止刮水器片变形。

防锁死功能

当雨刮片因被障碍物阻碍而锁死时，如果尝试5次仍不能克服阻碍，雨刮会自动停止工作。

更换雨刮片的维修位置

先接通点火开关，然后再关闭。在20秒钟内，将刮水臂推至点动位置，现在刮水臂就处在维修位置了。

雨量和光线识别传感器

1、白色的两个点（红色圆圈标出）是光线传感器,分别监测车顶光线和车辆前方光线。

2、在两个光线传感器之间有4个菱形图案，这四个菱形图案分别是：2个发光二极管和2个光电二极管，用作监控雨量大小。

3、更换雨量和光线传感器后需要编码。

光线传感器要识别出不同的道路情况和环境光线比如：隧道、黄昏、树林、黎明等等。

光线传感器分别将前区和全区的光线值反馈到控制单元内部，控制单元在用一个逻辑曲线得出一个当前的光线值和环境状态。

雨量传感器装于后视镜底部，传感器内部有：发光二极管，光电二极管组成。雨量传感器收到雨点大小信号，自动调节刮水器间隙档速度、在AUTO模式下点亮大灯。

雨量传感器通过发光二极管发射出一束光，前风窗干的话全部反射出来，光量反射到光电二极上，说明该雨量小。前风窗湿的话，则反射到光二极管上的光弱，该雨量大。其结果：只有极小光束被风窗反射回来，反射光多少，取决于雨量大小。雨量传感器把此信号传递到间隙刮水控制器，从而激活刮水器工作。

【雨量和光线传感器：在09中可读到传感器数据】

09中央电气模块的RLS编码是07 30 22

第一组07含义：＋1高速启动大灯，＋2下雨启动大灯，＋4下雨自动关窗，07代表1+2+4，即高速开启大灯、下雨开启大灯和下雨自动关窗；

第二组30含义：30是十六进制，转化成十进制为48，即光线感应量48％时候打开大灯；

第三组22含义：22是十六进制，转化为十进制为34，即雨水感应灵敏度为34％。

车窗玻璃清洗泵

后风窗加热

后风窗加热功能只有在发动机工作的状态下才可被激活。

BCM匹配和长编码

BCM的编码

1、其中二进制编码里面的8个数字代表着不同的功能开启和关闭。

2、在有的字节里面是每一个数字代表的一个功能。

3、还有一些字节是需要组合计算出不同的输出模式或功率。

BCM的在线编码

BCM编码与车辆VIN绑定，一车一码，必须在线编码，设备要求同在线防盗。

VW品牌光盘在V16.84后含有在线编码功能程序，SKODA品牌光盘在V16.56后含有此功能程序。

BCM的匹配

0：清除所有遥控器

1：遥控器匹配

3：单个车门打开

4：15km/h自动落锁 0=关闭/1=打开

5：车门会自动解锁，当钥匙从点火开关拔出。0=关闭/1=打开

6：舒适模式，激活/关闭操作遥控车窗/天窗。0=关闭/1=打开

12：车辆上锁时会闪烁。0=关闭/1=打开

BCM最终控制诊断和读取数据流

激活控制部件（包括电机，灯泡，电子阀，门锁，继电器）。

功能部件检查-自行编制测试计划，提取电路图、元件安装位置。

可以读取供电电压开关状态等大量数据。