區(qū)域控制架構(gòu)的出現(xiàn)是為了應(yīng)對汽車行業(yè)的快速變化，尤其是電動汽車的興起。低壓配電和車載網(wǎng)絡(luò)已取得重大進步;分布式區(qū)域配電則簡化了線束結(jié)構(gòu)，使重量得以減輕，同時降低了制造復(fù)雜性和成本。

向軟件定義汽車 (SDV) 的轉(zhuǎn)型促使汽車制造商不斷創(chuàng)新，在區(qū)域控制器中集成受保護的半導(dǎo)體開關(guān)。電子保險絲和 SmartFET 可為負載、傳感器和執(zhí)行器提供保護，從而提高功能安全性，更好地應(yīng)對功能故障情況。不同于傳統(tǒng)的域架構(gòu)，區(qū)域控制架構(gòu)采用集中控制和計算的方式，將分散在各個 ECU 上的軟件統(tǒng)一交由強大的中央計算機處理，從而為下游的電子控制和配電提供了更高的靈活性。

本系統(tǒng)方案指南 (SSG) 探討了車輛區(qū)域控制架構(gòu)的最新趨勢和技術(shù)。安森美 (onsemi)提供覆蓋全面、功能強大的半導(dǎo)體產(chǎn)品組合，為區(qū)域控制架構(gòu)的轉(zhuǎn)變提供支持。其中的關(guān)鍵組件包括：

低壓中壓 MOSFET 和安森美的新型 PowerTrench T10 MOSFET。

SmartFET 和電子保險絲：我們先進的受保護的電源開關(guān)可取代傳統(tǒng)的保險絲，并提供可復(fù)位的保護功能，增強安全性。

10BASE-T1S 以太網(wǎng)收發(fā)器可實現(xiàn)車輛聯(lián)網(wǎng)，支持多點拓撲、 PLCA 和更多全新功能。

汽車以太網(wǎng)是 SDV 的一項關(guān)鍵技術(shù)，用于處理來自攝像頭和激光雷達等傳感器的大量數(shù)據(jù)，確保區(qū)域控制器和中央計算機之間能夠?qū)崟r傳輸數(shù)據(jù)，便于中央計算機處理傳感器數(shù)據(jù)并做出決策。在自動駕駛汽車的未來發(fā)展中，算力需求會持續(xù)增長，因此汽車以太網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施至關(guān)重要。

本文為第一篇，將介紹區(qū)域控制架構(gòu)的市場趨勢。

市場趨勢

從傳統(tǒng)架構(gòu)到區(qū)域控制架構(gòu)

隨著現(xiàn)代汽車的復(fù)雜性日益增加， 配電 (PD) 和車載網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的兩大趨勢正在逐步重塑區(qū)域控制架構(gòu)。 下文圖 1 和圖 2 展示了為簡化當前汽車電氣架構(gòu)設(shè)計而發(fā)生的配電變化， 圖 3 是未來采用分布式配電的區(qū)域控制架構(gòu)示例。

? 電力分配正在從集中式配電發(fā)展為區(qū)域(分布式) 配電， 依靠電子保險絲和 SmartFET 等新型半導(dǎo)體保護器件來提高功能安全性。

? 由于數(shù)據(jù)量巨大， 車輛網(wǎng)絡(luò)越來越依賴于汽車以太網(wǎng)主干網(wǎng)。

1.1990 年代的傳統(tǒng)架構(gòu)示例：

? 集中式配電

將電力直接輸送至各個電子控制單元 (ECU)。分布式控制和軟件位于 ECU 中。

圖 1：集中式配電

2.2010 年代的域架構(gòu)示例 – 應(yīng)用最廣泛

? 域控制器半分布式配電

汽車電子系統(tǒng)復(fù)雜度日益增加，愈發(fā)至關(guān)重要。電力輸送至域控制器，而不是直接輸送至 ECU。域控制器按功能分組，如動力系統(tǒng)、底盤、信息娛樂系統(tǒng)等。為了維持這種方法并添加更多的 ECU，連接各部件的線束會變得過長且過重。保護措施依賴于一個或多個保險絲盒，并可能采用基于域的車載保險絲。

圖 2：半分布式配電

隨著車內(nèi)電子系統(tǒng)的不斷增加，電力分配變得更加復(fù)雜，線束的設(shè)計難度也大大增加。基于域的傳統(tǒng)布線方法將相似功能(動力系統(tǒng)、底盤、信息娛樂系統(tǒng)、車身和舒適度系統(tǒng)等)連接到一起，如今已不夠高效，也不夠靈活。汽車行業(yè)正在從集中式配電轉(zhuǎn)向分布式區(qū)域配電。傳統(tǒng)上分散在車內(nèi)各處的眾多 ECU 如今可由區(qū)域控制器 (ZCU) 取代。

單個電源分配單元 (PDU) 充當配電樹的第一級。 PDU 連接到車輛的低壓 (LV) 電池或 HV-LV DC-DC 轉(zhuǎn)換器的輸出端， 由轉(zhuǎn)換器將高壓 (HV) 電池的電壓降低。 PDU 通過大電流保險絲提供主要保護， 并將電力智能分配至車輛內(nèi)的各個區(qū)域， 確保高效可靠的電源管理。 ZCU 在各自區(qū)域內(nèi)進一步分配電力并管理電氣元件， 大大減輕了線束的重量和復(fù)雜性。

借助汽車以太網(wǎng)， ZCU 還可充當車輛的數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)， 通過 100/1000BASE-T1 以太網(wǎng)主干網(wǎng)， 與中央計算機進行上游通信。 與攝像頭、 傳感器、 激光雷達等邊緣節(jié)點的下游通信則建立在 10BASE-T1S 以太網(wǎng)上。 傳統(tǒng)的 ECU 仍可通過CAN、 LIN 和 FlexRay 等傳統(tǒng)總線， 保持與 ZCU 的連接。

3.2025+ 年代區(qū)域控制架構(gòu)示例

本示例中， 車輛被分為四個區(qū)域， 每個角落一個(圖 3) ， 由 ZCU 進行管理。 PDU 將電力分配到各個區(qū)域， 然后由 ZCU進一步管理配電樹的第二級。 這種分布式配電模式涵蓋了增加的冗余。 每個 ZCU 負責分配電力并管理按位置分組的電氣元件。 受保護的半導(dǎo)體開關(guān)(例如電子保險絲和 SmartFET) 可為負載、 傳感器和執(zhí)行器提供保護， 從而提高功能安全性，更好地應(yīng)對功能故障情況。

圖 3：區(qū)域(分布式)配電

軟件定義汽車 (SDV) 在車輛域架構(gòu)(圖 2) 中， 軟件主要駐留在各個電子控制單元 (ECU) 中。 而區(qū)域控制方法對此做出了調(diào)整， 將軟件從 ECU中抽離出來， 交由強大的中央計算機進行集中控制和計算(圖 3) 。 這種轉(zhuǎn)變對于先進駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 和自動駕駛至關(guān)重要。 ADAS 和自動駕駛需要處理來自攝像頭、 雷達和激光雷達傳感器的大量數(shù)據(jù)， 這些傳感器每秒生成的數(shù)據(jù)可達數(shù)兆比特。 汽車以太網(wǎng)成為了 SDV 硬件基礎(chǔ)設(shè)施內(nèi)部的主干網(wǎng)絡(luò)， 可在 ZCU 和中央計算機之間高效傳輸實時數(shù)據(jù)。

區(qū)域控制架構(gòu)按車內(nèi)的物理位置進行劃分，既具有靈活性，又簡化了新負載和傳感器的添加操作，對于依賴攝像頭、超聲波、雷達和激光雷達傳感輸入的自動駕駛汽車至關(guān)重要。

無線軟件 (OAS) 更新是 SDV 的另一重大進步。過去，車輛軟件更新頻次很低，而且需要去汽車經(jīng)銷商處更新。通常，車輛出廠后， ECU 軟件就不會再更新。而在智能手機和即時下載的時代，消費者已難以接受定期去經(jīng)銷商處更新軟件。

如今，車輛能夠持續(xù)與云端相連，通常在夜間自動完成更新，第二天全新的功能和優(yōu)化早已部署完畢，不會影響用戶。區(qū)域控制方法具有集中計算帶來的優(yōu)勢，簡化了更新過程。理想情況下，采用區(qū)域控制的汽車在處理更新時，只需更新車載的中央計算機，不用重新設(shè)計眾多獨立的 ECU。這種方法降低了復(fù)雜性以及軟件開發(fā)成本。在汽車創(chuàng)新的新時代，確保網(wǎng)絡(luò)安全、行車安全并提升駕駛體驗至關(guān)重要。

10BASE-T1S 汽車以太網(wǎng)

10BASE-T1S 是單根雙絞線以太網(wǎng)技術(shù)的一項最新成果，專為汽車應(yīng)用設(shè)計。 10BASE-T1S(采用 IEEE 802.3cg 標準) 滿足對于高速通信網(wǎng)絡(luò)、高帶寬和確定性實時通信設(shè)施的需求。多點拓撲為汽車應(yīng)用帶來了重大改變，允許多個節(jié)點通過單根非屏蔽雙絞線連接到主機控制器。借助汽車以太網(wǎng)的可擴展性和靈活性，還可以輕松集成新功能和新技術(shù)。這類復(fù)雜且數(shù)據(jù)密集型的應(yīng)用包括先進駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS)、信息娛樂系統(tǒng)、實時診斷功能及其他關(guān)鍵組件。