芯耀
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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(jìn)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(hù)的半導(dǎo)體開關(guān)。電子保險絲和 SmartFET 可為負(fù)載、傳感器和執(zhí)行器提供保護(hù)，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(qiáng)大的中央計算機(jī)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(qiáng)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(jìn)的受保護(hù)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(hù)功能，增強(qiáng)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(diǎn)拓?fù)洹?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(dá)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(jī)之間能夠?qū)崟r傳輸數(shù)據(jù)，便于中央計算機(jī)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(dāng)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(hù)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(hù)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?；谟虻膫鹘y(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(dāng)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(hù)， 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(jìn)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(dāng)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(jī)進(jìn)行上游通信。 與攝像頭、 傳感器、 激光雷達(dá)等邊緣節(jié)點(diǎn)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(jìn)行管理。 PDU 將電力分配到各個區(qū)域， 然后由 ZCU進(jìn)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(fù)責(zé)分配電力并管理按位置分組的電氣元件。 受保護(hù)的半導(dǎo)體開關(guān)（例如電子保險絲和 SmartFET） 可為負(fù)載、 傳感器和執(zhí)行器提供保護(hù)， 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(qiáng)大的中央計算機(jī)進(jìn)行集中控制和計算（圖 3） 。 這種轉(zhuǎn)變對于先進(jìn)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(dá)和激光雷達(dá)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(dá)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(jī)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(jìn)行劃分，既具有靈活性，又簡化了新負(fù)載和傳感器的添加操作，對于依賴攝像頭、超聲波、雷達(dá)和激光雷達(dá)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(jìn)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(jī)和即時下載的時代，消費(fèi)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(jī)，不用重新設(shè)計眾多獨(dú)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(biāo)準(zhǔn)） 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(diǎn)拓?fù)錇槠噾?yīng)用帶來了重大改變，允許多個節(jié)點(diǎn)通過單根非屏蔽雙絞線連接到主機(jī)控制器。借助汽車以太網(wǎng)的可擴(kuò)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(jìn)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。
