三十年前，汽車堪稱機(jī)械工程領(lǐng)域的奇跡之作，但以如今的標(biāo)準(zhǔn)來看，其構(gòu)造相當(dāng)簡單。入門級汽車僅配有收音機(jī)和電子點火裝置。車窗升降器是手動的。儀表盤上裝有機(jī)電式速度計和一些警示燈。電力通過儀表盤上的開關(guān)直接從電池傳輸至前大燈。那時的汽車沒有防抱死制動系統(tǒng)(ABS)和安全氣囊，也沒有中央計算機(jī)。所有部件都使用模擬信號，并且相互獨立。

如今，車輛集成了數(shù)百種功能，其中許多功能是法規(guī)強(qiáng)制要求或消費者所需求的。為了實現(xiàn)這些功能，汽車制造商陸續(xù)安裝了電子控制單元(ECU)。每個系統(tǒng)（制動、照明、信息娛樂等）均配備了各自的ECU、軟件和布線。隨著時間的推移，單輛汽車中形成了由100到150個ECU組成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，并且這個網(wǎng)絡(luò)變得越來越復(fù)雜。

為了突破這種復(fù)雜性，汽車制造商開始采用軟件定義汽車(SDV)架構(gòu)。SDV旨在實現(xiàn)軟件控制的集中化，從而簡化功能的更新、管理和擴(kuò)展。然而，即使實現(xiàn)了這種轉(zhuǎn)變，若汽車制造商不重新考量車輛的物理架構(gòu)，底層的布線和分布式硬件仍可能成為系統(tǒng)瓶頸。

于是，區(qū)域控制架構(gòu)應(yīng)運而生，這是一種基于位置的現(xiàn)代設(shè)計策略，對SDV原則起到補充作用，并顯著簡化了車輛系統(tǒng)。

什么是區(qū)域控制架構(gòu)？

區(qū)域控制架構(gòu)是一種范式轉(zhuǎn)變，它依據(jù)位置而非功能來組織車輛電子設(shè)備。不再為每個子系統(tǒng)配備專屬的ECU，而是在車輛的各個區(qū)域（如左前角、右后角或車艙內(nèi)）安裝區(qū)域控制器。這些控制器管理各自區(qū)域內(nèi)的本地設(shè)備，如車燈、開關(guān)和傳感器。并非每個組件都運行各自的軟件，而是由區(qū)域控制器充當(dāng)中心樞紐，負(fù)責(zé)配電和數(shù)據(jù)通信。

這些區(qū)域控制器連接到中央計算機(jī)，中央計算機(jī)中裝有定義車輛行為的核心軟件。因此，對于中央門鎖、照明或溫度控制，無需單獨的ECU，中央計算單元做出決策，區(qū)域控制器負(fù)責(zé)執(zhí)行。

這種轉(zhuǎn)變用更簡單、更易于管理的區(qū)域布局取代了數(shù)百條點對點的線路，顯著提高了設(shè)計的清晰度和系統(tǒng)效率。

實施區(qū)域控制架構(gòu)的現(xiàn)實挑戰(zhàn)

盡管區(qū)域控制架構(gòu)優(yōu)勢顯著，但實施過程并非毫無挑戰(zhàn)。首先，并非所有邊緣模塊都可以完全去除智能功能。一些組件（例如先進(jìn)的照明系統(tǒng)）為實現(xiàn)性能、安全性或?qū)Ｓ泄δ?，仍需要本地處理。一級供?yīng)商提供的這些模塊帶有內(nèi)置軟件，因為他們擁有對模塊進(jìn)行編程和控制的專業(yè)知識。

這給采用區(qū)域設(shè)計的SDV帶來了一項核心挑戰(zhàn)，即需在集中控制與本地化靈活性之間找到平衡。在許多情況下，汽車制造商負(fù)責(zé)處理中央計算軟件，而一級供應(yīng)商則管理所制造模塊的嵌入式軟件。實現(xiàn)純軟件的中央大腦是目標(biāo)，但往往需要做出妥協(xié)。

以太網(wǎng)在區(qū)域設(shè)計中的作用

傳統(tǒng)的ECU使用CAN和LIN等傳統(tǒng)通信協(xié)議，這些協(xié)議適用于獨立模塊，但在區(qū)域控制架構(gòu)中擴(kuò)展時會變得難以管理。這正是汽車以太網(wǎng)（特別是10BASE-T1S）發(fā)揮作用的地方。

10BASE-T1S是一種專為汽車應(yīng)用設(shè)計的低速（10 Mbps）多分支以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。它允許多個節(jié)點（如前大燈、轉(zhuǎn)向燈和門鎖）共享一對雙絞線，減少了對昂貴點對點連接的需求。

圖1. 10BASE-T1S 多分支連接示例

這種方法簡化了布線，降低了成本，并利用了以太網(wǎng)成熟的生態(tài)系統(tǒng)（包括時間同步和錯誤恢復(fù)功能），避免了100BASE-T1或千兆以太網(wǎng)等高速以太網(wǎng)的開銷。對于低帶寬設(shè)備來說，這些高速以太網(wǎng)是不必要的。

配電中的智能開關(guān)

區(qū)域控制器不僅負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)中繼，還為其所在區(qū)域內(nèi)的組件配電。這意味著它們在系統(tǒng)安全和診斷方面起著關(guān)鍵作用。安森美(onsemi)的智能開關(guān)功能遠(yuǎn)不止基本的電路保護(hù)。這些智能器件具備以下特性：

每個通道的電壓和電流監(jiān)測功能

支持ASIL B、ASIL D 等汽車安全標(biāo)準(zhǔn)

故障安全和故障運行模式，即使檢測到故障，也能確保功能持續(xù)運行

例如，在發(fā)生故障時，智能開關(guān)可以降低功率、隔離故障，或進(jìn)入安全回退模式，而不是完全關(guān)閉前大燈等關(guān)鍵系統(tǒng)。這種洞察和控制能力對于更高級別的自動駕駛來說至關(guān)重要。

圖2.典型的區(qū)域配電架構(gòu)

區(qū)域控制架構(gòu)的優(yōu)勢

區(qū)域控制架構(gòu)在車輛開發(fā)、生產(chǎn)和運營方面具有五大優(yōu)勢：

降低布線復(fù)雜性和重量：減少電線和連接器的使用，既減輕了車重，又縮短了制造時間。

降低材料和裝配成本：簡化布線意味著制造成本降低，維護(hù)更加簡便。

提高可擴(kuò)展性：通過軟件即可添加或更改新功能，無需重新設(shè)計硬件布局。

集中軟件控制：簡化開發(fā)流程，并支持無線 (OTA)更新，這是 SDV的關(guān)鍵推動因素。

更智能的功能協(xié)調(diào)：以照明為例。在傳統(tǒng)車輛中，要實現(xiàn)解鎖時前大燈閃爍，需要集成多個ECU。在區(qū)域設(shè)計中，中央計算機(jī)發(fā)送單個命令，然后由相應(yīng)的區(qū)域控制器執(zhí)行該命令，無需冗余布線或單獨的照明邏輯。

安森美助力汽車制造商向區(qū)域控制架構(gòu)轉(zhuǎn)型

區(qū)域控制架構(gòu)體現(xiàn)了車輛設(shè)計與制造方式的范式轉(zhuǎn)變。通過按物理位置對功能進(jìn)行分組，并利用基于以太網(wǎng)的通信，汽車制造商顯著降低了系統(tǒng)復(fù)雜性、布線成本和維護(hù)難度。

與軟件定義汽車的原則相結(jié)合時，區(qū)域設(shè)計為更快的創(chuàng)新、更廣泛的定制和更智能的診斷鋪平了道路。

借助10BASE-T1S、遠(yuǎn)程控制協(xié)議IC和智能配電等支持技術(shù)，安森美正在助力汽車制造商實現(xiàn)這一愿景，提供可擴(kuò)展、安全且高效的區(qū)域控制方案，以滿足現(xiàn)代出行不斷變化的需求。