一文讲透汽车区域控制架构，以及那些关键技术

三十年前，汽车堪称机械工程领域的奇迹之作，但以如今的标准来看，其构造相当简单：入门级汽车仅配有收音机和电子点火装置；车窗升降器是手动的；仪表盘上装有机电式速度计和一些警示灯；电力通过仪表盘上的开关直接从电池传输至前大灯……那时的汽车没有防抱死制动系统 (ABS) 和安全气囊，也没有中央计算机，所有部件都使用模拟信号，并且相互独立。

区域控制架构的核心概念与设计逻辑

如今，车辆集成了数百种功能，其中许多功能是法规强制要求或消费者所需求的。为了实现这些功能，汽车制造商陆续安装了电子控制单元 (ECU)。每个系统（制动、照明、信息娱乐等）均配备了各自的 ECU、软件和布线。随着时间的推移，单辆汽车中形成了由 100 到 150 个 ECU 组成的复杂网络，并且这个网络还在继续变得越来越复杂。为了突破这种复杂性，汽车制造商开始采用软件定义汽车 (SDV) 架构。SDV旨在实现软件控制的集中化，从而简化功能的更新、管理和扩展。然而，即使实现了这种转变，若汽车制造商不重新考量车辆的物理架构，底层的布线和分布式硬件仍可能成为系统瓶颈。

于是，区域控制架构应运而生，这是一种基于位置的现代设计策略，对 SDV 原则起到补充作用，并显著简化了车辆系统。

图 1. 30年前的传统式架构示意图，采用集中式配电

区域控制架构是一种范式转变，它依据位置而非功能来组织车辆电子设备。不再为每个子系统配备专属的 ECU，而是在车辆的各个区域（如左前角、右后角或车舱内）安装区域控制器。这些控制器管理各自区域内的本地设备，如车灯、开关和传感器。并非每个组件都运行各自的软件，而是由区域控制器充当中心枢纽，负责配电和数据通信。

这些区域控制器连接到中央计算机，中央计算机中装有定义车辆行为的核心软件。因此，对于中央门锁、照明或温度控制，无需单独的 ECU，中央计算单元做出决策，区域控制器负责执行。

这种转变用更简单、更易于管理的区域布局取代了数百条点对点的线路，显著提高了设计的清晰度和系统效率。

解决区域设计关键实施挑战，核心优势凸显重大进步

尽管区域控制架构优势显著，但实施过程并非毫无挑战。首先，并非所有边缘模块都可以完全去除智能功能。一些组件（例如先进的照明系统）为实现性能、安全性或专有功能，仍需要本地处理。一级供应商提供的这些模块带有内置软件，因为他们拥有对模块进行编程和控制的专业知识。

这给采用区域设计的 SDV 带来了一项核心挑战，即需在集中控制与本地化灵活性之间找到平衡。在许多情况下，汽车制造商负责处理中央计算软件，而一级供应商则管理所制造模块的嵌入式软件。实现纯软件的中央大脑是目标，但往往需要做出妥协。

传统的 ECU 使用 CAN 和 LIN 等传统通信协议，这些协议适用于独立模块，但在区域控制架构中扩展时会变得难以管理。这正是汽车以太网（特别是10BASE-T1S）发挥作用的地方。

10BASE-T1S 是一种专为汽车应用设计的低速（10 Mbps）多分支以太网标准。它允许多个节点（如前大灯、转向灯和门锁）共享一对双绞线，减少了对昂贵点对点连接的需求。 

图 2. 10BASE-T1S 多分支连接示例

这种方法简化了布线，降低了成本，并利用了以太网成熟的生态系统（包括时间同步和错误恢复功能），避免了 100BASE-T1 或千兆以太网等高速以太网的开销。对于低带宽设备来说，这些高速以太网是不必要的。

总体而言区域控制架构在车辆开发、生产和运营方面具有五大优势：

降低布线复杂性和重量：减少电线和连接器的使用，既减轻了车重，又缩短了制造时间。

降低材料和装配成本：简化布线意味着制造成本降低，维护更加简便。

提高可扩展性：通过软件即可添加或更改新功能，无需重新设计硬件布局。

集中软件控制：简化开发流程，并支持无线 (OTA) 更新，这是 SDV 的关键推动因素。

更智能的功能协调：以照明为例。在传统车辆中，要实现解锁时前大灯闪烁，需要集成多个 ECU。在区域设计中，中央计算机发送单个命令，然后由相应的区域控制器执行该命令，无需冗余布线或单独的照明逻辑。

从以太网到智能开关，安森美助力向区域控制架构转型

作为全球领先的汽车半导体技术供应商，安森美 (onsemi) 认为区域控制架构体现了车辆设计与制造方式的范式转变，通过提供业界领先的产品和解决方案，安森美正在助力全球汽车制造商向区域控制架构转型。通过按物理位置对功能进行分组，并利用基于以太网的通信，汽车制造商显著降低了系统复杂性、布线成本和维护难度。

例如，区域控制器不仅负责数据中继，还为其所在区域内的组件配电。这意味着它们在系统安全和诊断方面起着关键作用，为此，安森美非常重视智能开关的作用，安森美的智能开关功能已经远不止基本的电路保护。这些智能器件具备以下特性：

· 每个通道的电压和电流监测功能

· 支持 ASIL B、ASIL D 等汽车安全标准

· 故障安全和故障运行模式，即使检测到故障，也能确保功能持续运行

例如，在发生故障时，安森美智能开关可以降低功率、隔离故障，或进入安全回退模式，而不是完全关闭前大灯等关键系统。这种洞察和控制能力对于更高级别的自动驾驶来说至关重要。 

图 3. 典型的区域配电架构

与软件定义汽车的原则相结合时，区域设计为更快的创新、更广泛的定制和更智能的诊断铺平了道路。借助 10BASE-T1S、远程控制协议 IC 和智能配电等支持技术，安森美正在助力汽车制造商实现这一愿景，提供可扩展、安全且高效的区域控制方案，以满足现代出行不断变化的需求。