安森美解读区域控制架构的市场趋势

区域控制架构的出现是为了应对汽车行业的快速变化，尤其是电动汽车的兴起。低压配电和车载网络已取得重大进步;分布式区域配电则简化了线束结构，使重量得以减轻，同时降低了制造复杂性和成本。

向软件定义汽车 (SDV) 的转型促使汽车制造商不断创新，在区域控制器中集成受保护的半导体开关。电子保险丝和 SmartFET 可为负载、传感器和执行器提供保护，从而提高功能安全性，更好地应对功能故障情况。不同于传统的域架构，区域控制架构采用集中控制和计算的方式，将分散在各个 ECU 上的软件统一交由强大的中央计算机处理，从而为下游的电子控制和配电提供了更高的灵活性。

本系统方案指南 (SSG) 探讨了车辆区域控制架构的最新趋势和技术。安森美 (onsemi)提供覆盖全面、功能强大的半导体产品组合，为区域控制架构的转变提供支持。其中的关键组件包括：

低压中压 MOSFET 和安森美的新型 PowerTrench T10 MOSFET。

SmartFET 和电子保险丝：我们先进的受保护的电源开关可取代传统的保险丝，并提供可复位的保护功能，增强安全性。

10BASE-T1S 以太网收发器可实现车辆联网，支持多点拓扑、 PLCA 和更多全新功能。

汽车以太网是 SDV 的一项关键技术，用于处理来自摄像头和激光雷达等传感器的大量数据，确保区域控制器和中央计算机之间能够实时传输数据，便于中央计算机处理传感器数据并做出决策。在自动驾驶汽车的未来发展中，算力需求会持续增长，因此汽车以太网基础设施至关重要。

本文为第一篇，将介绍区域控制架构的市场趋势。

市场趋势

从传统架构到区域控制架构

随着现代汽车的复杂性日益增加， 配电 (PD) 和车载网络领域的两大趋势正在逐步重塑区域控制架构。 下文图 1 和图 2 展示了为简化当前汽车电气架构设计而发生的配电变化， 图 3 是未来采用分布式配电的区域控制架构示例。

• 电力分配正在从集中式配电发展为区域(分布式) 配电， 依靠电子保险丝和 SmartFET 等新型半导体保护器件来提高功能安全性。

• 由于数据量巨大， 车辆网络越来越依赖于汽车以太网主干网。

1.1990 年代的传统架构示例：

• 集中式配电

将电力直接输送至各个电子控制单元 (ECU)。分布式控制和软件位于 ECU 中。

图 1：集中式配电

2.2010 年代的域架构示例 – 应用最广泛

• 域控制器半分布式配电

汽车电子系统复杂度日益增加，愈发至关重要。电力输送至域控制器，而不是直接输送至 ECU。域控制器按功能分组，如动力系统、底盘、信息娱乐系统等。为了维持这种方法并添加更多的 ECU，连接各部件的线束会变得过长且过重。保护措施依赖于一个或多个保险丝盒，并可能采用基于域的车载保险丝。

图 2：半分布式配电

随着车内电子系统的不断增加，电力分配变得更加复杂，线束的设计难度也大大增加。基于域的传统布线方法将相似功能(动力系统、底盘、信息娱乐系统、车身和舒适度系统等)连接到一起，如今已不够高效，也不够灵活。汽车行业正在从集中式配电转向分布式区域配电。传统上分散在车内各处的众多 ECU 如今可由区域控制器 (ZCU) 取代。

单个电源分配单元 (PDU) 充当配电树的第一级。 PDU 连接到车辆的低压 (LV) 电池或 HV-LV DC-DC 转换器的输出端， 由转换器将高压 (HV) 电池的电压降低。 PDU 通过大电流保险丝提供主要保护， 并将电力智能分配至车辆内的各个区域， 确保高效可靠的电源管理。 ZCU 在各自区域内进一步分配电力并管理电气元件， 大大减轻了线束的重量和复杂性。

借助汽车以太网， ZCU 还可充当车辆的数据和网络网关， 通过 100/1000BASE-T1 以太网主干网， 与中央计算机进行上游通信。 与摄像头、 传感器、 激光雷达等边缘节点的下游通信则建立在 10BASE-T1S 以太网上。 传统的 ECU 仍可通过CAN、 LIN 和 FlexRay 等传统总线， 保持与 ZCU 的连接。

3.2025+ 年代区域控制架构示例

本示例中， 车辆被分为四个区域， 每个角落一个(图 3) ， 由 ZCU 进行管理。 PDU 将电力分配到各个区域， 然后由 ZCU进一步管理配电树的第二级。 这种分布式配电模式涵盖了增加的冗余。 每个 ZCU 负责分配电力并管理按位置分组的电气元件。 受保护的半导体开关(例如电子保险丝和 SmartFET) 可为负载、 传感器和执行器提供保护， 从而提高功能安全性，更好地应对功能故障情况。

图 3：区域(分布式)配电

软件定义汽车 (SDV) 在车辆域架构(图 2) 中， 软件主要驻留在各个电子控制单元 (ECU) 中。 而区域控制方法对此做出了调整， 将软件从 ECU中抽离出来， 交由强大的中央计算机进行集中控制和计算(图 3) 。 这种转变对于先进驾驶辅助系统 (ADAS) 和自动驾驶至关重要。 ADAS 和自动驾驶需要处理来自摄像头、 雷达和激光雷达传感器的大量数据， 这些传感器每秒生成的数据可达数兆比特。 汽车以太网成为了 SDV 硬件基础设施内部的主干网络， 可在 ZCU 和中央计算机之间高效传输实时数据。

区域控制架构按车内的物理位置进行划分，既具有灵活性，又简化了新负载和传感器的添加操作，对于依赖摄像头、超声波、雷达和激光雷达传感输入的自动驾驶汽车至关重要。

无线软件 (OAS) 更新是 SDV 的另一重大进步。过去，车辆软件更新频次很低，而且需要去汽车经销商处更新。通常，车辆出厂后， ECU 软件就不会再更新。而在智能手机和即时下载的时代，消费者已难以接受定期去经销商处更新软件。

如今，车辆能够持续与云端相连，通常在夜间自动完成更新，第二天全新的功能和优化早已部署完毕，不会影响用户。区域控制方法具有集中计算带来的优势，简化了更新过程。理想情况下，采用区域控制的汽车在处理更新时，只需更新车载的中央计算机，不用重新设计众多独立的 ECU。这种方法降低了复杂性以及软件开发成本。在汽车创新的新时代，确保网络安全、行车安全并提升驾驶体验至关重要。

10BASE-T1S 汽车以太网

10BASE-T1S 是单根双绞线以太网技术的一项最新成果，专为汽车应用设计。 10BASE-T1S(采用 IEEE 802.3cg 标准) 满足对于高速通信网络、高带宽和确定性实时通信设施的需求。多点拓扑为汽车应用带来了重大改变，允许多个节点通过单根非屏蔽双绞线连接到主机控制器。借助汽车以太网的可扩展性和灵活性，还可以轻松集成新功能和新技术。这类复杂且数据密集型的应用包括先进驾驶辅助系统 (ADAS)、信息娱乐系统、实时诊断功能及其他关键组件。