區域控制架構的出現是為了應對汽車行業的快速變化，尤其是電動汽車的興起。低壓配電和車載網絡已取得重大進步;分布式區域配電則簡化了線束結構，使重量得以減輕，同時降低了制造復雜性和成本。

向軟件定義汽車 (SDV) 的轉型促使汽車制造商不斷創新，在區域控制器中集成受保護的半導體開關。電子保險絲和 SmartFET 可為負載、傳感器和執行器提供保護，從而提高功能安全性，更好地應對功能故障情況。不同于傳統的域架構，區域控制架構采用集中控制和計算的方式，將分散在各個 ECU 上的軟件統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。

本系統方案指南 (SSG) 探討了車輛區域控制架構的最新趨勢和技術。安森美 (onsemi)提供覆蓋全面、功能強大的半導體產品組合，為區域控制架構的轉變提供支持。其中的關鍵組件包括：

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可取代傳統的保險絲，并提供可復位的保護功能，增強安全性。

10BASE-T1S 以太網收發器可實現車輛聯網，支持多點拓撲、 PLCA 和更多全新功能。

汽車以太網是 SDV 的一項關鍵技術，用于處理來自攝像頭和激光雷達等傳感器的大量數據，確保區域控制器和中央計算機之間能夠實時傳輸數據，便于中央計算機處理傳感器數據并做出決策。在自動駕駛汽車的未來發展中，算力需求會持續增長，因此汽車以太網基礎設施至關重要。

本文為第一篇，將介紹區域控制架構的市場趨勢。

市場趨勢

從傳統架構到區域控制架構

隨著現代汽車的復雜性日益增加， 配電 (PD) 和車載網絡領域的兩大趨勢正在逐步重塑區域控制架構。 下文圖 1 和圖 2 展示了為簡化當前汽車電氣架構設計而發生的配電變化， 圖 3 是未來采用分布式配電的區域控制架構示例。

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

? 由于數據量巨大， 車輛網絡越來越依賴于汽車以太網主干網。

1.1990 年代的傳統架構示例：

? 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 年代的域架構示例 – 應用最廣泛

? 域控制器半分布式配電

汽車電子系統復雜度日益增加，愈發至關重要。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、底盤、信息娛樂系統等。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

隨著車內電子系統的不斷增加，電力分配變得更加復雜，線束的設計難度也大大增加?；谟虻膫鹘y布線方法將相似功能(動力系統、底盤、信息娛樂系統、車身和舒適度系統等)連接到一起，如今已不夠高效，也不夠靈活。汽車行業正在從集中式配電轉向分布式區域配電。傳統上分散在車內各處的眾多 ECU 如今可由區域控制器 (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 轉換器的輸出端， 由轉換器將高壓 (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的各個區域， 確保高效可靠的電源管理。 ZCU 在各自區域內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雜性。

借助汽車以太網， ZCU 還可充當車輛的數據和網絡網關， 通過 100/1000BASE-T1 以太網主干網， 與中央計算機進行上游通信。 與攝像頭、 傳感器、 激光雷達等邊緣節點的下游通信則建立在 10BASE-T1S 以太網上。 傳統的 ECU 仍可通過CAN、 LIN 和 FlexRay 等傳統總線， 保持與 ZCU 的連接。

3.2025+ 年代區域控制架構示例

本示例中， 車輛被分為四個區域， 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。 受保護的半導體開關(例如電子保險絲和 SmartFET) 可為負載、 傳感器和執行器提供保護， 從而提高功能安全性，更好地應對功能故障情況。

圖 3：區域(分布式)配電

軟件定義汽車 (SDV) 在車輛域架構(圖 2) 中， 軟件主要駐留在各個電子控制單元 (ECU) 中。 而區域控制方法對此做出了調整， 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) 。 這種轉變對于先進駕駛輔助系統 (ADAS) 和自動駕駛至關重要。 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據， 這些傳感器每秒生成的數據可達數兆比特。 汽車以太網成為了 SDV 硬件基礎設施內部的主干網絡， 可在 ZCU 和中央計算機之間高效傳輸實時數據。

區域控制架構按車內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銷商處更新軟件。

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

10BASE-T1S 汽車以太網

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