車身(區(qū))域控研究：整車降本利器，硬件大集成+軟件SOA化

佐思汽研發(fā)布了《2024年車身(區(qū))域控制器及芯片行業(yè)研究報(bào)告》。

集成化是整車降本最重要的手段，車身域內(nèi)功能集成已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)BCM、座椅、PEPS、TPMS、配電盒、網(wǎng)關(guān)等功能將逐步實(shí)現(xiàn)集中控制。而區(qū)域化是跨域集成設(shè)計(jì)的必然結(jié)果，可以減少線束，助力整車降本增效，傳統(tǒng)BCM（車身控制器）正在向BDC（車身域控制器）、ZCU（區(qū)域控制器）演進(jìn)。

區(qū)域控制器ZCU是在車身域控制器BDC的基礎(chǔ)上，按照物理區(qū)域就近接入全車的設(shè)備。目前主要集成了整車控制VCU、整車熱管理TMS、車身控制BCM三大模塊，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)用電器的電源分配、通信網(wǎng)關(guān)及標(biāo)準(zhǔn)化I/O控制三大功能。區(qū)域架構(gòu)的核心價(jià)值在于，通過軟硬件分離，打造高集成度的電子電氣連接和標(biāo)準(zhǔn)化、服務(wù)化的接口，實(shí)現(xiàn)硬件平臺(tái)復(fù)用以及更快更高效的功能更新和迭代，加速汽車智能化的發(fā)展。

從主機(jī)廠規(guī)劃的中央計(jì)算+區(qū)域控制架構(gòu)來看，目前，區(qū)域控制器基本已經(jīng)成型，不過量產(chǎn)的進(jìn)度差異較大。小鵬、廣汽、小米、一汽紅旗、奇瑞等車企都已在最新車型上量產(chǎn)了區(qū)域控制器，而蔚來、哪吒、長城及大眾、寶馬、沃爾沃等國外主機(jī)廠將在2024~2026年實(shí)現(xiàn)區(qū)域控制器的量產(chǎn)上車。

國內(nèi)部分主機(jī)廠區(qū)域控制器上車情況

來源：佐思汽研《2024年車身(區(qū))域控制器及芯片行業(yè)研究報(bào)告》

以長安汽車SDV架構(gòu)為例：該架構(gòu)由C2（中央計(jì)算機(jī)）+EDC（體驗(yàn)計(jì)算機(jī)）構(gòu)成的中央計(jì)算平臺(tái)，加上三個(gè)VIU區(qū)域控制器組成。其中，C2算力可達(dá)508TOPS，EDC圖形算力可達(dá)2000GFLOPS，實(shí)現(xiàn)分類集中、合理排布的全車算力。

從長安汽車來看，傳統(tǒng)的BCM發(fā)展成為BDC、VIU，集成度逐步提升，集成范圍也從傳統(tǒng)的車身擴(kuò)展到了動(dòng)力、底盤、熱管理等域，集成度的提升使得I/O數(shù)量增加。從BCM到VIU，集成I/O數(shù)量由100+增至800+，通過分成幾個(gè)區(qū)域控制器(VIU)的方式實(shí)現(xiàn)可減少單控制器體積。

區(qū)域控制器集成控制功能，搭載高性能MCU，省去零散MCU

Zonal架構(gòu)下，域網(wǎng)關(guān)（Domain Gateway ）將演變?yōu)閰^(qū)域網(wǎng)關(guān)（Zonal Gateway），由區(qū)域控制器承擔(dān)區(qū)域信息中心及網(wǎng)關(guān)部分功能，負(fù)責(zé)區(qū)域內(nèi)各個(gè)子模塊之間的通信管理與信息轉(zhuǎn)發(fā)。Zonal架構(gòu)將每個(gè)控制器都分成由網(wǎng)關(guān)控制的一個(gè)區(qū)域，網(wǎng)關(guān)放置在所負(fù)責(zé)的組件附近，每個(gè)區(qū)域網(wǎng)關(guān)都與中央計(jì)算平臺(tái)連接。

部分集成網(wǎng)關(guān)的車身(區(qū))域控制器產(chǎn)品

來源：佐思汽研《2024年車身(區(qū))域控制器及芯片行業(yè)研究報(bào)告》

以埃泰克的左右I/O核心域控VIU為例：VIU基于SOA架構(gòu)，在傳統(tǒng)BCM功能的基礎(chǔ)上，集成了空調(diào)熱管理、網(wǎng)關(guān)和車窗防夾等功能。其中算力相對(duì)較強(qiáng)的域控將承接CAN網(wǎng)關(guān)和以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的角色。

埃泰克 左右I/O核心域控集成網(wǎng)關(guān)功能

在Zonal架構(gòu)中，區(qū)域控制器將整合多個(gè)ECU功能，往往需要多核MCU才能實(shí)現(xiàn)多種功能，在多核MCU中每個(gè)核可以跑一種單獨(dú)功能。此外，區(qū)域控制器中的主控MCU將需要更高的計(jì)算性能和存儲(chǔ)容量、豐富的CAN/LIN及高速車載以太網(wǎng)通訊接口、更低的功耗指標(biāo)等要求。

以芯馳科技區(qū)域控制器MCU產(chǎn)品E3650為例：2024年4月，芯馳科技推出了新一代ZCU產(chǎn)品家族，覆蓋I/O豐富型ZCU、控制融合型ZCU和計(jì)算密集型ZCU，分別面向車身控制、車身+底盤+動(dòng)力跨域融合等核心應(yīng)用場(chǎng)景。其中，E3650芯片是芯馳科技的旗艦產(chǎn)品，專為新一代跨域融合的控制型ZCU應(yīng)用設(shè)計(jì)。

芯馳科技E3650芯片基于ASIL-D功能安全等級(jí)設(shè)計(jì)，包含了4個(gè)ARM Cortex R52+高性能鎖步多核集群；存儲(chǔ)方面，片上集成了16MB嵌入式非易失性存儲(chǔ)器，具備大容量SRAM；信息安全方面，集成了玄武超安全HSM信息安全模塊，滿足ISO 21434、Evita Full及以上的信息安全標(biāo)準(zhǔn)，更好的支持車型出海的需求；采用SSDPE（Super Speed Data Packet Engine）硬件通信加速引擎，可實(shí)現(xiàn)所有CAN-FD同時(shí)工作的情況下零數(shù)據(jù)丟包，有效降低CPU負(fù)載，提升通信吞吐率；面向低功耗車身應(yīng)用場(chǎng)景，E3650可使用專有的喚醒檢測(cè)引擎和低功耗CPU來降低整機(jī)靜態(tài)功耗。

以英飛凌AURIX TC4x為例：TC4x微控制器是英飛凌專為ZCU和HPC應(yīng)用而設(shè)計(jì)。為了滿足區(qū)域控制器架構(gòu)的要求，實(shí)現(xiàn)區(qū)域控制器的多ECU融合，英飛凌Aurix TC4x微控制器在功能安全、信息安全、高速內(nèi)部通信路由、內(nèi)核等方面都進(jìn)行了升級(jí)。該MCU包含了6個(gè)TriCore 1.8嵌入式內(nèi)核，每個(gè)內(nèi)核的時(shí)鐘頻率最高可達(dá)500MHz。

隨著智能駕駛的快速發(fā)展，大模型需要更強(qiáng)的計(jì)算能力。為此，英飛凌在TC4x產(chǎn)品中集成了并行處理單元PPU( Parallel Processing Unit) ，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理需求大或執(zhí)行時(shí)間要求快的模型，如信號(hào)濾波、算法處理、模型預(yù)測(cè)控制等。PPU在計(jì)算效率上更快，為Tricore內(nèi)核承接AI 、電機(jī)控制、區(qū)域控制等復(fù)雜的信號(hào)處理和數(shù)學(xué)運(yùn)算，而Tricore內(nèi)核主要用于控制。集成PPU協(xié)處理器后，TC4x芯片的算力達(dá)到8000DMIPS+72GFLOPS*1，其中PPU貢獻(xiàn)了72GFLOPS。
目前，英飛凌的Aurix TC4x微控制器已被應(yīng)用在多款區(qū)域控制器開發(fā)中，包括大陸、金脈電子、馬瑞利等Tier 1廠商的ZCU平臺(tái)。

以馬瑞利區(qū)域控制器為例：2024年4月，馬瑞利推出了基于英飛凌AURIX TC4x微控制器打造的區(qū)域控制器，該ZCU整合了包括照明、車身、音頻、配電、動(dòng)力、熱管理、底盤控制和車輛診斷等多個(gè)領(lǐng)域的ECU，可以安裝在車輛的特定區(qū)域并管理各種功能。該方案與面向服務(wù)的軟件和云虛擬化相結(jié)合，能夠通過定制應(yīng)用軟件和功能，實(shí)現(xiàn)定制關(guān)鍵車輛性能。

區(qū)域控制器集成配電功能，通過e-Fuse實(shí)現(xiàn)智能配電

Zonal架構(gòu)下，汽車的配電方式將由傳統(tǒng)保險(xiǎn)盒配電向區(qū)域控制器配電方式轉(zhuǎn)變。區(qū)域控制器按照物理位置就近整合了周圍的電子系統(tǒng)，集成功能包括BCM、動(dòng)力、底盤、熱管理、網(wǎng)關(guān)等，連接的傳感器、執(zhí)行器的工作電壓不一致。因此，區(qū)域控制器需要負(fù)責(zé)區(qū)域內(nèi)用電器的供電與電源管理，提高用電效率與安全性。

ZCU供電采用分級(jí)配電

Zonal架構(gòu)下，區(qū)域供電一般采用分級(jí)配電的方式：1、一級(jí)配電網(wǎng)絡(luò)（骨干供電網(wǎng)絡(luò)），需要有雙電源（冗余備份）將電力從主干網(wǎng)輸送到區(qū)域控制器；2、二級(jí)配電網(wǎng)絡(luò)，區(qū)域控制器負(fù)責(zé)將電力繼續(xù)向下輸送到底層控制器。

以金脈電子的“1+1+N”架構(gòu)配電方案為例：該架構(gòu)包括1個(gè)中央計(jì)算單元、1個(gè)智能配電單元、4個(gè)區(qū)域控制器。其中智能配電單元包括一級(jí)配電，可以單獨(dú)做配電的控制器，也可以與前區(qū)域控制器做集成的一級(jí)、二級(jí)配電方案，這樣可以省去一個(gè)初級(jí)配電單元；區(qū)域控制器是基于英飛凌Aurix TC4x系列開發(fā)，可以根據(jù)客戶車型需求做不同的配置。

該方案中的前區(qū)域控制器FZCU集成了一級(jí)、二級(jí)配電、前艙熱管理等功能，接入了兩個(gè)DCDC加一個(gè)蓄電池做電源冗余，一級(jí)配電通過前區(qū)域給左/右/后區(qū)域控制器做配電方案；左/右/后區(qū)域控制器各自提供二級(jí)配電的通道，在前區(qū)域也有兩層的一個(gè)疊板方式（1個(gè)配電板+1個(gè)控制板），可以更好地做集中化，更好地完成隔離和配電，包括前艙的熱管理和驅(qū)動(dòng)要求。

以經(jīng)緯恒潤物理區(qū)域控制器為例：該ZCU的功能安全滿足ASIL B/D級(jí)，集成了新能源動(dòng)力域、部分底盤域、車身舒適、空調(diào)熱管理控制的信號(hào)采集及負(fù)載驅(qū)動(dòng)，以及一級(jí)配電、二級(jí)配電、區(qū)域網(wǎng)關(guān)等功能。硬件架構(gòu)上以一顆多核MCU處理器為核心，部署標(biāo)準(zhǔn)的AUTOSAR CP軟件，集成配電算法、直流電機(jī)閉環(huán)控制以及防夾算法、熱保護(hù)算法、進(jìn)入和啟動(dòng)的認(rèn)證定位算法等機(jī)電控制算法。

ZCU通過e-Fuse實(shí)現(xiàn)智能配電

區(qū)域控制器將使用e-Fuse（智能熔斷模塊）來替代傳統(tǒng)的繼電器+保險(xiǎn)絲方案。e-Fuse是一種集成電路，在單芯片上集成了MOSFET、驅(qū)動(dòng)、邏輯電路、診斷等模塊，通過軟件保護(hù)策略進(jìn)行電路檢測(cè)、診斷和在線OTA升級(jí)，實(shí)現(xiàn)智能電力分配和節(jié)能調(diào)度，達(dá)到降低能耗、提升續(xù)航里程的目的。

以聯(lián)合電子區(qū)域控制器為例：聯(lián)合電子的ZCU采用e-Fuse實(shí)現(xiàn)智能配電，支持故障診斷和fuse自恢復(fù)。這套局部配電網(wǎng)絡(luò)管理方案是由聯(lián)合電子與泰科電子共同打造，優(yōu)化了智能配電場(chǎng)景下的E-fuse與線束設(shè)計(jì)匹配。通過e-Fuse智能配電，能夠根據(jù)ECU的工作需要，進(jìn)行單獨(dú)的、定向的配電控制。這樣的智能配電方案可以使整車線束長度減少25%，線束路徑優(yōu)化28%，整車配電路數(shù)減少10%。

聯(lián)合電子區(qū)域控制器在智能配電應(yīng)用方面的探索：

案例一：在充電時(shí)，可以切斷與車身相關(guān)的雷達(dá)，節(jié)省功耗，提升充電速度；

案例二：在哨兵模式（即車輛處于駐車狀態(tài)時(shí)，一旦車輛被碰撞或移動(dòng)，外部攝像頭就會(huì)錄制車輛周圍的環(huán)境，并通過手機(jī)APP通知車主）下，切斷所有與智駕相關(guān)的控制器來節(jié)省用電，提升續(xù)航里程；

案例三：當(dāng)系統(tǒng)預(yù)測(cè)到熱失控風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，僅保留與安全相關(guān)的部件用電來降低風(fēng)險(xiǎn)。此外，還會(huì)將配件數(shù)據(jù)上傳，讓客戶獲取大部分ECU控制器在不同場(chǎng)景中使用電源的情況，對(duì)整車的配電進(jìn)行整體優(yōu)化。

區(qū)域控制器軟件：通過SOA實(shí)現(xiàn)功能調(diào)用，平臺(tái)化可移植，助力降本

區(qū)域控制器作為區(qū)域內(nèi)I/O控制中心，除了整合如空調(diào)控制、車門控制、座椅控制等單獨(dú)的車身域控制器功能外，未來還將逐步集成更多跨域的功能模塊，比如懸架的控制、雷達(dá)接口等。其中，軟件部分的邏輯計(jì)算將大部分上移到中央計(jì)算平臺(tái)中，區(qū)域控制器只負(fù)責(zé)最底層的信號(hào)采集和硬件驅(qū)動(dòng)，這樣就可以將I/O從中央計(jì)算平臺(tái)中抽離出來，實(shí)現(xiàn)軟硬件分離，主機(jī)廠也更容易開展跨域功能融合。

為實(shí)現(xiàn)降本，區(qū)域控制器需要提高擴(kuò)展性與通用性，以標(biāo)準(zhǔn)化的硬件平臺(tái)來適配各車企高中低不同的車型配置，區(qū)域控制器也逐步從基于信號(hào)服務(wù)轉(zhuǎn)向基于服務(wù)的SOA設(shè)計(jì)。而這一過程需要區(qū)域控制器在功能層面（車身舒適、AC、底盤、HCU 等）上進(jìn)行接口標(biāo)準(zhǔn)化、服務(wù)轉(zhuǎn)化和封裝管理，便于中央計(jì)算平臺(tái)能夠靈活地進(jìn)行功能調(diào)用。因此，區(qū)域控制器需要一種高集成度、標(biāo)準(zhǔn)化、可裁剪的設(shè)計(jì)。

以大陸集團(tuán)為例：面向車身域及執(zhí)行器的軟件方案，大陸集團(tuán)推出了“軟件功能即產(chǎn)品”服務(wù)，可快速集成到車輛跨域產(chǎn)品中。比如像車窗升降、后備箱控制、座椅調(diào)節(jié)、座椅加熱、電動(dòng)車門、外部燈光控制等各種車身域功能都有對(duì)應(yīng)軟件包。

聯(lián)合電子USP 2.0開發(fā)者平臺(tái)調(diào)用功能

以聯(lián)合電子USP 2.0開發(fā)者平臺(tái)為例：USP 2.0平臺(tái)通過區(qū)域化的架構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)近20個(gè)獨(dú)立ECU的集成，通信速率從2M提升至最高1000M。在USP2.0平臺(tái)上，可以調(diào)用的服務(wù)已深入到了車身控制、能量管理、運(yùn)動(dòng)控制、熱管理等領(lǐng)域，目前擁有951項(xiàng)基礎(chǔ)功能、126項(xiàng)原子服務(wù)以及105項(xiàng)基礎(chǔ)服務(wù)，能夠提供1100+車輛API，65項(xiàng)OTA API和55項(xiàng)AI算子，這些API和算子能夠助力開發(fā)者輕松實(shí)現(xiàn)車輛跨域應(yīng)用場(chǎng)景。