四款汽车电子主机厂电子电气架构对比

  未来汽车产品最核心的技术是电子电气架构，汽车电子电气架构由分散式、嵌入式逐渐向集中式、集成式的方向发展，最终的理想状态应该是形成一个汽车中央大脑（one brain），统一管理各种功能。电子电气架构类似于“中央政府”，可对汽车的各种功能进行统筹管理，避免“诸侯割据、政令不一”。开始的时候这个“中央政府”可能会管得少一些，“地方诸侯”还依然保有一定控制权，但之后“中央政府”一定会管得慢慢的变多，最终地方行政机构只接收“中央政府”指令并予以高效执行，以确保车辆整体表现最优。

  由于过去汽车上控制器相互独立，软件为嵌入式，整车做最终硬件集成即可。未来随着 ECU 的减负，原先高度分散的功能集成至域控制器，主机厂必须自己掌握中央控制管理系统，否则就会失去对汽车产品的控制权。而把原本高度分散的控制功能逐步整合统一起来是传统车企的全新必修课，因此车企对电子电气架构的掌握是分步的、渐进式的。主流车企电子电气架构进化节奏不一。

  2018 年推出的奥迪 A8率先实现了辅助驾驶功能的集成式控制，取代了 ECU相互分离的分布式的辅助驾驶系统。除无人驾驶域集成外，其余底盘+安全、动力、车身、娱乐四大域仍然采用分布式架构。

  其无人驾驶域控制器由 4块芯片组成，Mobileye EyeQ3负责视觉感知计算，如交通信号识别、行人监测、碰撞报警，车道线识别、光线负责图像融合计算，如驾驶员监测、360全景摄像头的图像处理。英特尔Cyclone V 负责目标融合、地图融合、停车辅助、预刹车灯。英飞凌的 Aurix TC297 负责通信处理。这个自动驾驶域控制器软件开发由奥地利软件公司 TTTech 完成，德尔福提供硬件集成。

  特斯拉是汽车电子电气架构的全面变革者，2012年 Model S 有较为显著的功能域划分，包括动力域、底盘域、车身域，ADAS模块横跨了动力和底盘域，由于传统域架构不足以满足无人驾驶技术的发展和软件定义汽车的需求，为解耦软硬件，搭载算力更强大的主控芯片，必须先进行电子电气架构的变革，因此 2017 年特斯拉推出的 Model3 突破了功能域的框架，实现了中央计算+区域控制器框架，通过搭建异域融合架构+自主软件平台，不仅实现软件定义汽车，还大大降低整车成本，提高效率：

  特斯拉 Model3基本实现了中央集中式架构的雏形，不过 Model3距离真正的中央集中式架构还有相当距离：通讯架构以CAN总线为主，中央计算模块只是形式上将影音娱乐MCU、无人驾驶 FSD以及车内外联网模块集成在一块板子上，且各模块独立运行各自的操作系统。但无论如何，Model3 已经践行了中央计算+区域控制的电子电气架构理念框架，领先传统车企6年左右。

  特斯拉三代车的电子电气架构演进背后的实质是不断把车辆功能从供应商手中拿回来自主开发的过程。Model3 的无人驾驶模块、娱乐控制模块、其它区域控制器、热管理均为自主设计开发，实现了整车主要模块自主，不依赖TIer1，即使没有实现自主的模块，特斯拉也与供应商进行了联合开发，比如特斯拉将自己的软件加入到了博世为其提供的 ibooster里，通过软件更新实现刹车距离变短。

  通过三款车型的演进，特斯拉的新型电子电气架构不仅实现了 ECU数量的大幅度减少、线束大幅度缩短（MODEL S 线 减少一半以上），更打破了汽车产业旧有的零部件供应体系（即软硬件深度耦合打包出售给主机厂，主机厂议价能力差，后续功能调整困难），真正的完成了软件定义汽车，特斯拉的 OTA 能改变制动距离、开通座椅加热，提供个性化的使用者真实的体验，由于突破了功能域，特斯拉的域控制器横跨车身、座舱、底盘及动力域，这使得车辆的功能迭代更为灵活，用户都能够体验到车是常用常新的，与之形成鲜明对比的是，大部分传统车厂的 OTA 仅限于车载信息娱乐等功能。

  特斯拉为了更好地发挥软件的作用，实现了无人驾驶主控芯片这一最为核心的智能硬件的自研自制（特斯拉认为芯片的专用设计使得其上的软件运行更高效），这在某种程度上预示着后续特斯拉车辆的升级速度、功能的部署都不再依赖外部 SOC芯片供应商，真正将车辆的灵魂掌握在自己手中。

  大众汽车已经从 MQB 平台车型的分布式电子电气架构升级为 MEB 平台 ID 系列车型上采用的三个功能域的电子电气架构。

  大众的 E3架构主要由车辆控制域（ICAS1）、智能驾驶域（ICAS2）和智能座舱域（ICAS3）组成，其中智能驾驶域 ICAS2尚未开发完成，量产车型上搭载的依然是分布式架构方案，大众 ID 系列的电子电气架构虽然有三个功能域，但同时依然保留了较多分布式模块，大众 ID4有 52 个 ECU，两倍于特斯拉 Model Y ECU数量。国产 ID4辅助驾驶功能由 Mobileye单目摄像头+前长距雷达+两个后角雷达实现，作为平价电动车，在无人驾驶域控制器这块暂时没选跟特斯拉和中国新势力去PK。

  大众 ID 系列车型 2021 年完成 7 万台交付量，低于前期规划。中国作为大众最重要的单一市场，智能化这块也正在加速追赶，2022 年大众软件公司 CARIAD 在中国成立子公司，据其中国子公司首席执行官介绍，该公司的核心业务是针对 MEB平台做软件研发，2022 年下半年启动 OTA 功能，第二是针对高端平台（PPE 在华首款车 2024 年投产）做中国本土化、数字化产品，包括高级驾驶辅助系统，其智能网联系统也要与中国的基础设施建设相结合；第三是围绕 2025 年后 SSP 平台做软件研发。结合大众汽车 2030NEW auto的规划，软件自研比例要上升到 60%，软件研发保持自主的好处是实现敏捷（包括开发和维护）和体现产品差异化，其中本地化也是外资在中国提升智能化的必要且关键的一环，最终目的是打造吸引中国用户的存在竞争力的产品。

  我们看一下几款同一时间面世的三款电动车的电子电气架构的对比，虽然大众ID系列也号称是用三个域控制器代替过去 70+分布式 ECU，但实际上依然保有较多 ECU 数量，ID3 之前由于出现大面积的软件 BUG 而迟迟未按期交付，这也反映出传统车厂即使选择进行电子电气架构大变革，但若自身人才结构及软件实力尚不足够，就依然会严重依赖外部供应商，造成步子迈得太大带来额外风险。所以大部分主机厂选择的做法是走渐进式路线，随着自身软件实力提升逐步收归软件主导权。

  2021 年 Munro & Associates 工程公司比较了特斯拉 Model Y、福特 Mach-E 和大众 ID.4电气架构之间的差异。涉及三款电动车内 ECU的数量、CAN总线的数量、以太网的使用、LIN总线、LVDS（Low-Voltage DifferenTIal Signaling，低电压差分信号）通道的使用、音频、保险丝和继电器的使用等方面。特斯拉 Model Y 集成度明显更高，其 ECU数量是 ID4的一半，福特和大众还保留了较多的现成的分布式 ECU，特斯拉的 LIN（本地互连网络）数量也仅为大众 ID4和福特 Mach-E 的一半。

  Tesla 中 CAN（控制器局域网）总线的数量更高，由于摄像头数量增加，特斯拉的低压差分信号（LVDS）使用量是福特和大众汽车的三倍以上，大众汽车的以太网的使用更多。特斯拉从 Model 3开始车辆的低压电气部分不采用任何保险丝盒继电器。

  新势力三强中小鹏汽车在电子电气架构方面走得比较领先，随着车型从 G3、P7 和 P5，迭代到 G9 的这套 X-EEA3.0电子电气架构，已确定进入到中央集中式电子电气架构。凭借领先一代的架构，搭载更高算力 SOC 芯片及更高算力利用率，小鹏G9 或成首款支持 XPILOT 4.0智能辅助驾驶系统的量产车。

  1）分层域控。功能域控制器（智驾域控制器、车身域控制器、动力域控制器等模块）与中央域控制器并存；

  因此 CAN 总线和以太网总线并存，大数据/实时互均得以保证；以太网节点少，对网关要求低。

  小鹏第二代电子电气架构实现传统 ECU数量减少约 60%，硬件资源实现高度集成，大部分的车身功能迁移至域控制器，中央处理器可实现支持仪表、信息娱乐系统和智能车身相关控制的大部分功能，同时集成中央网关，兼容 V2X 的协议，支持车与车的局域网的通信，支持车与云端的互联，车与远程数字终端的连接功能。小鹏汽车的智能驾驶域控制器，集成了高速 NGP、城市 GNP 及泊车功能。小鹏辅助驾驶采取了激光雷达视觉融合方案，与特斯拉的纯视觉方案不同，这就导致两者硬件架构不同，对于通讯带宽、计算能力的要求也不一样。

  Atmel公司的ATA6628是全集成LIN总线V/50mA输出的低压降稳压器和视窗看门狗。ATA6630具有和ATA6628相同的功能，但是它采用5V/50mA稳压器。稳压器可采用50mA的电流源，利用外部NPN晶体管可以将输出电流升高。这样的芯片组合使其可为LIN总线系统开发便宜、简单且强大的主从节点。 ATA6628/ATA6630用于处理在交通工具中的低速数据通信。LIN驱动器上经过改进的斜率控制确保了高达20kBaud的安全数据通信。睡眠模式和静音模式保证了极低的电流消耗。 图1ATA6628/ATA6630方框图 图

  收发方案 /

  在新技术与新造车势力冲击下，传统汽车开发方法的弊端日益明显。在传统汽车开发模式下，汽车被视为一种安全性能要求极高的专用机器，因此其电气结构多采用定制化，不可扩展，也很难复用；另外，传统汽车对于数据处理速度要求不高，传统车载总线带宽都比较低，汽车智能化的特征之一是将采集大量的需要实时处理的数据，沿用传统车载总线架构难以满足智能化需求；此外，传统汽车电子系统还存在解决能力低、软件更新操作复杂、不同模块之间关联度高等特点。 以特斯拉为代表的造车新势力，更多将汽车视为一种大型移动智能设备，在硬件选用、平台构建、软件开发和更新维护等方面大胆创新，在赢得用户支持的同时，也引领了汽车开发潮流。传统汽车厂商如今也已经跟进，投入更多资源进行新

  开发人员怎么样应对智能化时代新挑战 /

  为了实现汽车的节能减排，整车制造商都在不遗余力地采用各种可行的电子部件，而这些部件的效果在很大程度上取决于组成它们的半导体产品。从全球看，2010年平均每辆汽车中半导体含量值已达到262美元，2013年将达到305美元，到2017年更可达到335美元。相比较而言，中国目前平均每辆汽车中半导体含量相对欧美和日本较低，因此发展前途非常可观。作为致力于提供丰富多样的产品和方案的领先厂商，安森美半导体在其重点汽车领域针对客户的系统要求设计出与众不同的解决方案，帮助客户提高汽车能效，降低能耗，实现环境的可持续发展。 汽车市场环境及其应用需求 从汽车市场环境看，汽车应用半导体市场庞大，增速比半导体市场的平均增速还要高。2010年仅中国就生

  作为致力于提供丰富多样的产品和方案的领先厂商，安森美半导体在其重点汽车领域针对客户的系统要求设计出与众不同的解决方案，帮助客户提高汽车能效，降低能耗，实现环境的可持续发展。 汽车市场环境及其应用需求 从汽车市场环境看，汽车应用半导体市场庞大，增速比半导体市场的平均增速还要高。2010年仅中国就生产了1840万台汽车。这些汽车增加了许多新的舒适和便利的功能，以及先进前照灯系统和LED照明等;另外，由于混合动力汽车及未来排放法规需求的影响，混合动力、纯电动汽车开始提上发展日程。 安森美半导体针对中国市场的重点汽车应用包括车载网络(IVN)、汽车信息娱乐系统和汽车LED照明三个部分。电源管理和车载网络通过发动机控制、变速箱、

  0 引言 当今汽车性能的不断的提高得益于汽车电子的持续不断的发展。其中有代表性的核心元件是传感器。传感器将各种物理信号转化为电信号从而将汽车行驶的具体状态传送给电子控制单元来实现汽车控制。作为汽车电子的核心部件在电子技术蒸蒸日上的今天倍受瞩目。美国汽车传感器权威弗莱明在2000年的汽车电子技术综述就指出了MEMS技术在汽车传感器领域的美好前景。设计了基于MEMS技术和智能化信号调理的扩散硅压力传感器应对汽车压力系统的压力测试。 1 传感器原理及封装设计 为了将压力信号转化为电信号采用了应变原理，将惠斯顿检测电桥通过MEMS技术制作在单晶硅片上。使得单晶硅片成为一个集应力敏感与力电转换为一体的敏感元件。如图1

  汽车行业在2019年表现出多方面趋势。 一方面，由于宏观经济力量和贸易焦灼的事态带来的不利影响，全世界汽车生产有所放缓，但市场的转型以及更普遍的移动出行概念仍在继续。 推动汽车业务的关键长期趋势保持不变，势头持续加快。 尽管当前汽车生产放缓，但汽车在很长一段时间内将仍是增长最快的半导体终端市场之一。 在汽车市场，电动汽车的采用和主动安全性仍加速推动功率半导体和传感器业务的强劲增长。 2020年，移动出行转型将继续。整体上来看，我们正真看到了颠覆性的发展， 如市区的商业共享服务 (从电动踏板车到汽车)，如果您住在市区，拥有汽车的必要性甚至更低。 在某些地区和情况下，汽车正在从纯粹的所有权模式转向“按行程付费

  行业发展趋势 /

  汽车行驶安全性是消费的人最关心的问题。美国伟世通公司曾经做过一项调查，结果显示：汽车行驶安全位于客户对汽车要求的核心。大部分消费者认为，汽车安全性比汽车动力性、舒适性、经济性重要。关注汽车安全，不仅是为了司机和乘客，而且为了道路上的其他的人。 汽车安全可以大致分为主动安全和被动安全。被动安全大致分成两类：“事故发生”时作用的碰撞安全和“事故发生”后作用的碰撞安全。前者如行人保护吸能车体、安全带、驾驶员和副驾驶气囊、侧气囊和帘幕气囊，气囊控制模块和碰撞传感器等，后者如阻燃器件、自动报警、汽车黑匣子。主动安全范围广泛，从ABS、EBD、TPMS、ESP，再到今天的辅助系统和司机监控系统等，再到智能慢慢的变大的作用。汽车安全系统是

  散漫说，面对“域”的设计，国内外各大整车厂与供应商犹如八仙过海，各显神通。单一功能的控制器不再成为主流，整车更多关注的是系统方案和软件集成控制。只有掌握集大成于一体的“域”控制理念，才能在马上就要来临的市场机遇中实际做到屹立不倒，成为最强王者。分享一篇文章，一文浅谈汽车电子电气域架构。以下为正文。 随着现代汽车的功能越来越复杂，整车上的电子控制单元（Electronic Control Units， ECUs）也随之增多。当前一辆普通汽车的 ECU 多达七八十个，代码约一亿行，其复杂度已经远超于安卓手机系统。 在传统的汽车供应链中，不同的 ECU 来自不同的供应商，有不一样的嵌入式软件和底层代码。这种分布式的架构在整车层面造

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