在传统的分布式汽车电子电气架构中，对于车辆中的传感器与各种电子电气系统的信息传输与控制都由分布式汽车电子控制器(ECU)完成，随着汽车电子化程度的提高和功能的多样化，分布式架构与ECU 的局限性对于车辆的生产成本、功能实现、未来发展都提出了挑战，更加集成化、智能化的解决方案——域控制器与域内中心化架构则应运而生。

Part.01

汽车ECU控制器

ECU（Electronic Control Unit）是电子控制单元，也称“行车电脑”,是汽车专用微机控制器。一般ECU由CPU、存储器（ROM、RAM）、输入/输出接口（I/O）、模数转换器（A/D）以及整形、驱动等大规模集成电路组成，具有比较通俗的形象，即ECU也有比较通俗的模样，一块PCB 盖上两片铁板。

汽车ECU控制器是实现汽车电子控制的核心部件，在分布式架构中，ECU被运用在制动系统、变速系统、悬架系统、安全系统、驱动系统等方方面面，几乎车辆的每一个独立功能和传感器都需要配备一个ECU。随着目前汽车的电子化程度的提高与智能化的提高，单车中的ECU数量不断提升。2019年，中国汽车单车ECU数量为25个，目前在高端车型与智能化程度高的车型中主要ECU的数量达到100多个，加上一些简单功能的ECU总数可以超过200个。

不同的控制器对应着不同的功能，例如车身控制单元(BCM)，可用于轿车、大客车和商用车的车身控制。输入模块通过采集电路采集各路开关量和模拟量信息输入，LIN接收模块接收控制手柄单元信号(灯光、雨刮、洗涤等信号)，输出模块采用功率驱动和继电器驱动实现，有很好的性价比，CAN通信模块实现与其它汽车电子模块信息交换。主要实现车身门控制包括门锁、各种灯光、前后洗涤、前后雨刮、电动车窗等控制，电路拓扑下图所示，

例如电子稳定性系统ESP，适用于车身电子稳定系统，通过采集车轮速度信号、制动主缸压力信号、制动开关信号、方向盘转角信号以及横摆和加速度信号等等，判断出驾驶员的意图和车辆的行驶状态，并通过电磁阀和泵电机的控制、发动机和变速箱控制调整等措施，使其在合适的车轮上施加制动力而对车辆产生纠正力矩，以纠正车辆产生的过度转向或转向不足的现象，主动干预确保车辆操纵的稳定性，结构组成如下左图所示：

例如整车控制器(VCU)，上右图，可通过采集驾驶员操控信息，车辆行使信息、发动机、电机、电池、变速箱数据及各个子系统的反馈信息经过计算向各个子系统发送控制命令，从而实现VCU对整车的控制。整车控制器的策略是在不同工况下结合电机、电池和发动机驱动汽车，使得效率最佳。

Part.02

什么是域控制器

所谓“域”即控制汽车的某一大功能模块的电子电气架构的集合，负责汽车内一个或多个电子功能域的控制和集成，每一个域由一个域控制器进行统一的控制，最典型的划分方式是把全车的电子电气架构分为五个域：动力域、车身域、底盘域、座舱域和自动驾驶域，具体分工如下：

1、动力域控制器：主要控制车辆的动力总成，优化车辆的动力表现，保证车辆的动力安全。动力域控制器的功能包括但不限于发动机管理、变速箱管理、电池管理、动力分配管理、排放管理、限速管理、节油节电管理等；

2.车身域控制器，主要控制各种车身功能，包括但不限于对于车前灯、车后灯、内饰灯、车门锁、车窗、天窗、雨刮器、电动后备箱、智能钥匙、空调、天线、网关通信等的控制。

3.底盘域控制器，主要控制车辆的行驶行为和行驶姿态，其功能包括但不限于制动系统管理、车传动系统管理、行驶系统管理、转向系统管理、车速传感器管理、车身姿态传感器管理、空气悬挂系统管理、安全气囊系统管理等；

4.座舱域控制器，主要控制车辆的智能座舱中的各种电子信息系统功能，这些功能包括中控系统、车载信息娱乐系统、抬头显示、座椅系统、仪表系统、后视镜系统、驾驶行为监测系统、导航系统等；

5.自动驾驶域控制器，负责实现和控制汽车的自动驾驶功能，其需要具备对于图像信息的接收能力、对于图像信息的处理和判断能力、对于数据的处理和计算能力、导航与路线规划能力、对于实时情况的快速判断和决策能力，需要处理感知、决策、控制三个层面的算法，对于域控制器的软硬件要求都最高。

Part.03

为什么需要域控制器

关于为什么需要域控制器，可以从多个角度来进行说明，首先自动驾驶与其他智能化模块的应用使车辆需要更多的传感器（如摄像头、雷达）与处理器，如果仍然采用分布式架构来实现，将使汽车ECU 数量大幅提升，推动成本上升。除此之外，同一车辆上的不同ECU之间也需要通各种总线连接在一起，因此ECU数量的增多也导致了总线线束的数量和复杂程度的大幅提升。总线线束的增加首先会增加车重，同时由于线束的主要材料为铜，线束的增多会较显著地提高单车成本。域控架构将模块内多个ECU的功能集成到了一个域控制器中，可以很大程度地控制ECU数量，简化线束。

其次传统的分布式架构中ECU之间的通讯能力有限，大多通过CAN通讯、LIN通讯、Flex Ray等，数据的传输速度非常有限，最高只能达到约20MBps每秒。在自动驾驶中，信息需要被实时传输和处理，一个摄像头产生的数据量就会达到200MBps每秒，L3以上级别的自动驾驶中运用到的激光雷达则会产生大于1GBps/S每秒的数据量，如果通过分布式架构实现信息的实时传输是非常困难的。而域控制器的应用使数据信息可以在功能模块内通过中央网关以以太网协议进行传输，达到千兆甚至万兆的信息传输速度，对于自动驾驶等复杂智能功能的实现至关重要。因此，车内通信架构的升级也须基于域控架构实现，未来车载以太网将成为汽车骨干网。而且在传统的分布式ECU架构中，各个ECU之间通过CAN、LIN总线进行点对点数据传输，通信方式在汽车出厂时已经确定。在智能网联汽车中，大量的功能需要ECU间的协调工作来实现，当前ECU间基于信号的点对点通讯将会变得异常复杂，且不具备灵活性和扩展性，微小的功能改动都会引起整车通讯矩阵的改动。

除此之外汽车智能化需要车辆中的控制器具备足够的算力来实现大量的信息处理与运算，以自动驾驶功能为例，L2+级别以上的自动驾驶需要至少50TOPS的算力，L3级别以上的自动驾驶需要300TOPS以上的算力，L4级别则需要700~1000TOPS的算力，这样的高算力要求是分布式ECU完全无法达到的，而自动驾驶域控制器在配备了高算力的芯片之后就可以满足各种汽车智能化的信息处理与运算要求。同时，供应商在对全车的各个ECU的设计中都会对算力留有冗余，并且各个ECU之间存在功能的重叠，从整车的视角来看就浪费了大量的算力。而域控制器的冗余留存是针对于整个域的，将冗余的重叠与算力的闲置最小化。

Part.04

特斯拉控制器的发展历程

首先从Model S开始，这是一款在2012年上市车型，总共有72个节点控制器，其中大部分节点间通信为500kbps或125kbpsCAN或LIN总线，只有仪表与中控的交互采用了传统以太网。Model S的电子电气架构如下图所示，可以看出已经有很明显的域划分，特斯拉的ADAS高级辅助驾驶系统，ADAS控制器横跨两个网段，可以提高动力系统和制动系统的快速响应。车身域控制器的雏形出现，用于控制挡风玻璃刮水器、灯和HVAC系统等的正确操作。在2014年前后可以固件OTA，例如当年6月，特斯拉通过OTA更新了天窗的停止位置，从85%调整至75%。

在2015年推出了Model X车型，相较Model S，Model X在性能上并没有太多的创新。如下图所示观察其电子电器架构，网段依旧是4个，ADAS、BCM等主要的节点也没有变化，主要的总线依旧CAN和LIN总线。

在2018年推出了Model 3，其电子电气架构发生了天翻地覆的变化，如图3所示，按照博世针对控制器等级的划分，已经是中央控制器级别，在该架构中总共分为3块，分别是中央计算模块，左车身控制模块、右车身控制模块，其中中央计算模块负责信息娱乐系统、驾驶辅助系统和车内通信连接。左车身控制模负责车身便利性系统，包括转向，助力，以及制动等，右车身控制模块负责底盘安全系统、动力系统、热管理等。

Part.05

未来控制器的发展

汽车电子巨头博世将汽车电子电气架构的演进分为三大阶段：分布式架构、（跨）域集中式架构、车辆集中电子电气架构，每个大阶段中细分为两个小阶段，从低阶到高阶依次为：模块化（每个功能由一个独立的ECU 实现）、集成化（不同的功能集成到一个ECU来实现）、域内集中（域控制器分别控制不同的域）、跨域融合（跨域控制器同时控制多个域）、车辆融合（一个车载中央计算器控制全车的域控制器）、车辆云计算（更多的车辆附加功能由云计算实现），如按照预期情况进行，那么可以想象得到在不久的将来，汽车的作用就只剩下“乘坐”这一功能。