3477
佐思汽研发布了《2024年车身(区)域控制器及芯片行业研究报告》。
集成化是整车降本最重要的手段，车身域内功能集成已经得到广泛应用，传统BCM、座椅、PEPS、TPMS、配电盒、网关等功能将逐步实现集中控制。而区域化是跨域集成设计的必然结果，可以减少线束，助力整车降本增效，传统BCM（车身控制器）正在向BDC（车身域控制器）、ZCU（区域控制器）演进。
区域控制器ZCU是在车身域控制器BDC的基础上，按照物理区域就近接入全车的设备。目前主要集成了整车控制VCU、整车热管理TMS、车身控制BCM三大模块，实现区域内用电器的电源分配、通信网关及标准化I/O控制三大功能。区域架构的核心价值在于，通过软硬件分离，打造高集成度的电子电气连接和标准化、服务化的接口，实现硬件平台复用以及更快更高效的功能更新和迭代，加速汽车智能化的发展。
从主机厂规划的中央计算+区域控制架构来看，目前，区域控制器基本已经成型，不过量产的进度差异较大。小鹏、广汽、小米、一汽红旗、奇瑞等车企都已在最新车型上量产了区域控制器，而蔚来、哪吒、长城及大众、宝马、沃尔沃等国外主机厂将在2024~2026年实现区域控制器的量产上车。
国内部分主机厂区域控制器上车情况
来源：佐思汽研《2024年车身(区)域控制器及芯片行业研究报告》
以长安汽车SDV架构为例：该架构由C2（中央计算机）+EDC（体验计算机）构成的中央计算平台，加上三个VIU区域控制器组成。其中，C2算力可达508TOPS，EDC图形算力可达2000GFLOPS，实现分类集中、合理排布的全车算力。
从长安汽车来看，传统的BCM发展成为BDC、VIU，集成度逐步提升，集成范围也从传统的车身扩展到了动力、底盘、热管理等域，集成度的提升使得I/O数量增加。从BCM到VIU，集成I/O数量由100+增至800+，通过分成几个区域控制器(VIU)的方式实现可减少单控制器体积。
区域控制器集成控制功能，搭载高性能MCU，省去零散MCU
Zonal架构下，域网关（Domain Gateway ）将演变为区域网关（Zonal Gateway），由区域控制器承担区域信息中心及网关部分功能，负责区域内各个子模块之间的通信管理与信息转发。Zonal架构将每个控制器都分成由网关控制的一个区域，网关放置在所负责的组件附近，每个区域网关都与中央计算平台连接。
部分集成网关的车身(区)域控制器产品
来源：佐思汽研《2024年车身(区)域控制器及芯片行业研究报告》
以埃泰克的左右I/O核心域控VIU为例：VIU基于SOA架构，在传统BCM功能的基础上，集成了空调热管理、网关和车窗防夹等功能。其中算力相对较强的域控将承接CAN网关和以太网网关的角色。
埃泰克 左右I/O核心域控集成网关功能
在Zonal架构中，区域控制器将整合多个ECU功能，往往需要多核MCU才能实现多种功能，在多核MCU中每个核可以跑一种单独功能。此外，区域控制器中的主控MCU将需要更高的计算性能和存储容量、丰富的CAN/LIN及高速车载以太网通讯接口、更低的功耗指标等要求。
以芯驰科技区域控制器MCU产品E3650为例：2024年4月，芯驰科技推出了新一代ZCU产品家族，覆盖I/O丰富型ZCU、控制融合型ZCU和计算密集型ZCU，分别面向车身控制、车身+底盘+动力跨域融合等核心应用场景。其中，E3650芯片是芯驰科技的旗舰产品，专为新一代跨域融合的控制型ZCU应用设计。
芯驰科技E3650芯片基于ASIL-D功能安全等级设计，包含了4个ARM Cortex R52+高性能锁步多核集群；存储方面，片上集成了16MB嵌入式非易失性存储器，具备大容量SRAM；信息安全方面，集成了玄武超安全HSM信息安全模块，满足ISO 21434、Evita Full及以上的信息安全标准，更好的支持车型出海的需求；采用SSDPE（Super Speed Data Packet Engine）硬件通信加速引擎，可实现所有CAN-FD同时工作的情况下零数据丢包，有效降低CPU负载，提升通信吞吐率；面向低功耗车身应用场景，E3650可使用专有的唤醒检测引擎和低功耗CPU来降低整机静态功耗。
以英飞凌AURIX TC4x为例：TC4x微控制器是英飞凌专为ZCU和HPC应用而设计。为了满足区域控制器架构的要求，实现区域控制器的多ECU融合，英飞凌Aurix TC4x微控制器在功能安全、信息安全、高速内部通信路由、内核等方面都进行了升级。该MCU包含了6个TriCore 1.8嵌入式内核，每个内核的时钟频率最高可达500MHz。
随着智能驾驶的快速发展，大模型需要更强的计算能力。为此，英飞凌在TC4x产品中集成了并行处理单元PPU( Parallel Processing Unit) ，用于实现数据处理需求大或执行时间要求快的模型，如信号滤波、算法处理、模型预测控制等。PPU在计算效率上更快，为Tricore内核承接AI 、电机控制、区域控制等复杂的信号处理和数学运算，而Tricore内核主要用于控制。集成PPU协处理器后，TC4x芯片的算力达到8000DMIPS+72GFLOPS*1，其中PPU贡献了72GFLOPS。
目前，英飞凌的Aurix TC4x微控制器已被应用在多款区域控制器开发中，包括大陆、金脉电子、马瑞利等Tier 1厂商的ZCU平台。
以马瑞利区域控制器为例：2024年4月，马瑞利推出了基于英飞凌AURIX TC4x微控制器打造的区域控制器，该ZCU整合了包括照明、车身、音频、配电、动力、热管理、底盘控制和车辆诊断等多个领域的ECU，可以安装在车辆的特定区域并管理各种功能。该方案与面向服务的软件和云虚拟化相结合，能够通过定制应用软件和功能，实现定制关键车辆性能。
区域控制器集成配电功能，通过e-Fuse实现智能配电
Zonal架构下，汽车的配电方式将由传统保险盒配电向区域控制器配电方式转变。区域控制器按照物理位置就近整合了周围的电子系统，集成功能包括BCM、动力、底盘、热管理、网关等，连接的传感器、执行器的工作电压不一致。因此，区域控制器需要负责区域内用电器的供电与电源管理，提高用电效率与安全性。
ZCU供电采用分级配电
Zonal架构下，区域供电一般采用分级配电的方式：1、一级配电网络（骨干供电网络），需要有双电源（冗余备份）将电力从主干网输送到区域控制器；2、二级配电网络，区域控制器负责将电力继续向下输送到底层控制器。
以金脉电子的“1+1+N”架构配电方案为例：该架构包括1个中央计算单元、1个智能配电单元、4个区域控制器。其中智能配电单元包括一级配电，可以单独做配电的控制器，也可以与前区域控制器做集成的一级、二级配电方案，这样可以省去一个初级配电单元；区域控制器是基于英飞凌Aurix TC4x系列开发，可以根据客户车型需求做不同的配置。
该方案中的前区域控制器FZCU集成了一级、二级配电、前舱热管理等功能，接入了两个DCDC加一个蓄电池做电源冗余，一级配电通过前区域给左/右/后区域控制器做配电方案；左/右/后区域控制器各自提供二级配电的通道，在前区域也有两层的一个叠板方式（1个配电板+1个控制板），可以更好地做集中化，更好地完成隔离和配电，包括前舱的热管理和驱动要求。
以经纬恒润物理区域控制器为例：该ZCU的功能安全满足ASIL B/D级，集成了新能源动力域、部分底盘域、车身舒适、空调热管理控制的信号采集及负载驱动，以及一级配电、二级配电、区域网关等功能。硬件架构上以一颗多核MCU处理器为核心，部署标准的AUTOSAR CP软件，集成配电算法、直流电机闭环控制以及防夹算法、热保护算法、进入和启动的认证定位算法等机电控制算法。
ZCU通过e-Fuse实现智能配电
区域控制器将使用e-Fuse（智能熔断模块）来替代传统的继电器+保险丝方案。e-Fuse是一种集成电路，在单芯片上集成了MOSFET、驱动、逻辑电路、诊断等模块，通过软件保护策略进行电路检测、诊断和在线OTA升级，实现智能电力分配和节能调度，达到降低能耗、提升续航里程的目的。
以联合电子区域控制器为例：联合电子的ZCU采用e-Fuse实现智能配电，支持故障诊断和fuse自恢复。这套局部配电网络管理方案是由联合电子与泰科电子共同打造，优化了智能配电场景下的E-fuse与线束设计匹配。通过e-Fuse智能配电，能够根据ECU的工作需要，进行单独的、定向的配电控制。这样的智能配电方案可以使整车线束长度减少25%，线束路径优化28%，整车配电路数减少10%。
联合电子区域控制器在智能配电应用方面的探索：
案例一：在充电时，可以切断与车身相关的雷达，节省功耗，提升充电速度；
案例二：在哨兵模式（即车辆处于驻车状态时，一旦车辆被碰撞或移动，外部摄像头就会录制车辆周围的环境，并通过手机APP通知车主）下，切断所有与智驾相关的控制器来节省用电，提升续航里程；
案例三：当系统预测到热失控风险时，仅保留与安全相关的部件用电来降低风险。此外，还会将配件数据上传，让客户获取大部分ECU控制器在不同场景中使用电源的情况，对整车的配电进行整体优化。
区域控制器软件：通过SOA实现功能调用，平台化可移植，助力降本
区域控制器作为区域内I/O控制中心，除了整合如空调控制、车门控制、座椅控制等单独的车身域控制器功能外，未来还将逐步集成更多跨域的功能模块，比如悬架的控制、雷达接口等。其中，软件部分的逻辑计算将大部分上移到中央计算平台中，区域控制器只负责最底层的信号采集和硬件驱动，这样就可以将I/O从中央计算平台中抽离出来，实现软硬件分离，主机厂也更容易开展跨域功能融合。
为实现降本，区域控制器需要提高扩展性与通用性，以标准化的硬件平台来适配各车企高中低不同的车型配置，区域控制器也逐步从基于信号服务转向基于服务的SOA设计。而这一过程需要区域控制器在功能层面（车身舒适、AC、底盘、HCU 等）上进行接口标准化、服务转化和封装管理，便于中央计算平台能够灵活地进行功能调用。因此，区域控制器需要一种高集成度、标准化、可裁剪的设计。
以大陆集团为例：面向车身域及执行器的软件方案，大陆集团推出了“软件功能即产品”服务，可快速集成到车辆跨域产品中。比如像车窗升降、后备箱控制、座椅调节、座椅加热、电动车门、外部灯光控制等各种车身域功能都有对应软件包。
联合电子USP 2.0开发者平台调用功能
以联合电子USP 2.0开发者平台为例：USP 2.0平台通过区域化的架构可以实现近20个独立ECU的集成，通信速率从2M提升至最高1000M。在USP2.0平台上，可以调用的服务已深入到了车身控制、能量管理、运动控制、热管理等领域，目前拥有951项基础功能、126项原子服务以及105项基础服务，能够提供1100+车辆API，65项OTA API和55项AI算子，这些API和算子能够助力开发者轻松实现车辆跨域应用场景。
下载ECAD模型
