傳感器的采用導致了如何設計現代車輛的不同理念，從領域架構到較新的分區和中央架構。

電子設備于 1968 年首次出現在汽車中，當時大眾汽車在大眾 1600 轎車的發動機中安裝了電子控制單元 (ECU)，以幫助控制燃油噴射。今天，汽車電子無處不在，控制或協助車輛操作和性能的各個方面。據德勤稱，電子產品現在占新車總成本的 40% 以上，而 2000 年這一比例僅為 18%。

將計算技術集成到汽車的各個方面已經改變了汽車原始設備制造商處理設計、工程和制造的方式。直到過去十年，汽車電子設備都使用平面架構，其中嵌入式 ECU 以有限的方式一起運行。聯網汽車和自動駕駛汽車的進步導致汽車制造商在處理汽車電子設備的通信架構方面存在分歧。

同時，將傳感器引入車輛架構進一步加速了對更大計算能力的需求，以處理和分析結果數據。車輛大腦的這些新方面導致了設計現代車輛的不同設計理念，從領域架構到更新的區域和中央架構。

域架構

戴姆勒和寶馬等傳統汽車制造商普遍偏愛域處理架構，因為他們長期以來一直將 ECU 集成到特定功能，如發動機和變速箱控制、氣候控制、防抱死制動和停車輔助。這更像是對舊的扁平 ECU 架構的改進和優化，而不是設計演變或轉型。

域架構專注于在通用域控制器或網關下聚合功能相關的 ECU。這在動力總成、底盤、信息娛樂和乘客舒適度領域引入了 ECU 的細分。這種域架構沒有針對布線進行優化，因為每個功能域的 ECU 分散在整個車輛中。

區域架構

然而，汽車制造商現在正在向新架構發展，以應對日益復雜的高級駕駛輔助系統 (ADAS)和自動駕駛要求。作為這些轉變的證據，戴姆勒在 2020 年宣布，它正在與英偉達共同開發一種新的軟件定義計算架構。同樣，高通在 2021 年底宣布，它正在與寶馬合作開發其下一代 AV 系統。

如前所述，這些傳統汽車 OEM 的流行架構之一是新的區域架構。這種方法通過將物理上靠近的 ECU 組合在單個區域控制器下來解決域架構的缺點。其優點是減少了布線和重量，但以增加軟件復雜性為代價。這是因為區域控制器必須能夠根據功能區分連接到它的 ECU 之間的流量。

以領域為中心的方法向區域架構的演進創建了一個跨車輛的網絡系統；電纜從中央服務器向外延伸到網關和傳感器。汽車制造商可以輕松地向上和向下擴展區域架構，以支持整個車輛的更多傳感器和電子設備。它還允許增加車輛模型模板變體的靈活性。

中央汽車架構

另一方面，Tesla 和 Waymo 等公司往往更喜歡中央處理架構，在這種架構中，制造商將大部分計算能力放在一個中央處理器中。這部分是因為這些汽車制造商無法使用遺留設計或技術債務。在其他情況下，這是因為他們有不同的主要目標。

對于一些汽車制造商來說，盡快實現 ADAS Level-5 自主性至關重要。就 Waymo 而言，值得注意的是，它們并沒有實現車輛的所有駕駛功能，例如發動機控制或制動。相反，他們專注于管理用于自動駕駛的傳感器。Waymo 將其技術與 Jaguar I-Pace 等現有車輛集成。

SAE J3016 駕駛自動化級別，其中 5 級被歸類為在所有條件下完全自動駕駛，無需駕駛員干預。（來源：SAE）

制造商在追求 5 級自治時利用的集中式方法的一個主要優勢是他們可以輕松地分發軟件更新。這允許更快速的實驗和新功能的引入。將自己視為技術公司和汽車公司的制造商發現，在消費者收到車輛后經常添加新功能的能力更類似于客戶對消費電子產品的期望。

此外，集中式方法可以提高車輛安全性，因為沒有那么多復雜的區域網關需要保護。制造商可以更輕松地分發無線更新以修補任何安全風險。

另一方面，讓一個集中式單元處理大部分處理會帶來一些額外的挑戰，其中一個是單點故障。鑒于選擇集中式架構的公司也在利用額外的傳感器來實現車輛自主性，因此車輛還必須快速移動和處理大量數據而不會出錯。這對車輛的軟件增加了過高的處理性能要求。

CPU 的任何問題通常都是災難性的，并且需要制造商實施冗余以限制影響中央單元的問題的可能性。

最后的想法

雖然這三種架構都是從不同汽車制造商的特定經驗和需求演變而來的，但許多關注該市場的分析師認為集中式架構是汽車架構的最先進演進。這些觀察家認為，當行業最終過渡到完整的自動駕駛汽車時，集中式架構可能會占據主導地位。

盡管時間仍然不確定，但我們很可能在短期內看到汽車架構的持續快速創新。

——Thierry Kouthon 是 Rambus 的技術產品經理。