深度解析車身控制系統的演變過程

車身電子功能的控制形式正隨著汽車電子電氣架構的演進而變化。從車門、后視鏡、車窗、車燈等車身電子的分散控制，沿著車身控制模塊BCM到車身域控制器 BDC，最后發展為面向下一代中央集中式架構的區域控制器（VIU/ZCU）。

車身控制系統的演變過程

來源：汽車知識棧

車身控制功能的多種集成形式

1、車身域控制器：整合各類汽車電子功能

車身域控制器是以功能進行劃分，一般集成BCM、PEPS、TPMS、Gateway等功能，對各個車身電子模塊進行集中控制，統一管理各負載，對采集到的信息進行統一的分析、處理及分配系統資源。 ? 汽車E/E架構從域集中向中央計算演進的過程中，垂直融合（將多個功能域的融合，或融合功能關聯度較高的其他功能）的方案是一條必經之路。為進一步集中算力、提升通信傳輸速率，部分企業開始嘗試將網關的功能向上集成到其它功能相對簡單的領域，車身與以太網網關的融合成為了首選方案。 ? 歐菲光的第五代車身域控制器BGM，將傳統車身電子部分的BCM、以太網網關、空調控制器、門模塊、電源管理等進行了集成整合，通過CAN、FlexRay、以太網與其他域控（如娛樂域、底盤域、動力域）實現信息快速交互，可適配L1至L2+智能駕駛平臺。該產品已于2022年9月實現規模化量產，目前歐菲光是吉利博越L車身域控制器的獨家供應商。

歐菲光BGM融合了車身域和網關

來源：歐菲光

大陸集團的第一代車身HPC也將之前單獨運行的網關功能與車身控制器的功能相結合，變成了一個超級計算單元。該產品作為車載應用服務器（ICAS1，基于瑞薩R-Car M3），在大眾汽車基于MEB平臺的ID.3上實現量產。 ? 2023年大陸集團在上海車展中首次展出了跨域的車輛控制高性能計算單元，除了集成原有的車身控制和整車網關功能外，還集成了底盤控制應用，如阻尼控制、自適應空氣懸架和底盤調校等跨域整車控制功能。預計到2024年，大陸集團高性能計算單元將搭載在多家汽車廠商的30多個不同車型上。在國內，大陸集團目前拿到兩個本土訂單，該產品的首發量產車型就是廣汽埃安旗下昊鉑Hyper GT。

2、智能配電盒集成BCM功能

智能配電盒一般會將E-fuse和繼電器組合的電氣盒與車身控制器（BCM）集成在一個總的控制單元上，這樣能夠大大減少傳統設計中BCM和配電盒之間大量的導線，也提升了整車電路的穩定性。智能配電盒的三大核心功能包括：電源分配功能、電源管理功能、車身控制功能。 ? 特斯拉的智能配電方案完全取消了保險絲和繼電器的組合，全部采用基于半導體技術的MOSFET和HSD芯片。配電盒也不再只是配電盒，既可以實現可控的配電功能，又能作為控制器來使用，實現了配電與控制的功能融合。 ? 安波福的智能配電盒產品則是根據整車電子電氣架構選擇性集成部分BCM控制功能和低壓負載。目前，安波福量產智能配電盒的方案主要集中在前艙（主要負責前部的各種大燈照明燈、雨刮、擋風玻璃預熱、油泵電機等）和后艙（主要負責后部的各種大燈照明燈、兒童鎖等）。

安波福低壓智能配電盒

來源：安波福

3、中央集中式架構的區域控制器（VIU/ZCU）

區域控制器是以物理位置為優先級進行器件的分布與管理，根據就近原則接入全車的設備，對區域內的零部件進行電源分配及管理，平衡不同的輸入輸出控制等。 ? 由鐵將軍與小鵬汽車聯合推出的區域控制器Zone&VIU，基于小鵬X-EEA 3.0 架構。該款區域控制器可支持左/右域、支持底盤控制功能、支持AUTOSAR，符合功能安全標準ASIL-C等級，實現了以太網ETH模塊+車身控制器的融合。目前已在小鵬G9中實現量產。

鐵將軍左/右區域控制器ZCU&VIU

來源：鐵將軍

經緯恒潤在2023新品發布會中發布了物理區域控制單元（ZCU：Zonal Control Unit），集成了整車的配電功能（包括隔離開關，一級配電，二級配電）、區域網關路由功能（百兆以太網，CAN FD， LIN等）以及車身舒適域，新能源動力域，部分底盤域和空調熱管理的輸入輸出信號采集控制等功能，計劃2023年底實現量產交付。

車身(區)域控制器基于半導體的驅動控制方案

目前，車身（區）域控制器的配電方案主要是根據負載所需的驅動電流大小來選擇，一般情況下，大電流負載偏向于使用驅動芯片+ MOSFET分立方案（在實際設計中30A以上的大電流應用以保險絲+繼電器為主），小電流負載則選用HSD智能高邊開關集成方案。 ? 以特斯拉為例，Model 3的車身控制區域包括前車身控制模塊、左車身控制模塊、右車身控制模塊。其中，大電流負載采用的就是驅動芯片+MOSFET方案，小電流負載則采用的是HSD高邊開關集成方案。

特斯拉Model 3車身控制模塊配電方案

來源：佐思汽研《2023年車身(區)域控制器及驅動芯片行業研究報告》

1、車身（區）域控制器

車身域控制器對于算力的要求并不高，其主控芯片以車規級MCU為主。但在中央集中式架構下，算力將逐漸向中央集中，因此，在區域控制器中需要使用一顆性能、資源更加強大的車規級MCU作為主控芯片。 ? NXP的S32G3處理器是針對域控制器領域研發的芯片，有著實時的處理能力、面向服務高性能計算的先進算力、跨域集成以及高性能安全處理。最新一代的S32G3系列在2021年底正式對外發布，并于2023年2月實現量產。主機廠將S32G3處理器用于軟件定義汽車(SDV)的中央汽車計算，以托管汽車服務、整合跨域功能(虛擬ECU)、提供安全網關功能并管理全車的無線(OTA)更新。

NXP S32G3的目標應用

來源：恩智浦

在2023年上海車展中正式亮相的廣汽昊鉑Hyper GT，作為旗下首款搭載星靈架構的純電車型，其中央計算單元即采用了恩智浦最新一代網絡處理器S32G3，這也是全球首款采用S32G3作為其中央計算單元處理器的車型。

2、SmartFET在區域控制器中的應用

SmartFET是用于外部負載(如中央電器盒中的繼電器)的高/低邊驅動，實際上，高邊SmartFET 是一個N溝道的MOSFET，由一個穩壓電荷泵將柵極電壓拉高到足以驅動負載。這些驅動自身需要額外的保護功能，如短路保護、熱關斷(有或者沒有自動恢復功能)、過壓保護、邏輯電平控制(單片機直接控制)和ESD保護等。

SmartFET在區域控制器中的應用

來源：安森美

安森美SmartFET可用作智能保險絲，在區域控制器中保護電源、為區域控制器驅動的所有負載提供帶保護電源等，可應用于車內外照明應用和電容式負載、電感式負載（雨刷器、HVAC、車門等）、電阻式負載（LED和加熱單元等）的驅動。

3、HSD智能高邊開關集成方案

在燈光類等車輛的小電流負載控制方面，HSD芯片（High Side Driver）早已得到廣泛應用。當發生單路短路故障時，HSD芯片的保護動作速度遠高于保險絲，其安全性更高。 ? ST的M0-7系列家族化高邊產品，滿足了目前車身控制模塊豐富的診斷、保護，高度集成以及尺寸最優化等系統要求，可實現兼容性設計。其較小的封裝，強大的驅動能力盡可能地減少了PCB板的面積。小鵬P7的BDU車身域控制器里即大量采用了ST 的智能高/低邊驅動M0-7系列產品。 ? ST的M0-9系列產品是新一代汽車智能開關，專為使用12V電池供電的應用中的高側連接而設計，簡化了ECU的硬件和軟件設計，該款開關是市場上第一款具有全數字片上診斷功能（包括數字電流檢測功能）的開關。 ? M0-9系列產品利用了ST的最新一代VIPower* M0-9技術，將高效的40V溝槽型垂直MOSFET與3.3V數字邏輯，以及高精度模擬電路結合在一個6x6mm的QFN封裝中。與市場上現有的同類驅動器IC相比，其緊湊的尺寸和高集成度減少了高達40%的PCB面積。

ST M0-9系列產品框圖