从功能域到位置域：汽车电气架构的升级和优化

摘要：

随着汽车电子化的不断深入，汽车电气架构的升级和优化已经成为汽车行业不可避免的趋势。在新的电气架构中，从功能域到位置域的升级和转变，是一种更加通用、更加灵活、更加高效的电气架构。本文将介绍汽车电气架构从功能域到位置域的转变，并重点探讨区域控制器平台（Zonal Control Unit，ZCU）在整车计算系统中的作用，以及它所带来的优势和意义。

第一部分：背景和动因

随着汽车行业的不断发展，汽车电子化已经成为汽车制造业的重要发展方向之一。从单一的机械结构向电子化和智能化转变，使得汽车的安全性、可靠性、舒适性和环保性得到了大幅提升。然而，在新的电气架构下，由于ECU数量的增加和电线的复杂性，汽车的重量、成本和可靠性等问题也随之而来。为了解决这些问题，汽车制造商开始探索新的电气架构和解决方案。

第二部分：从功能域到位置域的转变

在传统的电气架构中，汽车系统被划分为不同的功能域，例如发动机控制、变速器控制、制动系统控制、车身控制等。每个功能域都由一个独立的ECU来控制，ECU之间通过总线进行通信。这种电气架构的缺点是：ECU数量众多，重量大，成本高，可靠性差，且难以实现系统的灵活性和可扩展性。

为了解决这些问题，汽车电气架构开始从功能域向位置域转变。位置域是指汽车系统按照位置和功能划分为不同的区域，例如中域、左域、右域等。每个区域内部由一个区域控制器（ZCU）来控制，ZCU负责连接区域内的传感器、执行器以及ECU等，并负责该位置域内的传感器数据的初步计算和处理。通过这种方式，可以实现就近布置线束，降低成本，减少通信接口，更易于实现线束的自动化组装，从而提高效率。传感器、执行器等就近接入到附近的区域控制器中，能更好地实现硬件扩展，区域控制器的结构管理也更容易。此外，区域控制器还负责本区域内的网络协议转换，从而实现不同区域间的通信。这种电气架构的优点是：ECU数量减少，重量轻，成本低，可靠性高，且系统的灵活性和可扩展性得到了大幅提升。

第三部分：区域控制器平台的作用和优势

在新的电气架构中，区域控制器平台（ZCU）是整车计算系统中某个局部的感知、数据处理、控制和执行单元。它是实现从功能域到位置域转变的关键。ZCU负责连接车上某一个区域内的传感器、执行器以及ECU等，并负责该位置域内的传感器数据的初步计算和处理。ZCU还负责本区域内的网络协议转换，从而实现不同区域间的通信。ZCU的作用类似于计算机中的CPU，是整个电气架构中的核心控制单元。

ZCU平台的优势在于：首先，ZCU平台可以将传统的ECU数量减少，从而减少重量和成本，提高可靠性。例如，一项针对某家整车制造商的研究发现，使用区域控制器可以整合9个ECU，并少用数百根单独电线，从而使车辆的重量减少了8.5千克。其次，ZCU平台可以实现就近布置线束，从而降低成本，减少通信接口，更易于实现线束的自动化组装，从而提高效率。最后，ZCU平台可以实现区域间的通信，从而提高整车系统的灵活性和可扩展性。

第四部分：区域接入+中央计算的优势

区域接入+中央计算是新的电气架构中的另一个关键技术。在这种电气架构中，新增的外部部件可以基于区域网关接入，硬件的可插拔设计支持算力不断提升，充足的算力支持应用软件在中央计算平台迭代升级。这种电气架构的优势在于：首先，通过区域接入，可以实现新部件的快速接入和扩展，从而提高系统的灵活性和可扩展性。其次，通过中央计算，可以将不同区域的数据集中处理和管理，从而提高数据处理的效率和精度。最后，通过算力的不断提升和软件的迭代升级，可以不断提高整车系统的性能和功能，满足不断变化的市场需求。

第五部分：实现从功能域到位置域的关键技术

实现从功能域到位置域的关键技术主要包括：ZCU平台、CAN-FD总线、以太网总线、网络安全等。ZCU平台是实现从功能域到位置域转变的关键，它是整个电气架构中的核心控制单元。CAN-FD总线是一种高速、低延迟的总线，用于连接不同的ZCU平台，从而实现整车系统的控制和管理。以太网总线是一种高速、高带宽的总线，用于连接不同的区域和外部设备，从而实现数据的传输和处理。网络安全是保障整个系统安全的重要技术，它可以保障系统的可靠性和稳定性，防止黑客攻击和数据泄露。

第六部分：结论和展望

从功能域到位置域的转变是汽车电气架构升级和优化的重要方向之一。区域控制器平台（ZCU）作为整个电气架构中的核心控制单元，在实现从功能域到位置域转变方面起到了关键作用。区域接入+中央计算是新的电气架构中的另一个关键技术，可以提高系统的灵活性和可扩展性。实现从功能域到位置域的关键技术主要包括：ZCU平台、CAN-FD总线、以太网总线、网络安全等。未来，随着汽车电子化的不断深入，新的电气架构和解决方案将不断涌现，从而为汽车行业带来更多的机遇和挑战。未来，随着人工智能、5G、物联网等技术的不断发展，汽车电气架构的升级和优化将会更加深入和广泛。例如，人工智能技术可以实现智能驾驶和智能交通，提高汽车的安全性和舒适性。5G技术可以提供更快、更可靠的网络连接，从而实现汽车和外部世界的无缝连接。物联网技术可以实现汽车的智能化和自动化，提高汽车的智能化水平和生产效率。这些新技术和新应用将进一步推动汽车电气架构的升级和优化，从而实现更加安全、智能、环保和高效的汽车。

总之，从功能域到位置域的转变是汽车电气架构升级和优化的重要方向之一，区域控制器平台（ZCU）作为整个电气架构中的核心控制单元，在实现从功能域到位置域转变方面起到了关键作用。未来，随着新技术和新应用的不断涌现，汽车电气架构的升级和优化将会更加深入和广泛，为汽车行业带来更多的机遇和挑战。