新能源汽車行業專題研究-從拆解Model3看智能電動汽車發展趨勢域控制器：軟件定義汽車，迭代決定智能一個產業的進步和變革，往往是供給和需求兩方面因素共同驅動的。當新航路帶來的新市場遇到珍妮紡紗機，就足夠引發一場工業革命；出行的需求遇上熱機，就產生了各類交通工具。集成電路出現以來，人們對電子化、自動化、智能化的需求越來越高，其根源還是對低成本美好生活的需求，這種需求與不斷發展的IT技術供給相結合，相繼誕生了PC、智能手機、智能家居等諸多大型產業，如今又開始推動汽車往智能化方向演進。汽車的智能化的大方向已經成為了產業共識和市場共識，然而什么叫智能化卻沒有一個明確的定義。我們認為，智能化的關鍵在于智能汽車的軟件“可迭代、可演進”。比如說2008年安卓1.0發布之初，使用體驗是比較一般的，經過不斷的數據收集、用戶反饋和持續迭代，最終交互和用戶體驗越來越好，逐步向我們理想中的“智能終端”逼近。無論每個人如何去定義自己心目中的汽車智能化，但我們相信會有一個共識，那就是現在僅僅只是汽車智能化的起點，離終局還非常遙遠，這中間軟件需要不斷進行升級迭代。而汽車過去的E/E架構，是由多個廠商提供ECU組成的電子電氣架構，正因為硬件和軟件功能都被切割成很多塊分布在不同廠家提供的ECU里，使得軟件OTA的難度非常大。這使得很多型號的汽車從出廠到最終報廢，軟件功能都沒有升級過，都沒有迭代，又何談智能？顯而易見，汽車如果要能像手機一樣持續根據數據和用戶反饋進行軟件迭代，現有的E/E架構勢必然是要進行大的變革的。軟件和硬件必須解耦，算力必須從分布走向集中，特斯拉的Model3率先由分布式架構轉向了分域的集中式架構，這是其智能化水平遙遙領先于許多車廠的主要原因，我們接下來就對特斯拉的車身域、座艙域、駕駛域進行詳細的解讀。車身域：按位置而非功能進行分區，徹底實現軟件定義車身同樣是域控制器，特斯拉的域控制器思路始終是更為領先的。舉例來說，作為傳統汽車供應鏈中最核心的供應商之一，博世是最早提出域控制器概念的企業之一。但博世的思路仍然受到傳統的模塊化電子架構影響，其在2016年提出了按照功能分區的五域架構，將整車的ECU整合為駕駛輔助、安全、車輛運動、娛樂信息、車身電子5個域，不同域之間通過域控制器和網關進行連接。在當時看來，這一方案已經能夠大大減少ECU數量，然而用今天的眼光來看，每個域內部仍然需要較為復雜的線束連接，整車線束復雜度仍然較高。與博世形成對比，特斯拉

model3在2016年發布，2017年量產上市，與博世的報告幾乎處于同一時期。然而，model3的域控制器架構核心直接從功能變成了位置，3個車身控制器就集中體現了特斯拉造車的新思路。按照特斯拉的思路，每個控制器應該負責控制其附近的元器件，而非整車中的所有同類元器件，這樣才能最大化減少車身布線復雜度，充分發揮當今芯片的通用性和高性能，降低汽車開發和制造成本。所以特斯拉的三個車身域控制器分別分布在前車身、左前門和右前門前，實現就近控制。這樣的好處是可以降低布線的復雜度，但是也要求三個車身域要實現徹底的軟硬件解耦，對廠商的軟件能力的要求大大提高。前車身控制器：全車電子電氣配電單元以及核心安全ECU連接前車身控制器位于前艙中，主要負責的功能是前車體元件控制以及主要的配電工作。該控制器離蓄電池比較近，方便取電。其主要負責三類電子電氣的配電和控制：1、安全相關：i-booster、ESP車身穩定系統、EPS助力轉向、前向毫米波雷達；2、熱管理相關：

如冷卻液泵、五通閥、換熱器、冷媒溫度壓力傳感器等；3、前車身其它功能：車頭燈、機油泵、雨刮等。除此之外，它還給左右車身控制器供電，這一功能十分重要，因為左右車身控制器隨后還將用這兩個接口中的能量來驅動各自控制的車身零部件。將其拆開來看，具體功能實現方面，需要諸多芯片和電子元件來配合完成。核心的芯片主要完成控制和配電兩方面的工作。先說控制部分，主要由一顆意法半導體的MCU來執行。此外，由于涉及到冷卻液泵、制動液液壓閥等各類電機控制，所以板上搭載有安森美的直流電機驅動芯片，這類芯片通常搭配一定數量的大功率MOSFET即可驅動電機。配電功能方面，一方面需要實時監測各部件中電流的大小，另一方面也需要根據監測的結果對電流通斷和電流大小進行控制。電流監測方面，AMS的雙ADC數據采集芯片和電流傳感器配套芯片（黃色框AMS中的芯片）可以起到重要作用。而要控制電流的狀態，一方面是通過MOSFET的開關，另一方面也可以通過HSD芯片（HighSideDriver，高邊開關），這種芯片可以控制從電源正極流出的電流通斷。這一塊控制器電路板共使用了52個安森美的大功率MOSFET，9個功率整流器芯片，以及ST和英飛凌的共計21個HSD芯片。在前車身控制器上我們可以看到，特斯拉已經在很大程度上用半導體元件取代了傳統電氣元件。左車身域控制器：負責車身左側電子電氣調度左車身控制器位于駕駛員小腿左前方位置，貼合車體縱向放置，采用塑料殼體封裝，可以在一定程度上節約成本。左車身控制器負責管理駕駛艙及后部的左側車身部件，充分體現了盡可能節約線束長度以控制成本的指導思想。左車身控制器主要負責了幾類電子電氣的配電和控制：1、左側相關：包括儀表板、方向盤位置調節、照腳燈；2、座椅和車門：，左前座椅、左后座椅、前門、后排車門、座椅、尾燈等。左車身域控制的核心芯片主要也分為控制和配電。核心控制功能使用兩顆ST的32位MCU以及一顆TI的32位單片機來實現。左車身的燈具和電機比較多，針對燈具類應用，特斯拉選用了一批HSD芯片來進行控制，主要采用英飛凌的BTS系列芯片。針對電機類應用，特斯拉則選用了TI的電機控制芯片和安森美的大功率MOSFET。右車身域控制器：負責車身右側電子電氣調度右車身控制器與左車身基本對稱，接口的布局大體相同，也有一些不同點。右車身域負責超聲波雷達以及空調，同時右車身承擔的尾部控制功能更多一些，包括后方的高位剎車燈和后機油泵都在此控制。具體電路實現方面，由于功能較為相似，電路配置也與左車身較為相似。一個不同點在于右車身信號較多，所以將主控單片機從左車身的ST換成了瑞薩的高端單片機RH850系列。此外由于右車身需要較多的空調控制功能，所以增加了三片英飛凌的半橋驅動器芯片。特斯拉車身域的思路：徹底地軟件定義汽車，用芯片替代保險絲和繼電器車身域是特斯拉相比傳統汽車變化最大的地方，傳統汽車采用了大量ECU，而特斯拉通過三個域實現了對整車的一個控制。雖然都是往域控制器方向走，但特斯拉沒有采用博世的功能域做法，而是完全按區域來進行劃分，將硬件盡量標準化，通過軟件來定義汽車的思路體現得淋漓盡致。除此之外，特斯拉還將一些電氣化的部件盡量芯片化，如車身域中采用了大量HSD芯片替代了繼電器和保險絲，可靠性提高，而且可以編程，能更好實現軟件定義汽車。特斯拉控制器的未來走向：走向更高集成度，優化布置持續降本從特斯拉車身控制器能夠體現出的另一個發展趨勢是器件的持續集成和持續降本。早期版本的modelS和modelX并無如此集中的車身控制器架構，但如今較新的model3和modelY已經體現出集成度增加的趨勢。另外2020款modelY的PCB板也得到進一步節約。初代PCB板由于形狀不規則，必然有一部分PCB材料被浪費，推高了成本。而第三代控制器的PCB形狀能夠緊密貼合，兩個左右車身控制器可以合并成為一個矩形，因此PCB材料的利用率得到有效提升，也能夠在一定程度上降低成本。未來車身控制器會如何發展，是否會走向一臺統一的控制器？至少目前來看，特斯拉

用產品對此做出了否定的回答。我們可以看到，2021年交付的modelSplaid，其第四代車身控制器仍舊使用了分離的兩片左右車身控制器。而且在第四代車身控制器設計中，前車身控制器也分成了兩片，一片負責能量管理和配電，另一片負責車身管理、熱管理以及少量配電工作。整體來看，第四代控制器的元件密度仍舊很高，體現出了集成降本的趨勢。另外，第四代控制器的元件連接采用Press-Fit技術取代了傳統焊接，進一步提高了良率，也有利于實現更高的元器件密度。整體來看，統一的中央計算機雖然集成度高，但不可避免地帶來了控制器和受控器件的距離增加，從而增加線束長度，提高成本，而且元件集成密度也有一定的限制，我們無法在有限的空間內無限制集成，因此集中化也是有上限和最優解的，目前看來特斯拉正逐漸改善設計和工藝來逼近這個最優解。硬件方面的持續集成也為軟件的集成和發展創造了條件。傳統汽車產業鏈當中不同功能獨立性很高，各功能的ECU都來自不同廠商，難以協同工作。但特斯拉將大量ECU集成后，車身上只需保留負責各個功能的執行器，而主要的控制功能都統一在域控制器中，采用少量的MCU，更多使用軟件來完成功能控制。比如特斯拉model3的左右車身域控制器中各有3個MCU，數量大大減少，不同控制功能采用軟件的形式進行交互，能夠有更大的協同創新空間。比如特斯拉可以協同全車空調出風口來調節車內風場，或對副駕駛座位上的乘客進行體重檢測，判斷其是否屬于兒童，從而靈活調整安全氣囊策略，而不是像傳統車企一樣只能讓兒童坐在后排。而且特斯拉可以從軟件控制當中收集數據，并持續不斷改善控制功能，改善用戶體驗。駕駛域：FSD芯片和算法構成主要壁壘，NPU芯片效率更優特斯拉的另一個重要特色就是其智能駕駛，這部分功能是通過其自動駕駛域控制器

（AP）來執行的。本部分的核心在于特斯拉自主開發的FSD芯片，其余配置則與當前其他自動駕駛控制器方案沒有本質區別。在model3所用的HW3.0版本的AP中，配備兩顆FSD芯片，每顆配置4個三星2GB內存顆粒，單FSD總計8GB，同時每顆FSD配備一片東芝的32GB閃存以及一顆Spansion的64MBNORflash用于啟動。網絡方面，AP控制器內部包含Marvell的以太網交換機和物理層收發器，此外還有TI的高速CAN收發器。對于自動駕駛來說，定位也十分重要，因此配備了一個Ublox的GPS定位模塊。外圍接口方面，model3整車的所有攝像頭都直接連接到AP控制器，與這些相機配合的還有TI的視頻串行器和解串器。此外還有供電接口、以太網接口和CAN接口使得AP控制器能夠正常運作。作為一款車載控制器，特斯拉的自動駕駛域控制器還考慮到了緊急情況，因此配備了緊急呼叫音頻接口，為此搭配了TI的音頻放大器和故障CAN收發器。另外一點值得注意的是，為了保障駕駛安全，AP控制器必須時刻穩定運行，因此特斯拉在AP控制器中加入了相當大量的被動元件，正面有8顆安森美的智能功率模塊，并搭配大量的電感和電容。背面更為明顯，在幾乎沒有太多控制芯片的情況下將被動元件鋪滿整個電路板，密度之高遠超其他控制器，也明顯高于生活中各種常見的智能終端。從這一點來看，隨著智能汽車的發展，我國被動元器件企業也有望獲益。為了實現自動駕駛，特斯拉提出了一整套以視覺為基礎，以FSD芯片為核心的解決方案，其外圍傳感器主要包含12個超聲傳感器（Valeo）、8個攝像頭（風擋玻璃頂3個前視，B柱2個拍攝側前方，前翼子板2個后視，車尾1個后視攝像頭，以及1個DMS攝像頭）、1個毫米波雷達（大陸）。其最核心的前視三目攝像頭包含中間的主攝像頭以及兩側的長焦鏡頭和廣角鏡頭，形成不同視野范圍的搭配，三個攝像頭用的是相同的安森美圖像傳感器。毫米波雷達放置于車頭處車標附近，包含一塊電路板和一塊天線板。該毫米波雷達內部采用的是一顆Freescale控制芯片以及一顆TI的穩壓電源管理芯片。而整個AP控制器的真正核心其實就是FSD芯片，這也是特斯拉實現更高AI性能和更低成本的的一個重點。與當前較為主流的英偉達方案不同，特斯拉FSD芯片內部占據最大面積的并非CPU和GPU，而是NPU。雖然此類設計完全是為神經網絡算法進行優化，通用性和靈活性相對不如英偉達的GPU方案，但在當前AI算法尚未出現根本性變化的情況下，NPU的適用性并不