拆解特斯拉Model3域控制器
一个产业的进步和变革，往往是供给和需求两方面因素共同驱动的。当新航路带来的新市场遇到珍妮纺纱机，就足够引发一场工业革命；出行的需求遇上热机，就产生了各类交通工具。集成电路出现以来，人们对电子化、自动化、智能化的需求越来越高，其根源还是对低成本美好生活的需求，这种需求与不断发展的 IT 技术供给相结合，相继诞生了PC、智能手机、智能家居等诸多大型产业，如今又开始推动汽车往智能化方向演进。
汽车的智能化的大方向已经成为了产业共识和市场共识，然而什么叫智能化却没有一个明确的定义。我们认为，智能化的关键在于智能汽车的软件“可迭代、可演进”。比如说 2008 年安卓 1.0 发布之初，使用体验是比较一般的，经过不断的数据收集、用户反馈和持续迭代，最终交互和用户体验越来越好，逐步向我们理想中的“智能终端”逼近。
无论每个人如何去定义自己心目中的汽车智能化，但我们相信会有一个共识，那就是现在仅仅只是汽车智能化的起点，离终局还非常遥远，这中间软件需要不断进行升级迭代。而汽车过去的 E/E 架构（如下图所示），是由多个厂商提供 ECU 组成的电子电气架构，正因为硬件和软件功能都被切割成很多块分布在不同厂家提供的 ECU 里，使得软件 OTA 的难度非常
大。这使得很多型号的汽车从出厂到最终报废，软件功能都没有升级过，都没有迭代，又何谈智能？
图 1：奔驰的网络连接及 ECU 架构
资料来源：知乎答主-朱玉龙
显而易见，汽车如果要能像手机一样持续根据数据和用户反馈进行软件迭代，现有的E/E 架构势必然是要进行大的变革的。软件和硬件必须解耦，算力必须从分布走向集中， 特斯拉的 Model3 率先由分布式架构转向了分域的集中式架构，这是其智能化水平遥遥领先于许多车厂的主要原因，我们接下来就对特斯拉的车身域、座舱域、驾驶域进行详细的解读。
车身域：按位置而非功能进行分区，彻底实现软件定义车身
自驾游论坛同样是域控制器，特斯拉的域控制器思路始终是更为领先的。举例来说，作为传统汽车供应链中最核心的供应商之一，博世是最早提出域控制器概念的企业之一。但博世的思路仍然受到传统的模块化电子架构影响，其在 2016 年提出了按照功能分区的五域架构， 将整
车的 ECU 整合为驾驶辅助、安全、车辆运动、娱乐信息、车身电子 5 个域，不同域之间通过域控制器和网关进行连接。在当时看来，这一方案已经能够大大减少 ECU 数量，然而用今天的眼光来看，每个域内部仍然需要较为复杂的线束连接，整车线束复杂度仍然较高。
图 2：博世提出的汽车控制 5 域架构
资料来源：智驾最前沿
与博世形成对比，特斯拉 model 3 在 2016 年发布，2017 年量产上市，与博世的报告几乎处于同一时期。然而，model 3 的域控制器架构核心直接从功能变成了位置，3 个车身控制器就集中体现了特斯拉造车的新思路。按照特斯拉的思路，每个控制器应该负责控制其附近的元器件，而非整车中的所有同类元器件，这样才能最大化减少车身布线复杂度，充分发挥当今芯片的通用性和高性能，降低汽车开发和制造成本。所以特斯拉的三个车身域控制器分别分布在前车身、左前门和右前门前，实现就近控制。这样的好处是可以降低布线的复杂度，但是也要求三个车身域要实现彻底的软硬件解耦，对厂商的软件能力的要求大大提高。
图 3：特斯拉 model3 的 3 个车身控制器（红部分）
资料来源：知乎@冷酷的冬瓜
图 4：三个域控制器按照位置分工
资料来源：汽车小将
以下分别介绍三个车身控制器的情况，车身域分为前车身域、左车身域、右车身域， 其在 Model3 车身上的位置如下图所示。
图 5：前车身域（FBCM）
资料来源：中城康帕斯科技发展(深圳)有限公司，中信证券研究部
图 6：左车身域（LBCM）和右车身域（RBCM）
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资料来源：中城康帕斯科技发展(深圳)有限公司，中信证券研究部
前车身域控制器的位置在前舱，这个位置理论上来说遇到的碰撞概率要更高，因此采用铝
合金的保护外壳，而左右车身域控制器由于在乘用舱内，遇到外界碰撞的概率较低， 保护外壳均采用塑料结构，如下图所示。
图 7：几个车身域的实景图
资料来源：中城康帕斯科技发展(深圳)有限公司，中信证券研究部
前车身控制器：全车电子电气配电单元以及核心安全 ECU 连接
前车身控制器位于前舱中，主要负责的功能是前车体元件控制以及主要的配电工作。该控制器离蓄电池比较近，方便取电。其主要负责三类电子电气的配电和控制：1、安全相关：i-booster、ESP 车身稳定系统、EPS 助力转向、前向毫米波雷达；2、热管理相关： 如冷却液泵、五通阀、换热器、冷媒温度压力传感器等；3、前车身其它功能：车头灯、机油泵、雨刮等。除此之外，它还给左右车身控制器供电，这一功能十分重要，因为左右车身控制器随后还将用这两个接口中的能量来驱动各自控制的车身零部件。
图 8：特斯拉 model3 前车身控制器（FBCM）接口功能与位置布局
高速免费时间表2022资料来源：汽车小将，知乎@冷酷的冬瓜，中信证券研究部
将其拆开来看，具体功能实现方面，需要诸多芯片和电子元件来配合完成。核心的芯片主要完成控制和配电两方面的工作。
先说控制部分，都市智能豪华suv主要由一颗意法半导体的 MCU 来执行（图中红框）。此外，由于涉及到冷却液泵、制动液液压阀等各类电机控制，所以板上搭载有安森美的直流电机驱动芯片
（图中橙框 M0、M1、M2），这类芯片通常搭配一定数量的大功率 MOSFET 即可驱动电机。
配电功能方面，一方面需要实时监测各部件中电流的大小，另一方面也需要根据监测的结果对电流通断和电流大小进行控制。电流监测方面，AMS 的双 ADC 数据采集芯片和电流传感器配套芯片（黄框 AMS 中的芯片）可以起到重要作用。而要控制电流的状态，一方面是通过 MOSFET 的开关，另一方面也可以通过 HSD 芯片（High Side Driver，高边开关），这种芯片可以控制从电源正极流出的电流通断。
图 9：前车身控制器（FBCM）电路板
资料来源：中城康帕斯科技发展(深圳)有限公司，中信证券研究部
这一块控制器电路板共使用了52 个安森美的大功率MOSFET，9 个功率整流器芯片，以及 ST 和英飞凌的共计 21 个 HSD 芯片。在前车身控制器上我们可以看到，特斯拉已经在很大程度上用半导体元件取代了传统电气元件。
左车身域控制器：负责车身左侧电子电气调度
左车身控制器位于驾驶员小腿左前方位置，贴合车体纵向放置，采用塑料壳体封装， 可以在一定程度上节约成本。左车身控制器负责管理驾驶舱及后部的左侧车身部件，充分体现了尽可能节约线束长度以控制成本的指导思想。
左车身控制器主要负责了几类电子电气的配电和控制：1、左侧相关：包括仪表板、方向盘位置调节、照脚灯；2、座椅和车门：，左前座椅、左后座椅、前门、后排车门、座椅、尾灯等。
图 10：特斯拉 model3 左车身控制器（LBCM）接口功能与位置布局
资料来源：汽车小将，知乎@冷酷的冬瓜，中信证券研究部
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左车身域控制的核心芯片主要也分为控制和配电。核心控制功能使用两颗 ST 的 32 位 MCU 以及一颗 TI 的 32 位单片机来实现。左车身的灯具和电机比较多，针对灯具类应用，特斯拉选用了一批 HSD 芯片来进行控制，主要采用英飞凌的 BTS 系列芯片。针对电机类应用，特斯拉则选用了 TI 的电机控制芯片和安森美的大功率 MOSFET。
图 11：左车身控制器（LBCM）电路板
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右车身域控制器：负责车身右侧电子电气调度
右车身控制器与左车身基本对称，接口的布局大体相同，也有一些不同点。右车身域负责超声波雷达以及空调，同时右车身承担的尾部控制功能更多一些，包括后方的高位刹车灯和后机油泵都在此控制。
图 12：特斯拉 model3 右车身控制器（RBCM）接口功能与位置布局
资料来源：汽车小将，知乎@冷酷的冬瓜，中信证券研究部