ID.4、Model Y、Mach E电子电气架构对比

cengjili

过去我们总说：随着汽车的功能增加，汽车中ECU的数量也越来越多，在豪华车上甚至可以达到80多个ECU。但是在整车电子电气架构变革的当前，汽车ECU数量会有什么变化，以及传统车企在架构升级过程中会有哪些考虑呢？首先ID.4、Model Y、Mach E的ECU数量分别为52、26、51，可以明显的看出，特斯拉的集成度高很多，这主要是因为特斯拉将众多小型ECU的功能集成到域控制器中，比如将车门、车窗、车灯、后视镜等的控制策略集成到LBCM LH和BCM RH中。而福特和大众复用了很多小型ECU。虽然复用了不少ECU，但是大众在电子电器架构的升级过程中，已经做了很大的更新，图1是奥迪e-tron与ID.4的电子电器架构，可以看出巨大的变化。另外复用也是基于成本、开发时间、开发风险的权衡，还记得在ID.3刚上市时，出现了众多软件bug，而且ID系列与Model 3的亮相时间差不多，分别在2017、2016年，但Model 3在2017年7月就开始交付，而ID.3在2020年才开始交付。从马斯克的自传中可以看出其工作节凑：那天是周六，停车场却停满了车。在特斯拉的办公室里，几百名年轻人正在工作，有些人在电脑上设计汽车部件，另一些人则在用自己办公桌上的电子设备做实验。每隔几分钟就能听到马斯克爆发出响亮的笑声，响彻整个楼层。当马斯克走进我等候的会议室时，我对他说看到这么多人在周六上班很令人惊叹。马斯克却对此不以为然，抱怨说最近周末工作的人越来越少“我们变得越来越散漫，”马斯克回复道“我刚刚正准备发封邮件。我们太散漫了。”


图1 左边为奥迪e-tron网络架构 右边为ID4的网络架构在各类总线的数量也各有差别，如图2所示，其中ID.4的架构中采用了大量的100M以太网，而特斯拉的Lvds总线居多，这主要是因为特斯拉Autopilot采用的视觉方案，摄像头居多，摄像头的数据通信采用的是Lvds，所以Lvds总线居多。有一点需要注意的，特斯拉的部分CAN总线具有CANFD的功能，但是在静态测试时，CAN总线速率为500kb/s，因此猜测特斯拉可能在软件升级过程中时使用CANFD，提高速率至2M/s，降低刷写时间，也有可能预留的，后续CAN信号真多，总线负载偏高时，切换至CANFD，这也就是硬件预埋。最后ID.4和Mach E的Lin总线相较Model Y多不少，这主要是因为，ID.4和Mach E复用了不少控制器，类似于雨刷、车门、车窗等都是采用Lin通信的，所以偏多。

图2 总线对比
在12V继电器、Fuse数量方面的对比就更有趣了，如图3所示。在Model Y上全为0，而ID.4和Mach E数据很大。
对于Model Y为什么全是0？其原因是其控制器中有一个FBCM（Power Distribution, E-Fuse VCFront）如图4所示，这个电源分配实际上和LBCM、RBCM进行分配，它在这里面使用了高边驱动开关配合采样逻辑完成电源的保护功能。FBCM采用了56颗安森美的NVMFS5C426N。在LBCM里面用了16颗的NVMFS5C426N，RBCM用了一颗。其他还有NVMFS5C410NL6颗。这就是E-Fuse的功能。另外在早期，第一代的roadster甚至取消了12V蓄电池，使用主锂离子电池组的一部分为配件和灯提供 12V 电压。但是效果并不理想，因此2010 年特斯拉在 Roadster 2.0 中改用单独的 12V蓄电池。而在ID.4和Mach E中依然采用传统方式，前舱有一个独立的继电器盒，而有趣的一点是，Mach E其实将大部分电源保护功能也集成到控制器中了，仅有少部分还在使用，其它仅仅是做最后的防线。

图3 三者继电器、Fuse数量对比


图4 Model 3的FBCM(来源汽车电子设计)在整体网络架构中，虽然都采用域控架构理念，但是还是有些不同，三者的网络架构示意图如图5、6、7所示。其中大众和福特的网络架构基本上一样，Tesla 架构下ECU通信先到Autopilot，在接到网关，这明显增强了Autopilot掌握信息的优先级。另外从这图中看着看到一个小细节，大众和福特使用的是16路的SAE J1962的OBD口，而特斯拉采用的不是，其根本原因是电动车没有OBD或EPA法规要求，而福特特大众沿用了之前的方案，而特斯拉则摒弃了，换成独有的接口。


图5 福特Mach E的网络架构



图6 特斯拉Model Y网络架构


图7 大众ID.4的网络架构最后说到哪种架构最好，没有简单的答案，因为这取决于目标和约束。成熟的 OEM 有很多解决方案可以重复使用以降低研发成本，尽管它们不一定是最好的。特斯拉作为新势力，没有包袱，加上马斯克大胆的创新，造就了特斯拉成为行业标杆。


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