【導讀】人工智能正深度融入汽車電子電氣架構

，推動從域控製到區域控製的變革。智能執行器與微控製器、傳感器協同，讓開門、空調到自動駕駛都更智能高效。新架構降低係統複雜度
，提升數據處理能力
，為安全
、能效與個性化體驗奠定基礎，重塑未來駕駛。

智能執行器顛覆汽車技術

來源：意法半導體

引言：人工智能 (AI) 在汽車技術中的重要性

公眾往往會認為，自動駕駛就是汽車人工智能(AI)，這種認知隻是汽車人工智能的冰山一角，掩蓋了一場更深層次的看不見的技術變革：人工智能正在融入車輛電氣/電子架構的方方麵麵，這是一個複雜而精密的係統，所涵蓋的範圍遠不止自動駕駛功能
，還包括收集數據的傳感器
、實時處理數據的確定性微控製器，以及控製汽車安全關鍵型功能的執行器。

這場深刻的轉變不僅關乎車輛的“視覺”層麵，更在於人工智能如何從根本上重新定義從開門到自動駕駛的整個用車體驗。

現代汽車的基礎：電氣/電子 (E/E) 架構

電子電氣架構（圖1）gouchenglexiandaiqichedejichu，zhichiyuelaiyueduodejiyurengongzhinengdegaojigongneng。zaizhegexitongzhong，weikongzhiqiheweichuliqifahuizhezhiguanzhongyaodezuoyong，yinweitamenbixushishichulixinxi，bingjiangxunizhilingzhuanhuaweishijidongzuo。wulunshizidongjiashixitongdezhuanxiangcaozuo，haishidiandongzuoyitiaojie、空調控製，控製精確度和響應能力都依賴於數據處理器之間複雜的交互操作。

在汽車上，能夠處理數據的地方屈指可數
，尤其是執行人工智能計算和係統控製的處理器：

1. 微控製器 (MCU) 在汽車上處理數據，實現快速實時響應。例如，MCU 控製各種執行器
，監控關鍵部件的狀態，或在故障安全模式下接管車輛控製。

2. 微處理器 (MPU) 和圖形處理單元 (GPU) 處理更複雜的任務，例如
，圖像識別或高級數據可視化，為自動駕駛賦能，並提升用戶體驗 (UX)。

3. 數據中心，其中雲計算技術可以全麵完善數據分析和優化性能
，這對於遠程診斷和車隊管理等任務至關重要。

這種三層架構提供了一個完整的人工智能框架，徹底改變了整體用車體驗，凸顯了人工智能在下一代汽車發展中的漸重要的推動作用。

本文重點討論所謂的端點的複雜性，微控製器在其中發揮著至關重要的作用。

圖 1：區域化電氣電子 架構示意圖。該架構由四個區控製單元和一個控製高級駕駛輔助係統 ADAS

和信息娛樂係統的中央計算機組成。藍色/紫色圖形是端點設備，與區控製單元相連。

端點設備的複雜性：微控製器、傳感器和執行器的相互作用

在車輛架構中
，端點設備是指通常由小型、資源受限的元器件（例如，微控製器

、傳感器和執行器）組成的硬件係統。傳感器測量溫度、壓力、速度等物理特性；微控製器以最小的延遲實時處理傳感器數據
，並向執行器發出指令，執行器將電子信號轉換為物理動作，例如，轉向
、製動或加速。

每輛車都有很多端點設備
，這些端點必須實時同步地交互和通信。圖2以車門控製係統為例，說明了單個端點的複雜性。通常，每個車門都有一個這樣的端點，而整輛車則有很多端點（例如，車頂
、後備箱、照明等）。

示例：打開車門

打開車門等簡單動作涉及一係列複雜的事件，展示了微控製器

、傳感器和執行器之間的深度交互：

1. 車門內的超寬帶 (UWB) 傳感器檢測到車鑰匙的接近，同時微控製器處理傳感器數據。

2. 執行器解鎖車門
，實現無鑰匙進入。

3. 執行器展開後視鏡。

4. 指示燈閃爍
，向駕駛員發出視覺信號。

5. 迎賓程序啟動，例如，氛圍燈點亮，喇叭發出問候，車外照明燈點亮。

6. 數字駕駛艙激活，顯示有用信息。

7. 信息娛樂係統開始初始化，並通過藍牙/Wi-Fi 連接駕駛員的智能手機，準備個性化內容。

8. 空調係統開啟，提前打開冷風或熱風。

9. 記憶座椅通過多個執行器調整至預設位置。

10. 方向盤位置調整，方便駕駛員進入駕駛艙，然後調到預設位置。

11. 後視鏡根據存儲的偏好進行調整和校準。

這(zhe)一(yi)流(liu)程(cheng)鏈(lian)並(bing)非(fei)詳(xiang)盡(jin)無(wu)遺(yi)，且(qie)在(zai)不(bu)同(tong)車(che)型(xing)之(zhi)間(jian)差(cha)異(yi)巨(ju)大(da)，但(dan)是(shi)
，它(ta)凸(tu)顯(xian)了(le)眾(zhong)多(duo)分(fen)散(san)端(duan)點(dian)之(zhi)間(jian)複(fu)雜(za)的(de)協(xie)同(tong)操(cao)作(zuo)
，也(ye)反(fan)映(ying)了(le)汽(qi)車(che)製(zhi)造(zao)商(shang)麵(mian)臨(lin)的(de)更(geng)廣(guang)泛(fan)的(de)挑(tiao)戰(zhan)。

圖 2：采用車門控製係統的端點示意圖。圖示端點集成了多種傳感器、一個微控製器、十三 個執行器和其他電子元件
，

負責控製車窗升降機
、後視鏡調節電機、車門鎖等不同功能，凸顯了這種端點架構的複雜性。

汽車廠商麵臨的挑戰：應對現代汽車的複雜性

zaidakaichemenzheyangkansijiandandecaozuobeihou
，queyinzangzhechengkekanbudaodehoutaiyunxingdehenduofuzagongneng。rujin，qichechangshangkaishijizhongzhenghezhexiegongneng，jiexialaijiangzhexiegongnengbianchengkeyiruanjiandingyihewangluohua，fengfugongneng，yitishengyonghutiyan。zhezhongjijiangdaolaidefuzaxinggeiqichezhizaoshangdailailezhuduotiaozhan：

1. 隨著功能數量不斷增加

，為了確保不同的功能無縫運行，係統集成變得更加複雜。

2. 確保不同係統、不同供應商之間的兼容性至關重要，且極具挑戰性。

3. 需要新的架構來高效管理能源和充電係統。

4. 管理來自多個供應商的更新，同時確保可靠性是一項重大挑戰。

5. 創新、合規和成本的平衡始終是一項挑戰。

6. 市場要求開發周期越來越快
，同時產品質量不能受任何影響，這給車企帶來了保質交貨的壓力。

這些挑戰迫使車企重新思考並重塑其現有的電子電氣架構。采用分區控製架構在全球汽車製造業已成為一種趨勢。

利用人工智能和分區控製架構促進汽車創新

域控製架構轉向區控製架構

汽車行業正在從傳統的域控製架構轉向區域控製架構。在域控製係統中，每個控製域，例如，動力總成
、駕駛輔助
、信(xin)息(xi)娛(yu)樂(le)，包(bao)括(kuo)域(yu)內(nei)端(duan)點(dian)在(zai)內(nei)，都(dou)是(shi)獨(du)立(li)運(yun)行(xing)的(de)
，這(zhe)種(zhong)布(bu)局(ju)設(she)計(ji)導(dao)致(zhi)布(bu)線(xian)變(bian)得(de)複(fu)雜(za)
，硬(ying)件(jian)設(she)備(bei)冗(rong)餘(yu)。另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian)
，區(qu)域(yu)控(kong)製(zhi)架(jia)構(gou)將(jiang)汽(qi)車(che)分(fen)為(wei)多(duo)個(ge)物(wu)理(li)區(qu)，並(bing)將(jiang)多(duo)個(ge)單(dan)獨(du)的(de)域(yu)和(he)端(duan)點(dian)整(zheng)合(he)到(dao)大(da)型(xing)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)內(nei)，今(jin)天(tian)，這(zhe)些(xie)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)又(you)集(ji)成(cheng)了(le)人(ren)工(gong)智(zhi)能(neng)功(gong)能(neng)。這(zhe)種(zhong)架(jia)構(gou)的(de)好(hao)處(chu)是(shi)：

1. 降低布線複雜性和重量

2. 減少小型微控製器的數量，將其整合成更大的集成 AI 加速器的多核微控製器

3. 簡化軟件管理，減少代碼量 (LoC)

4. 賦能集中式數據處理，加快決策速度

5. 促進係統間高效的數據交換和協同操作。

yukongzhijiagouzhuanxiangquyukongzhijiagou，biaozhizheqichejishudezhongdazhuanbian，qizhong，yitaiwangbiaozhunfahuizheguanjianzuoyong。suizhexianqiandebiaozhunzhengzaizhubutuishi，yitaiwangzhengzaichengweixiandaiqichedehexintongxinguganwang。quyukongzhijiagoudechenggongshishizaihendachengdushangqujueyuyitaiwangjishudejicheng。

為了支持這一轉變
，意法半導體等領先的半導體製造商正在將多個以太網端口和嵌入式以太網交換機直(zhi)接(jie)集(ji)成(cheng)到(dao)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)內(nei)。這(zhe)項(xiang)創(chuang)新(xin)使(shi)汽(qi)車(che)製(zhi)造(zao)商(shang)能(neng)夠(gou)從(cong)根(gen)本(ben)上(shang)實(shi)現(xian)車(che)輛(liang)電(dian)氣(qi)電(dian)子(zi)架(jia)構(gou)的(de)現(xian)代(dai)化(hua)
，優(you)化(hua)數(shu)據(ju)通(tong)信(xin)
，並(bing)為(wei)人(ren)工(gong)智(zhi)能(neng)等(deng)前(qian)瞻(zhan)性(xing)應(ying)用(yong)奠(dian)定(ding)基(ji)礎(chu)。基(ji)於(yu)以(yi)太(tai)網(wang)的(de)架(jia)構(gou)不(bu)僅(jin)提(ti)供(gong)更(geng)高(gao)的(de)帶(dai)寬(kuan)，還(hai)提(ti)供(gong)滿(man)足(zu)現(xian)代(dai)和(he)未(wei)來(lai)車(che)載(zai)應(ying)用(yong)需(xu)求(qiu)所(suo)需(xu)的(de)靈(ling)活(huo)性(xing)。

應用示例：現代汽車中的人工智能驅動的執行器

新出現的人工智能應用越來越多地在運行在區域控製單元 (ZCU)上 ，這(zhe)些(xie)處(chu)理(li)單(dan)元(yuan)安(an)放(fang)在(zai)傳(chuan)感(gan)器(qi)和(he)執(zhi)行(xing)器(qi)附(fu)近(jin)，能(neng)夠(gou)有(you)效(xiao)縮(suo)短(duan)處(chu)理(li)延(yan)遲(chi)。今(jin)天(tian)的(de)數(shu)據(ju)收(shou)集(ji)量(liang)足(zu)以(yi)進(jin)一(yi)步(bu)加(jia)快(kuai)人(ren)工(gong)智(zhi)能(neng)的(de)應(ying)用(yong)普(pu)及(ji)，隨(sui)著(zhe)數(shu)據(ju)量(liang)的(de)增(zeng)加(jia)，人(ren)工(gong)智(zhi)能(neng)模(mo)型(xing)正(zheng)在(zai)不(bu)斷(duan)改(gai)進(jin)，例(li)如(ru)：

1. 異常檢測提升車輛安全性：人工智能模型可檢測數據模式和異常情況，實現實時監測和主動維護。

2. 動力總成和能源管理優化：人工智能模型驅動的係統可優化電池性能和燃油效率
，並適應駕駛條件。

3. 虛擬傳感器和傳感器融合：人工智能融合來自多個傳感器的數據，或模擬傳感器檢測，提升車身、底盤和熱管理係統決策的智能化水平。

4. 自適應處理：人工智能優化輸入輸出數據
，從而加快電池充電速度，提高發動機能效，並提升電機性能。

結論

人工智能正在重新定義汽車的電氣/電子 (E/E) 架構，將智能執行器置於核心位置

，徹底改變汽車技術。從打開車門、智能空調，到自動駕駛，人工智能為微控製器開啟很多全新的應用機會，讓駕駛變得更安全、更高效，並提升駕駛體驗。從域控製到區域控製架構的轉變，降低了集成複雜性，改進了數據處理性能
，並為預測性維護、優化能源管理和傳感器融合等創新應用奠定了基礎。

斷提升
、互操作性不斷增強，以及上市時間壓力等挑戰
，人工智能仍為提升車輛安全性、能neng效xiao和he用yong車che便bian利li性xing提ti供gong了le巨ju大da的de機ji遇yu。汽qi車che行xing業ye正zheng處chu於yu一yi個ge新xin時shi代dai的de開kai端duan，人ren工gong智zhi能neng不bu僅jin能neng夠gou改gai變bian駕jia駛shi體ti驗yan，還hai能neng塑su造zao未wei來lai的de綠lv色se環huan保bao汽qi車che。

作者信息

Yoann Foucher

意法半導體汽車微控製器戰略產品部總監

Dr. Florian Baumann

意法半導體技術顧問