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采用新技術不是目的，而是結果。到終點的路有很多條，但最短的路，往往隻有窄窄的一條。
本文将以特斯拉的電氣架構演變為切入點，深入分析技術需求是如何驅動車輛最底層的電氣架構發展的，以及基于半導體器件的電氣架構對汽車産業可能産生的影響。本文重點讨論傳統配電盒與電子化的智能配電盒的差別，并非說“電子化一定更安全”，而是說“安全的上限可以更高”。
為便于大家更好地了解，文中将普及一些基本的車輛電氣原理，包括保險絲、繼電器原理、半導體器件原理、車輛線束等。
筆者認為高等級自動駕駛技術率先落地的一定是商用車，而非乘用車。是以本文會将商用車電氣架構及半導體器件對其産生的影響一并進行分析。
在自動駕駛的發展需要保險絲的退場？一文中提到特斯拉Model 3作為全球第一款引入了區域架構的量産車型，已經徹底取消了在車上用了上百年的低壓保險絲和繼電器，這是一個極其大膽的創新設計。
前文也提到了，筆者認為，特斯拉取消低壓保險絲和繼電器，是在其整車電子電氣架構設計下自然而然的結果，是結果而非目的。今天我們将就此做進一步的分析。
一．特斯拉電子電氣架構的演變
車輛電子電氣架構的演變及趨勢，現在大家都讨論得比較多了，我們不再贅述。特斯拉的架構演變基本也遵循了這個方向，隻不過特斯拉量産的速度更快而已。
2012年6月，第一輛Model S下線，已經有了較為明顯的域劃分，包括動力域、底盤域、車身域，ADAS子產品橫跨動力和底盤域，Center Display作為車輛的中央計算平台。2015年9月，第一輛Model X下線，拓撲沿用Model S，對鷗翼門相關功能增加了網絡節點。
2017年9月，第一輛Model 3下線，這個電子電氣架構已和傳統的分離式網絡架構截然不同，不再區分域，而是跨域融合跨網段融合，采用中央計算機集中控制，這基本上已經達到了博世認為的區架構了，日本經濟新聞認為這已經“領先行業6年”。
特斯拉在電子電氣架構上面的激進式創新，雖然是特斯拉的一貫風格，但最根本的原因，還是因為傳統域架構已無法滿足自動駕駛技術的發展及未來“SDV軟體定義汽車”需求，這都需要軟硬體解耦，需要強大的硬體作為基礎，否則SDV就無從談起。
特斯拉的架構發展過程，也是功能再配置設定的過程，在這個過程中，特斯拉不斷地把功能從Tier 1手中拿過來，再自行開發，其中最典型的就是iBooster，特斯拉也對其進行了修改，加入了特斯拉的政策進去，特斯拉這種能力與膽量是其他OEM很難望其項背的。而到了Model 3，包括自動駕駛及娛樂控制子產品、FBCM、LBCM、RBCM、熱管理等全是特斯拉自主設計開發的，特斯拉的架構有以下優勢：
主要子產品全部自主。沒有Tier 1，特斯拉可以從整車電子電氣系統架構層面進行大幅度的設計和創新。
沒有自主的子產品，很多也進行了聯合開發。比如ibooster，特斯拉就可以直接通過OTA改善刹車距離，而不需要經過博世。這個傳統OEM極難做到，因為風險很大。
引領“硬體預埋+軟體付費”模式。硬體功能極其強大，為“SDV軟體定義汽車”要達到的軟硬體解耦打下了堅實的基礎。
硬體抽象，功能被從獨立控制器中“抽出”，集中到Center Display中。從功能角度看，軟硬體實作了分離，這種“虛拟硬體”可以随着需求的變化被軟體重新定義，而不用修改硬體本身。
區架構實作了跨域、跨網段，完全打破了傳統車輛設計概念，靈活性更高，可定義性更強，系統成本更低，疊代速度更快。如特斯拉的 Model 3的FBCM，既負責配電，還負責一些左前燈控制、空調控制、熱管理等功能，橫跨了傳統的車身、座艙、底盤及動力域。
在全新架構的加持下，基于特斯拉無與倫比的OTA技術，特斯拉的車就變成了一輛“有生命的車”，每次OTA過後都是一輛新車，能給使用者帶來新的刺激，做到了常用常新。
回到主題，特斯拉為什麼要幹掉保險絲和繼電器？這與特斯拉的電子電氣構架演變到底有什麼關系？不要着急，相信等大家看完全文後就會有自己的答案。
鑒于很多做自動駕駛的小夥伴們可能不太了解車輛電氣系統，為了幫助大家更好地了解接下來我們要講的内容，我們先來簡單地介紹一下車輛電氣的基本原理，這部分稍顯枯燥，但有助于大家了解後續部分的分析。
二．汽車電氣基本原理
1. 車輛電力的來源：啟動狀态下是發電機（新能源車是DC-DC，高壓電池轉到低壓12V/24V）和蓄電池并聯供電，非啟動狀态就是蓄電池單獨供電。實際上車輛啟動後，就算你把蓄電池拆了，車輛功能是基本不受影響的，這可以了解為，蓄電池沒電時，通過搭電（專業的詞叫跳線啟動，jump start）啟動後，你的車也可以正常工作。
2. 車上的電氣根據使用要求,定義了不同的電源接通狀态，一般是按點火開關檔位劃分(OFF、ACC、ON、START）——現在車的點火鑰匙基本都沒有ACC檔，但ACC電還是存在的。就比如你鑰匙沒打到ON檔時，車窗是不能調節的，這是功能限制；但你關了鑰匙，隻要不拔出來，音樂還可以播放，這是人性化設定；你啟動的瞬間，車窗升降會停一下，雨刮如果在刮，也會停一下，這是節省蓄電池電力給起動機使用。
3. 不同的電源屬性是通過配電盒裡面的繼電器來控制的，這種邏輯在設計之初就是确定了的，很多是硬線控制的，通過軟體是無法更改的，就像你把鑰匙從ON檔打到OFF檔後，很多功能就不能用了，因為沒電了。除非改線，否則邏輯是不能改的，也就是說，這部分功能是不支援OTA的。
4. 保險絲的作用是保護電線，說白了就是防止電線短路時燒起來，最後把車給燒了。有些小夥伴可能認為保險絲是保護用電裝置的，實際上這種認識是不對的。就像你家電鍋壞了導緻跳閘，你以為是為了保護你的電鍋嗎？不是，電鍋燒壞買新的就是了，如果牆裡的電線燒了，你就要砸牆了，你覺着哪個劃算？
5. 保險絲和電線是要比對的，是要做校核的，多大的保險絲就配多粗的電線。搞過房子裝修的人應該都知道，空調線是要粗一些的，插座比普通的要大。如果你線走得細了，最後燒線了，可能是要砸牆的，不過放心，你的空調肯定不會壞。
6. 每條線路中都有保險絲，但并不是每條線路都能獨立受控。一般保險絲數量是繼電器的2倍以上，也就是說，保險盒至少有一半的線路是不受控的，記住這一點，後面要考的。
7. 繼電器的作用就是我們國中實體學的，弱電控制強電，當然，這裡的強電不是電壓高，而是電流大。車上的ECU受驅動能力限制，一般不能直接驅動大功率負載，它隻輸出控制信号，通過配電盒中的繼電器來控制負載工作。有些ECU自帶了PCB繼電器，可以直接驅動負載，但一般不帶保護，保護還是要通過配電盒裡的保險絲，這就要額外的電線，這點後面會詳細講。
8. 保險絲和繼電器都是被動元件，是沒有狀态監控及故障診斷的，保險供電和繼電器控制也都是開環的。就像你的植物神經系統，腦神經系統是無法對它進行監控和控制的，你無法讓自己不呼吸，你也不知道你的消化狀态和血壓。是以，想象一下如果你能控制自己的呼吸、心跳、血壓、和消化，你是不是就變成超人了。同理，你的車呢？
9. 車上還有一種電源，我們稱之為常電，即KL30，直接通過保險絲接蓄電池，不受任何控制，永遠有電，除非拆掉蓄電池。一直搞乘用車的小夥伴們可能不知道，商用車的常電分兩種，一種和乘用車一樣，直接接蓄電池；還有一種是總閘常電，即使在OFF檔，打開總閘就有電。當然停車後是要關掉總閘的，否則可能下次就打不着火了。
10. 蓄電池電量總是有限的，是以需要對非啟動狀态進行嚴格的用電管理，防止蓄電池電量過快消耗。
11. 接常電的用電器，在車輛停車落鎖後，都必須進入休眠模式，此時整車耗電（靜态電流）需要控制在極低的水準，以滿足長時間停車後還能啟動的要求。一般乘用車OEM要求整車15mA～20mA以下，正常放2～3個月後是能夠啟動的，是以不用擔心你的車放了一個月會不會啟動不了，這個OEM已經幫你想好了。
12. 即便是新能源車，有容量龐大的高壓電池，但停車下高壓後，整車用電就來自于蓄電池了，如果車輛停放一段時間後蓄電池虧電，車輛也是無法啟動的，是以新能源車一般也有嚴格的休眠電流要求。
也許你要問了，那為什麼新能源車不能在蓄電池沒電時自動啟動高壓電池，給蓄電池充電呢？這個主意非常好，恭喜你，你和擁有“第一性原理”的馬斯克想到一塊兒去了，但似乎除了特斯拉，還真沒人這樣做，這個我們先略過不談，随後再詳細分析。
三．兩種不同的電氣架構
（一）傳統車輛的電氣架構
我們先來看一下傳統乘用車的電氣架構。
傳統車輛一般有2～3個配電盒，其構造極其簡單，屬于傳統的電氣件，沒有一點電子的東西，看起來傻、大、黑、粗，裡面就是連接配接器+銅片+保險絲+繼電器，一點都不高科技，隻要你國中實體沒還給數學老師，我保證電氣原理圖你肯定可以看懂，否則修車店也不好給你維護不是嘛。
話不多說，我們先上圖，畢竟沒圖沒真相嘛。下圖是一個乘用車的發動機艙配電盒，屬于整車的一級配電，車上所有的電源都需要經過它，就像小區的變電站的配電櫃，每家每戶的電都來自這裡。
乘用車發動機艙配電盒（來源：網絡）
圖中我們可以看到，傳統配電盒真的就是一個配電盒，名副其實，就是實作整車電源配置設定功能的一個盒子，純電氣性質的，沒有電子元件，不可程式設計，功能一旦設計完成，就不可更改。
從上圖我們可以看到，一共40個保險絲，19個繼電器，功能包括：ON檔、空調壓縮機、鼓風機、除霜、儀表、車窗、雨刮、喇叭、燈光、油泵、變速箱、刹車等幾乎所有功能，保險爆一個，你的車可能就要趴窩。
備用保險及保險夾
車輛OEM很貼心地把保險盒的所有功能都印在了保險盒蓋子裡面，簡潔明了，連位置地圖都給你對應好了，即使小白也能一看即懂，邊上還有備用保險，甚至還有個取保險的小夾子，就是為了友善當你的車壞在荒郊野地，在你打電話救援的時候，救援人員讓你看看某個保險是不是壞了，取一個備用的換上試試。一開始你肯定焦急萬分，無從下手，束手無策，但當你把保險盒蓋子翻過來的那一刹那，你一定會如獲至寶，感激涕零。瞬間一股對某OEM的信仰之情從心底冉冉升起:“這車的設計簡直太好了，太人性化了，我下次買車還買他家的。”
先别急，你再看看别家的，其實每家保險盒都是這樣的。
下面我們再來看它的電氣原理，你隻要國中實體還沒還給老師，應該就能看懂。
乘用車發動機艙配電盒電氣原理簡圖
直接經過保險絲出來的就是常電KL30，受繼電器控制的各有各的邏輯，一般點火鎖直接控制OFF、ACC、ON、START，帶一鍵啟動功能的就是由PEPS子產品來控制，但都是通過繼電器，原理不變。
一級配電後面還有二級配電，一般位于駕駛艙，是以也叫駕駛艙配電盒。這個盒子比較小，保險絲多，繼電器很少。由于是二級，壞的機率小一點，易接近性設計就不那麼好，非專業人士不是那麼容易找到。二級配電就像你家裡入戶門口的配電盒，你家的線路出問題，你家的配電盒會跳閘，但不會影響到小區的配電，也就不會影響别家的用電。
由于配電盒裡面全部都是電氣件，沒有電子部分，沒有通信，這就導緻無論保險絲還是繼電器，全部都是沒有故障診斷的，控制也是開環的。配電盒對整車來講就是一個黑盒子，無法監控，無法診斷，隻要你沒有發現故障，那就沒有故障。
是以如果你在路上發現一輛車的大燈隻亮了一個，那真的有可能是駕駛員根本不知道有一個燈壞了。因為無法診斷，儀表就無法提醒他燈壞了一個。但如果可以診斷聯網，APP主動提醒你并且已經幫你預約好了附近的維修點，那感覺是不是立馬就不一樣了？瞬間你就覺着“這錢花的太值了，軟體付費真香，明年接着續費”。
（二）特斯拉Model 3的電氣架構
好了，說完了傳統架構，我們再來看一下特斯拉的電氣架構，看它到底牛在什麼地方。
Model 3電氣原理簡圖
相較于傳統的配電架構，特斯拉的架構方案有以下優勢：
雙供電電源+雙接線柱輸入的高可靠性。兩個輸入電源從兩個獨立的接線柱進入FBCM（VCFront），而傳統配電盒是單線輸入的，特斯拉的方案可靠性明顯更高。
基于半導體器件的雙供電的高可靠性。對于雙電源設計（包括雙電源輸入和雙電源輸出）的單路開路故障，安全性方面，半導體設計和保險絲是一樣的，但對于單路短路故障，半導體器件的保護動作速度遠高于保險絲，是以也就更安全，這在上篇文章“幹掉保險絲和繼電器，自動駕駛才能更安全”裡有詳細說明，在此不再贅述。
控制和執行的融合。淡化了配電盒的實體概念，FBCM、LBCM和RBCM本身即是一個ECU，同時也是起到了配電盒的作用，這二者功能進行了融合，BCM可以直接控制任意負載了，這個意義極其重大，我們随後還會再詳細分析其帶來的影響。
保護和控制的融合。基于半導體器件的配電帶來的另一個優勢就是，線路保護和控制融合了，保護即控制，控制即保護，這個意義也極其重大，我們稍後再展開分析。
保護和控制的融合帶來的另一個優勢就是，每條線路都變得可以獨立控制了，也就是說，可以針對每條線路單獨程式設計控制了，這個意義也極其重大，記好了後面要考。
診斷功能。基于半導體器件的配電帶來的另一個優勢就是，原來開環的電路，現在可以做到閉環了。每一條線路都是可以監控，可以診斷，且資訊可聯網。
好了，架構部分大概講完了，接下來我們詳細分析基于半導體器件的配電技術取代了保險絲和繼電器後，都帶來了哪些改變。但在此之前，為便于大家了解，我們還得先普及一些基本概念，我盡量講解得通俗易懂，相信大家看了會有所收獲。
四．保險絲及繼電器的基本原理
（一）保險絲的基本原理
1.保險的基礎特性
車載保險絲規格及其熔斷特性（來源：Little，英飛淩）
從上圖我們可以看出來保險的一些基礎特性：
(1).保險絲分快熔和慢熔，車上用的小片式都是快熔的，電流小；盒式和闆式都是慢熔的，電流大。
(2).保險絲是依靠在故障時發熱熔斷來進行線路保護的，是一次性的，不可自恢複的（自恢複保險成本極高，乘用車極少使用，我們抛開不談），熔斷後需要更換。
(3).保險絲規格是不連續的，如常用的5A，7.5A，10A，你想要8.5A，對不起，沒有，你隻能往上靠，用10A的保險；就像你買三責險，50萬，100萬，你想要個70萬的就沒有，隻能買100萬的。
(4).保險絲規格決定了保護電流，如安裝了5A的保險絲，就絕對不要超5A，實際用電要比5A低好多。就像你買了50萬保險，就絕對不要去挑戰幾百萬的豪車，畢竟超過50萬的部分是不賠的，當然你要買了300萬三責險，當我沒說。
(5).保險絲依靠過流發熱熔斷保護，熔斷時間随電流變化極大；以快熔片式保險絲為例，200%電流最長5s熔斷，350%就是0.5s了，快了10倍。
(6).由于保險的保護是靠發熱，那保護時間就是随環境溫度變化的，外面越熱熔斷得也越快，導緻保護很不精确；還以快熔片式保險絲為例，200%額定電流的熔斷時間從0.15s到5s不等。
(7).保險隻能保護短路，對過流故障幾乎不起作用。不知道你發現了沒有，所有的保險絲對110%的電流都是不保護的，比如10A的保險絲，你給它11A的電流它就永遠不保護。
(8).短路電流無限制，這會導緻兩個問題：一是電源電壓會瞬間被拉低；二是會打火，如果有可瓦斯體就會有危險。
(9).按I2t壽命一般在10萬次左右。
2.保險的應用設計
（1）再重申一遍，保險絲是用來保護線束的，而不是保護用電器的。
（2）保險設計是車輛電氣設計的第一步：根據負載特性定保險絲；根據保險絲定線徑；根據線徑設計整車線束。就像你裝修房子，定了空調放在哪裡，裝修公司才能給你走線。
（3）保險的裕量有四部分構成：基礎降額25%，負載不同可能降得更多；溫度範圍，發動機艙高溫，再降額10%；計算結果向上靠近，算出來後沒有這個值，就隻能向上靠；考慮I2t，可能再升一檔，用更大的保險絲，否則壽命不允許。你讓使用者6、7年換次保險問題不大，你要讓他2年就換他肯定會罵你。
（4）商用車由于車身很長，一根線從前到後可能十幾二十米，還需要考慮“長導線效應”導緻的保險失效，避免發生短路電流不足以讓保險熔斷，導緻持續發熱，然後線束燒毀的事故。
（5）基于這麼不靠譜的保護特性，設計時就要給它留足裕量，裕量留小了容易熔斷，用起來就很不可靠。就像我去年買車險，保險公司說現在豪車太多了，一線城市起步都買200萬三責了，買少了你上路開着心裡也不踏實。保險熔斷了換一個就好，不值錢；撞了豪車，資金鍊“熔斷了”那可就麻煩大了，是以我就買了200萬的。
（6）保險值選好了，接下來就是比對線徑了，這個和選保險絲一樣，也要留足裕量。保險小，線大，出了問題就燒保險；反之保險大了，線小了，那出了問題就是直接燒線，甚至燒車。換你是設計人員，你怎麼選，你說那簡單啊，我把線設計的足夠粗不就沒問題了。那你先問問項目經理允許不允許？導線規格大一号，價格可不止翻一倍啊！這可不是50萬三責到200萬，保費沒貴多少。
（7）好了，問題來了，保險要夠大，線又要夠粗，你怎麼辦？還能怎麼辦，一是靠經驗，二是靠計算，三就是靠測試驗證了。想想OEM的電氣設計工程師，為此又掉了多少頭發？
保險絲、線徑和電流的關系（來源：博世）
最後我們來對保險絲做一個總結：
（1）技術悠久，可靠性夠用；
（2）使用成本低，一個保險片一毛多錢；
（3）使用簡單，但是設計複雜，電氣設計效率低，設計更改成本高，試驗驗證周期長；
（4）雖然保護不精确，但是夠用，設計好了就沒啥問題；
（5）熔斷後需要更換，需要“易接近性”設計，以友善維護；
（6）保險絲裕量大，線束裕量更大，導緻線束成本高；
（7）無法監控，無法診斷，隻要不影響使用，保險燒了你可能都不知道；
（8）保險絲和線必須比對。是以大家的車保險燒了不要亂換，一定要用規格一樣的，換小了容易燒保險，換大了燒車
綜合以上分析，大家可以看到，保險雖好，且用且珍惜吧！
（二）繼電器的基本原理
1.繼電器的基礎特性
繼電器本質上就是一個用小電流來間接驅動大電流的機電器件，它曆史悠久，使用廣泛，簡單易用，成本合适。
話不多說，我們上圖。下面是一款繼電器的壽命參數，及繼電器的溫升曲線。
Tyco一款車載Plug-In繼電器（來源：Tyco）
繼電器内部溫升與線圈電壓、帶載電流的關系（來源：英飛淩）
繼電器的負載降額（來源：NXP）
從上圖我們可以看出來繼電器的一些基礎特性：
（1）繼電器電氣壽命遠低于機械壽命，也就是說，繼電器壞的時候都還是能動的，但是不通電了。你能聽到它啪嗒啪嗒響，但是車卻壞了。
（2）因為有20萬次壽命限制，發動機艙繼電器設計的都是可更換的。
（3）繼電器的溫度取決于三部分：環境溫度、觸點發熱、線包發熱。
（4）繼電器根據使用環境溫度需要降額。
（5）繼電器根據負載不同需要進行不同的降額設計。
（6）需要來自ECU的控制線，輸出線再拉到用電裝置，這增加了線束回路，增加了成本。
（7）開環控制，無法監控，無法診斷，壞了你可能都不知道。
（8）商用車由于線束很長，受長導線雜散電感影響，繼電器切換會産生一些高壓脈沖，會對其他電子裝置産生過壓危害，影響整車EMC性能。具體我們會在下篇文章《自動駕駛商用車需要什麼樣的電氣架構》裡進一步讨論。
（9）有“Dry switching”問題，設計不好會影響使用壽命，且前期很難發現這個設計問題。其本質就是繼電器的觸點在切換時，尤其是釋放時，要求有一個最低電流，以保證能夠産生一個電弧去清潔觸點的接觸面。沒有拉弧會影響壽命，拉弧太大也會影響壽命。
（10）繼電器的設計應用相對簡單，一般根據以往經驗及繼電器供應商推薦使用問題不大。
五．基于半導體器件的配電技術基礎
其實，在燈光類負載、繼電器線包等車輛的小電流負載控制方面，基于MOSFET的HSD晶片（High side switch高邊開關）早已廣泛應用，但受限于HSD晶片的成本及技術發展速度，車載大電流負載控制仍在使用傳統的繼電器。
乘用車配電技術發展趨勢（來源：NXP）
傳統保險絲和繼電器都屬于機電件，屬于材料和機械電氣結合的領域，而基于半導體技術的MOSFET和HSD晶片則是電子器件，二者是有本質的差別的，其差異比諾基亞的功能機到蘋果的智能機還大，類似于植物和動物的差別。
基于半導體器件的配電方案根據應用場景有兩種：
1.驅動晶片+ MOSFET分立方案。這種方案的複雜度高很高，突出表現在：電流檢測難度大，電路保護複雜，診斷功能複雜，保護功能少、保護速度慢、保護政策複雜。該方案的綜合成本較高，适用于大電流場合。目前車載應用較少——車載大電流應用還是以保險絲+繼電器為主。
2.HSD智能高邊開關內建方案，單晶片內建了驅動+MOSFET+電流檢測+熱保護+電壓保護+EMC+各種診斷。此方案10年前已開始普及，至今仍限于小電流負載應用（
特斯拉的FBCM中大量使用低RDS_ON（即低導通阻抗，大電流）的MOSFET用于電源配置設定，總數在50顆以上，小電流采用了英飛淩的HSD晶片，而作為二級配電的LBCM中則隻用了20顆左右的MOSFET。可見特斯拉是根據情況，大電流采用方案1，小電流采用方案2.
下面是英飛淩對于晶片取代繼電器進度的預測：
HSD/繼電器電流-成本與替代速度（來源：英飛淩）
未來的方向肯定是基于單晶片方案的智能HSD，随着技術的進步及成本的下降，應用範圍會逐漸擴大到車輛的整個電氣系統，但個别極大電流應用仍将采用驅動+MOSFET的分立方案，整車電子化的時間據估計在2025-2030年之間。
目前，智能HSD晶片的供應商主要有以下幾家：
1.Infineon英飛淩 其前身是西門子半導體部門。英飛淩的型号最全、系列最多、應用最廣泛。從經典系列到5系、7系，涵蓋了乘用車12V和商用車24V應用，目前市場應用最廣泛的HSD晶片非英飛淩莫屬。
2.ST意法半導體 同為老牌車載晶片廠家，除英飛淩外型号最全、系列最多，從 5系到7系，涵蓋乘用車及商用車，市場排名第二。
3.NXP恩智浦 老牌車載晶片廠家，HSD産品線來自于原Freescale，最早可追溯到Motorola摩托羅拉，技術實力雄厚，晶片設計獨辟蹊徑，通用産品很多是從定制化産品轉過來的，名字可能都不相同，屬于你沒怎麼見過、但實際用得很多的那種。産品系列很全，涵蓋乘用車及商用車。
4.TI德州儀器 隻要搞電子的沒有不知道他家的，模拟器件世界巨頭，從消費、工業到車載，你都繞不過他家的産品。HSD作為用量巨大的車載晶片，TI怎麼舍得這塊肉呢，于是從2014年便開始陸續推出其HSD産品，目前晶片系列已逐漸完善，但還限于12V乘用車（商用車量還是太小了）。
5.Onsemi安森美 1999年從摩托羅拉的半導體部門分拆成立，2016年，安森美收購了Fairchild仙童半導體，沒錯，就是你知道的那八個天才創立的公司，“摩爾定律”也是他們提出的，後來才有了Intel、AMD、矽谷。扯遠了，Onsemi的HSD型号較少，且主要集中于小電流，算是一種設計補充吧。
講到這裡你有沒有發現，全是歐美公司，甚至車載晶片大國日本都沒有一家！因為HSD的基礎是車規級MOSFET，而Infineon和ST有很好的車規級MOSFET基礎，HSD晶片是一種數字+模拟的技術，對晶片工藝要求很高，晶片的車載應用場景很惡劣，對可靠性要求很高，是以不像其他類型的晶片，全球能做的廠家很少。
另外，商用車由于量小，不到乘用車的一半，中國在1/4左右，是以除了Infineon、ST和NXP，其他家沒有涉足，且這幾家最近都沒有新産品計劃。
六．基于半導體器件的配電技術帶來的改變
1.功能更豐富
單個HSD晶片即可取代1個保險絲加1個繼電器，同時實作可控開關和線路保護及診斷功能，且功能更多、更智能、更可靠、更小、更輕。
HSD晶片=繼電器+保險絲
下表是具體功能對比：
功能對比
強大的保護功能和診斷功能是可靠性和智能化的基礎，通過基本功能的對比，小夥伴們有沒有發現，基于半導體器件的智能配電盒和傳統配電盒根本就不是一個物種？雖然都叫配電盒，但其本質卻完全不一樣，其差異大概比諾基亞的功能機和蘋果的智能機還大。
2.性能更強
說完了功能我們再看性能，話不多說，上對比表。
性能對比
從性能對比我們可以看出來，基于半導體器件的智能配電盒，無論是從壽命、使用難度、溫度範圍、應用範圍、開關速度、保護速度等，其性能均全面碾壓傳統配電盒。這是電子技術對傳統機電技術的碾壓，是智能網聯時代對工業時代的碾壓。
3.EMC性能
上面的性能對比我們提到了EMC，在這裡還是要單獨列出來講一下，估計小夥伴們都比較關注這一點。
對乘用車來講，目前電動化的勢頭很猛，搞電動車的小夥伴們都知道，電動化後高壓系統會帶來很多的整車EMC問題，相比之下，配電盒這點EMC可能就是小問題了，但我們能解決一點就解決一點。
傳統配電盒的EMC主要由于保險絲保護時的瞬時熔斷和繼電器動作時的彈跳，經線束電感産生的，ISO7637-2對此有專門的試驗要求，12V系統最高電圧可以達到220V。
電流中斷和電源切換導緻的幹擾（來源：ISO7637-2）
下面我們看一下繼電器吸合時的彈跳，可能很多不了解繼電器特性的小夥伴們覺着繼電器不就是“啪嗒”一下就吸合上了嗎？這樣想你就“圖樣圖森破”了，牛頓他老人家的棺材闆也壓不住了，隻要是物體運動你就得遵循牛頓定律不是？繼電器觸點作為彈性體，啪嗒一下撞上去它肯定是要反彈的啊，它刹不住啊。從下面波形我們可以看到，它還反彈了好幾下才停住，這種極快的開關，通過線束就會對系統産生極大的EMC幹擾。
繼電器觸點彈跳波形（來源：英飛淩）
由于商用車線束普遍更長，這個影響就更大了，而且商用車還有一些其他問題，我們會在下篇文章“自動駕駛商用車需要什麼樣的電氣架構？”裡面具體讨論。
4.可靠程度更高
關于可靠性，參見“幹掉保險絲和繼電器，自動駕駛才能更安全”這篇文章，這裡不再贅述。
關于雙供電的可靠性，包括雙電源輸入和雙電源輸出，這一點大家比較關注，我們再多講一下。
傳統配電盒架構
特斯拉Model 3配電盒架構
傳統配電盒實作雙電源與特斯拉的差異如下：
（1）針對單路開路故障，兩者基本等效，任意一個電源失效，都不影響供電。
（2）針對單路短路故障：
傳統設計是雙電源并聯輸入配電盒，電源輸入就一個接線柱，短路可能導緻供電失效；而特斯拉是兩個電源接線柱，可靠性明顯更高。
傳統供電即使雙線進入配電盒，并加雙保險，因保險保護速度問題，電源可能會瞬時被拉低到欠壓，導緻供電故障。自動駕駛Tier 1大多要求供電支路故障快速關斷，隔離時間在100 s左右，保險絲顯然無法做到，而半導體的保護動作速度可以快至10 s級别。
特斯拉采用雙電源經MOSFET隔離後并聯設計，是可以實作故障隔離的。針對輸出單路短路故障，特斯拉的方案隔離時間可以更短。
Model 3全新的電子電氣架構中，其電源配置設定架構及負載控制全部采用半導體器件，電源配置設定架構充分考慮了目前高度自動駕駛輔助系統供電及控制功能安全所需要的電源備援要求。例如其12V電池的電源（BATT+）和高壓DC/DC子產品輸出的12V電源（DC/DC IN）組成電源輸入備援，EPS輸出也有備援（EPS1和EPS2） 。
5.可程式設計
上面我們分析特斯拉架構時提到了，HSD實作了保護和控制的融合，保護即控制，控制即保護，這将帶來兩大優勢：
配電盒将不再是配電盒，原來大部分的配電功能，現在全部更新成可控功能，那就是說，配電盒可以作為控制器來用了，配電和控制也融合了。
每路單獨可控就表示每條線路都支援單獨程式設計控制了，這個意義極其重大，這就是“軟硬體解耦”，加上OTA就是實作SDV的基礎啊，而這個基礎，Model 3已經打下來了。
6.長壽命，免維護
長壽命這一塊兒我們在上篇文章裡講可靠性時專門講過，不再贅述。正是因為半導體器件的這種特性，特斯拉的三個BCM全部都是全密封設計的，沒有工具你是打不開，也就是說，非專業人士是無法進行維護的，普通人打開了你也看不懂，修車的也根本修不了。
基于半導體技術配電盒的免維護特性
加上純電車相比燃油車無需更換機油機濾等，保養周期本來就更長，這下連保險盒都免維護了，是以特斯拉連4S店都省了。
免維護帶來的另一個好處是配電盒不需要“易接近設計”了，這對整車設計來講更友好了，從另一個角度來講就是，整車設計更簡單了，零部件布置更靈活了，效率更高了，速度更快了，成本更低了。
你看，是不是很“馬斯克”？處處透露着“第一性原理”的“效率”和“成本”。沒在車廠呆過的小夥伴們可能不了解，作為布置工程師，每天不是正在和别的部門“撕”，就是在去“撕”的路上，設計限制少了，他們頭發就能少掉幾根。
7.防護等級提高，更安全
上面講到了免維護，這會帶來另一個好處就是：配電盒的設計可以做到全密封設計，防護等級更高。比如原來配電盒就是一個塑膠盒，一個塑膠蓋子蓋上，幾個卡扣，防護可能隻到IP54，現在我就全密封，一下就到IP67或IP69了，這樣即使發動機艙進水都沒問題，可以保證整車供電安全，對電車來講這一點尤其重要。對使用者來講就是涉水後配電盒不會壞了，這就降低了維修成本。
8.節能化、小型化、輕量化
性能對比裡面我們提到了能耗、重量和體積，但沒有具體給出對比，在此我們詳細講一下。
我們先來看一下器件級的功耗對比，可以看到，同等條件下，單個智能開關功耗基本上可以降低2W左右，一輛車按10個計算，功耗就在20W左右了。
Plug-in繼電器與智能開關功耗對比（來源：英飛淩）
我們先看一下器件級的尺寸和重量對比。器件級的小型化及輕量化是配電盒小型化及輕量化的基礎，據筆者了解，同等功能下，智能配電盒的體積可以降到傳統配電盒的1/2左右，重量降到1/3左右。不知道大家是否感受過傳統配電盒的重量，一般都有六七斤，拿起來很重。而數字化後，即便是金屬殼體（傳統是塑膠殼體），也會輕很多。
重量及尺寸對比（來源：右圖-英飛淩）
現在大家都在講節能減排、碳中和、設計輕量化，電子化的智能配電盒在這個方面具有了非常大的優勢。下面是英飛淩基于歐盟碳排放标準計算的系統層面的成本節約。
基于歐盟CO2法規的成本計算（來源：英飛淩）
9.可診斷，可聯網
電氣件電子化以後帶來的另一個優勢就是可監控、可診斷，控制閉環。原來是個黑盒子，現在變透明了，就像你突然能感覺自己的心跳和血壓了，植物神經接入腦神經了，是不是想想都刺激，那還要智能手表和血壓計幹嘛。
可診斷的意義可大了去了，整車每一路的電流、電壓都能随時監控，HSD的電流檢測精度能做到5%甚至更高，負載工作狀态一目了然，這再加上大資料和AI，是不是想想都讓人心潮澎湃？真的是未來無限可能。不管你想做整車能量管理，還是電平衡，還是故障診斷，故障預警，那都是你說了算，你的地盤聽你的。
當然了，聯網後的資訊安全是必須要有的，否則被黑客控制了就麻煩大了，這樣想想還是傳統技術安全啊！
10.精确的供電管理
每路單獨可控後，你就可以做精确的供電管理了，這可比傳統的配電盒分了幾個ACC、IGN1、IGN2、START進階多了，你說你想怎麼玩兒吧，是電量不足的時候自動給哪些負載斷電呢，還是停車後想遠端控制哪些功能，這都由你說了算，你的地盤聽你的。
當然了，有些功能可能需要付費開通，這就又和特斯拉的“硬體預埋+軟體付費”聯系起來了，作為OEM是不是又發現了一點商機呢？
當然，“凡事皆有代價”。說到這裡順便就再提一下特斯拉的特色：停車後要實作一些功能是要付出代價的。
前文我們講過，傳統車是有極其嚴格的靜态電流要求的，整車下電後靜态電流在15mA左右，新能源車停車後高壓是下電的（打到OFF檔後高壓就切斷了），但特斯拉就說我偏不，我要不走尋常路，我停車後高壓也不下電——特斯拉的BMS有一個特殊設計，可以從高壓電池取電，變成低壓12V供整車使用，這就保證了蓄電池不虧電。
特斯拉為此付出的代價就是哪怕車停着不動，高壓電池每天電量也需要掉1%左右。也許你會問，這不會把高壓電耗光嗎、，當然啦，特斯拉也做了相應的政策——當電量低于20%時，有些功能就會被禁掉了。是以說，特斯拉是“膽大心細”。
11.供電時序可控
傳統配電盒的供電時序基本上是死的，設計成什麼樣就是什麼樣，後期就不好改了；但每路單獨可控後，供電時序和下電時序都可以做到完全可控了，且可程式設計，可OTA了。
12.疊代速度快、更改設計成本低
基于以上分析我們可以發現，傳統配電盒功能固定、不可更新，設計時需要對線束裕量進行校核，設計驗證複雜、計算多、試驗周期長、更新疊代速度慢，為保證不同車型及配置的相容性，導緻需要大量預留（從配電盒圖檔能看出來有大量空置保險絲及繼電器位置預留），以上原因導緻了設計複雜度增加，設計成本高，使用靈活性差。
幹汽車電子設計的小夥伴們是否也有這種感覺，如今的技術疊代速度太快，手機每年一換，自動駕駛晶片算力突飛猛進，而汽車電子子產品的開發速度還是需要一年以上，開發完成就能持續用上七八年，中間基本不帶改的。
之前我們就談過，傳統OEM是有很沉重的曆史包袱的，按以往的經驗，子產品及平台的共用可以顯著降低車輛成本，保證了車輛的可靠性，但同時也導緻了牽一發而動全身，任何的更改都需要很謹慎，改起來也很困難，周期很長，涉及面很廣，成本也很高。
傳統配電盒作為一個純機電件，因為沒有軟體，基本談不上疊代，隻要需求變化，就需要更改設計，這就導緻一方面設計驗證需要周期，另一方面就是新增成本；而配電盒電子化以後，這些問題就都不存在了，強大的硬體作為基礎可以實作軟硬體解耦，進而通過OTA支援“SDV軟體定義汽車”，可以低成本快速疊代。
13.線束總尺寸變短、總重量減輕
根據特斯拉對外宣稱的資訊，Model 3相對Model S實作了線束長度減半——Model S 内部線束長度長達3 km，Model 3 隻有 1.5 km。實作如此重大的進步，全新電子電氣架構的創新功不可沒，其中創新性的區域架構及電子化的電源配置設定架構在其中也發揮了重大價值。據說Model Y上線束長度要控制在100 m，但目前似乎還沒有得到确認。
好，我們來講一下車輛的線束，估計搞汽車電子和自動駕駛的小夥伴們對線束都不太了解。
随着車輛電動化、智能化及自動駕駛技術的發展，車内的傳感器、執行機構、各種ECU的數量就開始了爆炸式激增，是個東西都需要電，就需要給它配置設定功率，就像人要吃飯、呼吸一樣。電從哪裡來，信号怎麼傳輸，這就離不開電線。是以，汽車上線束的長度、重量、成本都在不斷增加，線束的複雜度和成本也在增加，進而導緻分布式ECU架構無法支撐未來無人駕駛的需求，這又是另外一個話題了。
我們先看乘用車，商用車我們另外分析。
乘用車線束長度、重量與成本（來源：NXP）
為什麼配電架構能夠減少線束長度呢？我們看一下兩者的架構就明白了。話不多說，上圖。
智能配電盒對線束優化的對比
電子化後的智能配電盒，在設計上做到了極大的優化，配電融合了控制，配電盒變成了ECU，ACC、KL15等信号也可以省掉，負載到蓄電池隻經過了一個半導體器件控制，線束回路得到了極大的簡化，配電盒繼電器控制回路和ECU繼電器的保險絲回路也省掉了。
再來看線束重量，回路優化帶來的線束長度節省當然會減輕線束重量，另一方面，智能配電盒帶來的導線線徑變小也是功不可沒。上面讨論保險絲和半導體器件性能時講過，保險絲因其保護不精确，導緻線束裕量很大，而半導體器件因其精确的電流檢測性能，可以準确識别線路過載及短路故障，做到可靠保護，進而降低對線徑裕量的要求。
話不多說，我們上對比表，先看保險絲的設計比對：
再看用半導體技術的設計比對：
從上面的對比表我們可以看出來，同樣的負載電流，線徑可以降一檔，如果負載是電機類負載，那就可以降兩擋甚至更多。
14.成本降低5%-20%
上面已經談了輕量化及小型化，還有線束回路節省及線徑的降低帶來的線束成本降低，也談到的繼電器和HSD晶片成本的對比關系。成本這一塊幾句話也說不明白，我們大概分幾部分來分析：
配電盒BOM成本 毫無疑問，目前及未來較長一段時間，電子化的智能配電盒成本都将遠高于傳統配電盒；
線束成本 據筆者了解及核算，整車線束成本可降低20%左右，商用車由于設計裕量更大，線束更多，降幅也更大，這個我們另起文章讨論；
車輛生産裝配效率提升帶來的成本節約 這部分不好評估，但成本的确是有降低的；
系統成本 綜合BOM成本升高及線束成本降低，系統成本大概有5%～20%的節省，具體依車型和架構而定。
後期成本 ，包括相容性、可疊代性帶來的工作量減少，成本降低，及售後維護成本的降低，這些無法有效量化，但是值得考慮。
七．車聯網及大資料應用
最後我們也蹭一下熱點，談談配電架構電子化後還能帶來哪些應用和價值，算是抛磚引玉，小夥伴們也來一起開開腦洞。
1. 能量管理的數字化
原來整車的能量管理實際上是很粗放的，因為測不到、測不準、沒聯網，是以用電這一塊兒就是估的，但是數字化和網聯化以後，我們就可以提高資料的顆粒度、資料量和實時性了，這時候大資料和AI就派上用場了。就好比智能電表、水表普及以後，警察可以利用大資料分析，發現用電用水異常來抓毒販；社群服務可以根據用水異常，及時發現獨居老人的摔倒風險。
數字化及網聯化以後，OEM可以通過背景實時擷取車上每一個負載、子產品的電流及整車總電流，獲得整車Load profile資料。具體可分為以下次元：
（1）以天為機關，分析各個時段車輛Load profile資料，分析白天、夜間資料差異。
（2）以季節為機關，分析各個季節車輛Load profile資料，分析季節差異，擷取環境溫度對車輛影響的相關資料。
（3）基于雨刮資料、燈光資料，區分季節，分析雨天疊加溫度、夜晚對車輛Load profile資料的影響，擷取極端情況下，車輛最大Load profile資料資訊。
（4）基于車速、ON/ACC信号，分析車輛運作、非運作情況下的資料，指導發電機、DC-DC及蓄電池參數選型，以及整車休眠設計。
（5）以年為機關，對比分析同一台車，在不同年份的Load profile資料，擷取季節（？）對車輛影響的相關資料。
（6）以年為機關，分析同類車型Load profile資料，找出差異，形成Load profile資料庫，可提前發現車輛異常，降低維修成本，同時指導駕駛員合理用車，降低使用成本。
（7）分析最大Load profile，通過軟體政策或用車指導，降低整車最大沖擊電流，提高車輛運作安全性，降低車輛設計裕量，降低車輛成本，指導車輛軟體政策設計。
2. 維保提醒
根據上面的分析，基于大資料，可以對車上每個負載建立畫像，結合曆史資料及負載特性，進行零部件壽命分析及風險預估。
比如一般的鹵素大燈，燈泡壽命500h～600h，這就可以提前提醒使用者更換燈泡，避免燈壞了以後再去更換。就像我們用iwatch監控我們的日常運動、睡眠、卡路裡資料一樣，發現異常可以及時提醒我們改正生活習慣或者進行體檢，注意身體健康。
3. 故障預警
基于使用者用車習慣的大資料分析，及時發現異常情況，進行故障預警。比如某些回路電流雖然在正常範圍内，但結合大資料分析卻存在異常，就可以及時通過儀表或APP提醒使用者進行檢查，避免車輛運作風險。
4. 商用車營運成本降低
對于商用車，由于其用車特點導緻維修較多，每一次故障都意味着營運成本的提高。是以就可以結合維修資料，給每輛車建立一個數字維修工廠中的房間，為車輛維護提供資料支撐，提前預警，防止車輛運作時出現故障，降低營運成本。
通過以上分析，小夥伴們是不是又發現了一些“軟體付費”的商機了呢？對特斯拉的“硬體預埋+軟體付費”模式是不是又有了新的了解了呢？
長期以來，我們隻盯着硬體BOM成本，不怎麼考慮疊代成本、車輛制造成本、使用者維護成本，以及“硬體的軟體價值”，馬斯克在這一點上是不是對我們進行了“降維打擊”了呢？馬斯克的 “第一性原理”實際上是站在了更高的次元上去思考全局性問題，進而提出解決方案，這一點很值得我們思考。
講到這裡大家有沒有發現，這是不是又和自動駕駛産業的“場景——資料——算法”的模型聯系起來了呢？傳統配電盒更新到智能配電盒後，便帶來了數字化，進而産生了資料；但光有資料不行，顆粒度不夠也不行，僅僅資料量大沒有次元也不行，在數字化且顆粒度足夠細化以後，結合使用場景便出現了多元度的資料；再加上快速疊代的算法，然後再回到使用場景，資料+算法+場景就協同起來了，于是，價值便産生了。
回到标題，特斯拉為什麼要幹掉保險絲和繼電器？想必各位小夥伴都已經有了自己的答案。很多時候我們看到的隻是結果，而非原因，但這個結果給我們指明了未來的路。
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