前言：

采用新技术不是目的，而是结果。到终点的路有很多条，但最短的路，往往只有窄窄的一条。

本文将以特斯拉的电气架构演变为切入点，深入分析技术需求是如何驱动车辆最底层的电气架构发展的，以及基于半导体器件的电气架构对汽车产业可能产生的影响。本文重点讨论传统配电盒与电子化的智能配电盒的区别，并非说“电子化一定更安全”，而是说“安全的上限可以更高”。

为便于大家更好地理解，文中将普及一些基本的车辆电气原理，包括保险丝、继电器原理、半导体器件原理、车辆线束等。

笔者认为高等级自动驾驶技术率先落地的一定是商用车，而非乘用车。因此本文会将商用车电气架构及半导体器件对其产生的影响一并进行分析。

在2月19日发布的《干掉保险丝和继电器，自动驾驶才能更安全》一文中，我们提到了特斯拉Model 3作为全球第一款引入了区域架构的量产车型，已经彻底取消了在车上用了上百年的低压保险丝和继电器，这是一个极其大胆的创新设计。

前文也提到了，笔者认为，特斯拉取消低压保险丝和继电器，是在其整车电子电气架构设计下自然而然的结果，是结果而非目的。今天我们将就此做进一步的分析。

一．特斯拉电子电气架构的演变

车辆电子电气架构的演变及趋势，现在大家都讨论得比较多了，我们不再赘述。特斯拉的架构演变基本也遵循了这个方向，只不过特斯拉量产的速度更快而已。

2012年6月，第一辆Model S下线，已经有了较为明显的域划分，包括动力域、底盘域、车身域，ADAS模块横跨动力和底盘域，Center Display作为车辆的中央计算平台。2015年9月，第一辆Model X下线，拓扑沿用Model S，对鸥翼门相关功能增加了网络节点。

2017年9月，第一辆Model 3下线，这个电子电气架构已和传统的分离式网络架构截然不同，不再区分域，而是跨域融合跨网段融合，采用中央计算机集中控制，这基本上已经达到了博世认为的区架构了，日本经济新闻认为这已经“领先行业6年”。

特斯拉在电子电气架构上面的激进式创新，虽然是特斯拉的一贯风格，但最根本的原因，还是因为传统域架构已无法满足自动驾驶技术的发展及未来“SDV软件定义汽车”需求，这都需要软硬件解耦，需要强大的硬件作为基础，否则SDV就无从谈起。

特斯拉的架构发展过程，也是功能再分配的过程，在这个过程中，特斯拉不断地把功能从Tier 1手中拿过来，再自行开发，其中最典型的就是iBooster，特斯拉也对其进行了修改，加入了特斯拉的策略进去，特斯拉这种能力与胆量是其他OEM很难望其项背的。而到了Model 3，包括自动驾驶及娱乐控制模块、FBCM、LBCM、RBCM、热管理等全是特斯拉自主设计开发的，特斯拉的架构有以下优势：

• 主要模块全部自主。没有Tier 1，特斯拉可以从整车电子电气系统架构层面进行大幅度的设计和创新。
• 没有自主的模块，很多也进行了联合开发。比如ibooster，特斯拉就可以直接通过OTA改善刹车距离，而不需要经过博世。这个传统OEM极难做到，因为风险很大。
• 引领“硬件预埋 软件付费”模式。硬件功能极其强大，为“SDV软件定义汽车”要达到的软硬件解耦打下了坚实的基础。
• 硬件抽象，功能被从独立控制器中“抽出”，集中到Center Display中。从功能角度看，软硬件实现了分离，这种“虚拟硬件”可以随着需求的变化被软件重新定义，而不用修改硬件本身。
• 区架构实现了跨域、跨网段，完全打破了传统车辆设计概念，灵活性更高，可定义性更强，系统成本更低，迭代速度更快。如特斯拉的 Model 3的FBCM，既负责配电，还负责一些左前灯控制、空调控制、热管理等功能，横跨了传统的车身、座舱、底盘及动力域。

在全新架构的加持下，基于特斯拉无与伦比的OTA技术，特斯拉的车就变成了一辆“有生命的车”，每次OTA过后都是一辆新车，能给用户带来新的刺激，做到了常用常新。

回到主题，特斯拉为什么要干掉保险丝和继电器？这与特斯拉的电子电气构架演变到底有什么关系？不要着急，相信等大家看完全文后就会有自己的答案。

鉴于很多做自动驾驶的小伙伴们可能不太了解车辆电气系统，为了帮助大家更好地理解接下来我们要讲的内容，我们先来简单地介绍一下车辆电气的基本原理，这部分稍显枯燥，但有助于大家理解后续部分的分析。

二．汽车电气基本原理

1. 车辆电力的来源：启动状态下是发电机（新能源车是DC-DC，高压电池转到低压12V/24V）和蓄电池并联供电，非启动状态就是蓄电池单独供电。实际上车辆启动后，就算你把蓄电池拆了，车辆功能是基本不受影响的，这可以理解为，蓄电池没电时，通过搭电（专业的词叫跳线启动，jump start）启动后，你的车也可以正常工作。

2. 车上的电气根据使用要求,定义了不同的电源接通状态，一般是按点火开关档位划分(OFF、ACC、ON、START）——现在车的点火钥匙基本都没有ACC档，但ACC电还是存在的。就比如你钥匙没打到ON档时，车窗是不能调节的，这是功能限制；但你关了钥匙，只要不拔出来，音乐还可以播放，这是人性化设置；你启动的瞬间，车窗升降会停一下，雨刮如果在刮，也会停一下，这是节省蓄电池电力给起动机使用。

3. 不同的电源属性是通过配电盒里面的继电器来控制的，这种逻辑在设计之初就是确定了的，很多是硬线控制的，通过软件是无法更改的，就像你把钥匙从ON档打到OFF档后，很多功能就不能用了，因为没电了。除非改线，否则逻辑是不能改的，也就是说，这部分功能是不支持OTA的。

4. 保险丝的作用是保护电线，说白了就是防止电线短路时烧起来，最后把车给烧了。有些小伙伴可能认为保险丝是保护用电设备的，实际上这种认识是不对的。就像你家电饭煲坏了导致跳闸，你以为是为了保护你的电饭煲吗？不是，电饭煲烧坏买新的就是了，如果墙里的电线烧了，你就要砸墙了，你觉着哪个划算？

5. 保险丝和电线是要匹配的，是要做校核的，多大的保险丝就配多粗的电线。搞过房子装修的人应该都知道，空调线是要粗一些的，插座比普通的要大。如果你线走得细了，最后烧线了，可能是要砸墙的，不过放心，你的空调肯定不会坏。

6. 每条线路中都有保险丝，但并不是每条线路都能独立受控。一般保险丝数量是继电器的2倍以上，也就是说，保险盒至少有一半的线路是不受控的，记住这一点，后面要考的。

7. 继电器的作用就是我们初中物理学的，弱电控制强电，当然，这里的强电不是电压高，而是电流大。车上的ECU受驱动能力限制，一般不能直接驱动大功率负载，它只输出控制信号，通过配电盒中的继电器来控制负载工作。有些ECU自带了PCB继电器，可以直接驱动负载，但一般不带保护，保护还是要通过配电盒里的保险丝，这就要额外的电线，这点后面会详细讲。

8. 保险丝和继电器都是被动元件，是没有状态监控及故障诊断的，保险供电和继电器控制也都是开环的。就像你的植物神经系统，脑神经系统是无法对它进行监控和控制的，你无法让自己不呼吸，你也不知道你的消化状态和血压。所以，想象一下如果你能控制自己的呼吸、心跳、血压、和消化，你是不是就变成超人了。同理，你的车呢？

9. 车上还有一种电源，我们称之为常电，即KL30，直接通过保险丝接蓄电池，不受任何控制，永远有电，除非拆掉蓄电池。一直搞乘用车的小伙伴们可能不知道，商用车的常电分两种，一种和乘用车一样，直接接蓄电池；还有一种是总闸常电，即使在OFF档，打开总闸就有电。当然停车后是要关掉总闸的，否则可能下次就打不着火了。

10. 蓄电池电量总是有限的，所以需要对非启动状态进行严格的用电管理，防止蓄电池电量过快消耗。

11. 接常电的用电器，在车辆停车落锁后，都必须进入休眠模式，此时整车耗电（静态电流）需要控制在极低的水平，以满足长时间停车后还能启动的要求。一般乘用车OEM要求整车15mA～20mA以下，正常放2～3个月后是能够启动的，所以不用担心你的车放了一个月会不会启动不了，这个OEM已经帮你想好了。

12. 即便是新能源车，有容量庞大的高压电池，但停车下高压后，整车用电就来自于蓄电池了，如果车辆停放一段时间后蓄电池亏电，车辆也是无法启动的，所以新能源车一般也有严格的休眠电流要求。

也许你要问了，那为什么新能源车不能在蓄电池没电时自动启动高压电池，给蓄电池充电呢？这个主意非常好，恭喜你，你和拥有“第一性原理”的马斯克想到一块儿去了，但似乎除了特斯拉，还真没人这样做，这个我们先略过不谈，随后再详细分析。

三．两种不同的电气架构

（一）传统车辆的电气架构

我们先来看一下传统乘用车的电气架构。

传统车辆一般有2～3个配电盒，其构造极其简单，属于传统的电气件，没有一点电子的东西，看起来傻、大、黑、粗，里面就是连接器 铜片 保险丝 继电器，一点都不高科技，只要你初中物理没还给数学老师，我保证电气原理图你肯定可以看懂，否则修车店也不好给你维护不是嘛。

话不多说，我们先上图，毕竟没图没真相嘛。下图是一个乘用车的发动机舱配电盒，属于整车的一级配电，车上所有的电源都需要经过它，就像小区的变电站的配电柜，每家每户的电都来自这里。

乘用车发动机舱配电盒（来源：网络）

图中我们可以看到，传统配电盒真的就是一个配电盒，名副其实，就是实现整车电源分配功能的一个盒子，纯电气性质的，没有电子元件，不可编程，功能一旦设计完成，就不可更改。

从上图我们可以看到，一共40个保险丝，19个继电器，功能包括：ON档、空调压缩机、鼓风机、除霜、仪表、车窗、雨刮、喇叭、灯光、油泵、变速箱、刹车等几乎所有功能，保险爆一个，你的车可能就要趴窝。

备用保险及保险夹

车辆OEM很贴心地把保险盒的所有功能都印在了保险盒盖子里面，简洁明了，连位置地图都给你对应好了，即使小白也能一看即懂，边上还有备用保险，甚至还有个取保险的小夹子，就是为了方便当你的车坏在荒郊野地，在你打电话救援的时候，救援人员让你看看某个保险是不是坏了，取一个备用的换上试试。一开始你肯定焦急万分，无从下手，束手无策，但当你把保险盒盖子翻过来的那一刹那，你一定会如获至宝，感激涕零。瞬间一股对某OEM的信仰之情从心底冉冉升起:“这车的设计简直太好了，太人性化了，我下次买车还买他家的。”

先别急，你再看看别家的，其实每家保险盒都是这样的。

下面我们再来看它的电气原理，你只要初中物理还没还给老师，应该就能看懂。

乘用车发动机舱配电盒电气原理简图

直接经过保险丝出来的就是常电KL30，受继电器控制的各有各的逻辑，一般点火锁直接控制OFF、ACC、ON、START，带一键启动功能的就是由PEPS模块来控制，但都是通过继电器，原理不变。

一级配电后面还有二级配电，一般位于驾驶舱，所以也叫驾驶舱配电盒。这个盒子比较小，保险丝多，继电器很少。由于是二级，坏的概率小一点，易接近性设计就不那么好，非专业人士不是那么容易找到。二级配电就像你家里入户门口的配电盒，你家的线路出问题，你家的配电盒会跳闸，但不会影响到小区的配电，也就不会影响别家的用电。

由于配电盒里面全部都是电气件，没有电子部分，没有通信，这就导致无论保险丝还是继电器，全部都是没有故障诊断的，控制也是开环的。配电盒对整车来讲就是一个黑盒子，无法监控，无法诊断，只要你没有发现故障，那就没有故障。

所以如果你在路上发现一辆车的大灯只亮了一个，那真的有可能是驾驶员根本不知道有一个灯坏了。因为无法诊断，仪表就无法提醒他灯坏了一个。但如果可以诊断联网，APP主动提醒你并且已经帮你预约好了附近的维修点，那感觉是不是立马就不一样了？瞬间你就觉着“这钱花的太值了，软件付费真香，明年接着续费”。

（二）特斯拉Model 3的电气架构

好了，说完了传统架构，我们再来看一下特斯拉的电气架构，看它到底牛在什么地方。