全面解析新一代寶馬電子架構(gòu)

首先來看寶馬的底盤總線部分，和奔馳一樣，寶馬底盤總線都堅(jiān)持采用高可靠性的 Flexray 總線。

上圖為寶馬 Flexray 總線拓?fù)洹? 為 8 缸發(fā)動(dòng)機(jī) ECU，2 為車身域控制器，3 為調(diào)節(jié)后軸差分鎖 GHAS，4 為后防滾穩(wěn)定器 EARSH，5 為后軸滑動(dòng)角度控制器，6 為垂直動(dòng)態(tài)平臺(tái)，7 為被動(dòng)安全 ECU，8 為 ADAS 域控制器，9 為制動(dòng)執(zhí)行器，10 為電子助力轉(zhuǎn)向，11 為 6 缸發(fā)動(dòng)機(jī) ECU，12 為前防滾穩(wěn)定器 EARSV，12 為 8 缸發(fā)動(dòng)機(jī) ECU（8 缸發(fā)動(dòng)機(jī)雙 ECU）。Flexray 總線最早由奔馳在 2000 年提出，2009 年 Flexray 總線標(biāo)準(zhǔn)改為 ISO17458，F(xiàn)lexray 協(xié)會(huì)也就此解散。Flexray 的核心成員是奔馳、寶馬、通用、沃爾沃、大眾、NXP、博世、Vector。Flexray 總線收發(fā)器由 NXP 壟斷 90%的市場(chǎng)，開發(fā)工具則由 Vector 壟斷，導(dǎo)致其整體成本遠(yuǎn)高于 CAN 總線，只有對(duì)安全比較重視的奔馳、寶馬和沃爾沃愿意使用，國(guó)內(nèi)吉利的領(lǐng)克系列技術(shù)源自沃爾沃，因此也使用了 Flexray 總線。

Flexray 是目前最先進(jìn)最可靠的成熟的總線系統(tǒng)，TSN 更先進(jìn)，但還未進(jìn)入實(shí)用狀態(tài)，TSN 與 Flexray 相比主要是帶寬遠(yuǎn)超 Flexray。但是在底盤領(lǐng)域，帶寬優(yōu)勢(shì)完全無法發(fā)揮，10Mbits 足夠了，因此將來 TSN 也不會(huì)取代 Flexray 在底盤領(lǐng)域的地位，而 TSN 更適合骨干網(wǎng)。

Flexray 的優(yōu)點(diǎn)如下：

1）Flexray 高達(dá) 10Mb/s 的帶寬為高精度控制的車輛控制器提供了更大的便捷，能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè) ECU 之間參數(shù)的迅速交互和實(shí)時(shí)性控制。

2）Flexray 兩條獨(dú)立的通道 CHA/CHB 在物理層上能實(shí)現(xiàn)完全的解耦，可實(shí)現(xiàn)更大傳輸速率的要求或是實(shí)現(xiàn)冗余傳輸以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?/p>

3）Flexray 的時(shí)間片長(zhǎng)度可以在一定范圍內(nèi)自由設(shè)置，區(qū)別于 CAN 消息每幀 8byte 的限制，F(xiàn)lexray 幀數(shù)據(jù)段長(zhǎng)度可在 0~255byte 之間自由變動(dòng)。

4）Flexray 是時(shí)間觸發(fā)的網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)均有其本地的時(shí)鐘，并與全局時(shí)鐘相對(duì)應(yīng)，對(duì)于實(shí)時(shí)性功能的實(shí)現(xiàn)有很大幫助。

5）Flexray 的通訊段內(nèi)包含靜態(tài)段和動(dòng)態(tài)段兩個(gè)部分，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)時(shí)間觸發(fā)的實(shí)時(shí)性和精確性以及事件觸發(fā)的靈活性和可配置性。

6）Flexray 支持多種形式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對(duì)于較為簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)，一般可采取和 CAN 網(wǎng)絡(luò)類似的被動(dòng)總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；而對(duì)于安全性要求較高，或是多個(gè)模塊之間進(jìn)行的數(shù)據(jù)傳輸，可采用主動(dòng)星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇性的主動(dòng)截?cái)嗷蛘甙l(fā)送，可防止一個(gè)模塊出現(xiàn)故障時(shí)導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。

上表為常見總線對(duì)比

在執(zhí)行器方面，寶馬新車型使用 VIP 即 VirtualIntegration Platform，老車型使用 DSC，也就是電子車身穩(wěn)定系統(tǒng) ESP 的另一種叫法。VIP 實(shí)際就是德國(guó)大陸汽車的 MK-C1，結(jié)合線控制動(dòng)和 ESP 為一體的執(zhí)行器，比特斯拉用的博世 iBooster 先進(jìn)得多（iBooster 頻發(fā)故障，分體式設(shè)計(jì)成本高，可靠性低）。

博世與 MK-C1 同一層次的執(zhí)行器，iBooster 的升級(jí)版執(zhí)行器是 IPB，卡迪拉克在 2019 年上市的 XT4 是全球第一個(gè)用博世 IPB 的量產(chǎn)車型，比亞迪即將在 2020 年上市的“漢”是中國(guó)第一個(gè)使用博世 IPB 的量產(chǎn)車型。相信特斯拉在大改款后也會(huì)用上 IPB。不過那估計(jì)至少要等 3 年以上了。

上圖為寶馬 ADAS 架構(gòu)，1 為前右側(cè)短距離毫米波雷達(dá)，2 為前長(zhǎng)距離雷達(dá)加熱器（極端低溫下，毫米波雷達(dá)會(huì)失效，軍事領(lǐng)域常見有雷達(dá)加熱裝置，民用設(shè)備上是第一次見到），3 為前成距離雷達(dá)，4 為前左側(cè)短距離毫米波雷達(dá)，5 為前右側(cè)配電盒保險(xiǎn)，6 為右倒車鏡 LED 信號(hào)燈，7 為車身域控制器，8 為右后配電盒保險(xiǎn)，9 為自動(dòng)泊車控制器，10 為右后側(cè)短距離毫米波雷達(dá)，11 為左側(cè)后短距離毫米波雷達(dá)，12 為駕駛員一側(cè)門交換器，13 為駕駛員一側(cè)門連接，14 為智能安全報(bào)警即一鍵緊急呼叫，15 為音頻運(yùn)作單元，16 為轉(zhuǎn)向柱上開關(guān)總成，17 為駕駛員側(cè)安全帶卡扣檢測(cè)，18 為被動(dòng)安全 ECU，19 為通訊控制器，20 為中控顯示，21 為 HU-H3，22 為儀表，23 為駕駛員監(jiān)測(cè)攝像頭，24 為左倒車鏡 LED 信號(hào)燈，25 為 ADAS 控制器（SAS），26 為電子助力轉(zhuǎn)向，27 為制動(dòng)執(zhí)行器，28 為雨霧水滴霧氣凝結(jié)傳感器，29 為 CAN 終端電阻，30 為電子變速箱控制，31 為 CAN 終端電阻，32 為三目攝像頭系統(tǒng)，33 為攝像頭加熱系統(tǒng)（檢測(cè)到有霧氣凝結(jié)或下雨即啟動(dòng)電阻加熱，防止攝像頭鏡頭模糊），34 為發(fā)動(dòng)機(jī) ECU，35 為 CAN 終端電阻。

寶馬 ADAS 頂配構(gòu)成

低配車型沒有 SAS，只有高配車型才有，SAS 連接了所有傳感器。四個(gè)短距離毫米波雷達(dá)也就是角雷達(dá)采用一正一副的本地 CAN 連接，四個(gè)角雷達(dá)由安波福提供，型號(hào)為 SRR-03，采用 77GHz 設(shè)計(jì)，有效距離 75 米，水平 FOV 達(dá) 100 度。前長(zhǎng)距離雷達(dá)為大陸的 ARS410，比特斯拉的 ARS-4B 略好一點(diǎn)點(diǎn)，與眾不同的是長(zhǎng)距離雷達(dá)有加熱裝置，且是用以太網(wǎng)直接連接 SAS，這非常罕見，寶馬可能是取雷達(dá)的原始信號(hào)進(jìn)行最高等級(jí)的傳感器融合，也可能只是覺得 CAN 的帶寬太低，大部分廠家包括特斯拉都是用 CAN 連接，CAN 連接只能輸出已經(jīng)刨除所有靜態(tài)目標(biāo)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)只是速度、角度和方位角，這是已經(jīng)多次處理過的數(shù)據(jù)，而寶馬似乎是取原始數(shù)據(jù)自己處理，這勢(shì)必增加處理器的負(fù)擔(dān)。雷達(dá)的快速 FFT 是很消耗計(jì)算資源的。此外，前長(zhǎng)距離雷達(dá)還有單獨(dú)的加熱電路，并且是放在保險(xiǎn)杠內(nèi)部，而不是大多數(shù)企業(yè)那樣裸露在外。SAS 很可能采用了英特爾的 Atom 處理器以及英飛凌的 TC297T MCU。SAS 應(yīng)該也是安波福供應(yīng)。

攝像頭部分，寶馬高配車型采用德國(guó) ZF 的三目攝像頭，跟特斯拉一樣，F(xiàn)OV 分別是 28、52 和 152 度，分別對(duì)應(yīng) 250、120、20 米距離內(nèi)目標(biāo)。處理器自然是 Mobileye 的 EyeQ4。此外還有一個(gè)攝像頭通過 LVDS 與自動(dòng)遠(yuǎn)近光車燈控制器（FLA）連接，達(dá)到自動(dòng)遠(yuǎn)近光功能，F(xiàn)LA 連在 PT-CAN 線上。

駕駛員監(jiān)測(cè)系統(tǒng) DCS 接線如上圖，DCS 有兩路以太網(wǎng)接口，一路連接儀表，一路連接 HU-H3，與車身域控制器有 CAN 線連接。DCS 實(shí)物如下圖，攝像頭放在儀表盤中央靠上的位置，由安波福提供。

寶馬的自動(dòng)泊車系統(tǒng)也有比較大的提升。

自動(dòng)泊車系統(tǒng)構(gòu)成如上圖，包括博世提供的 360 環(huán)視（TRSVC），PMA 自動(dòng)泊車控制器，12 個(gè)超聲波傳感器。超聲波傳感器也由博世供應(yīng)。

寶馬自動(dòng)泊車接線圖如上。1 和 15 是遠(yuǎn)距超聲波傳感器，16 和 2 是近距超聲波傳感器。3、12、17、25 是 4 個(gè)環(huán)視攝像頭，26 是 360 環(huán)視控制器，13 是自動(dòng)泊車控制器（PMA），4、5、6、7 分別對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)向、制動(dòng)和變速箱。19、20、21、22、23、24 分別對(duì)應(yīng) HU-H3、中控、自動(dòng)泊車按鍵與 360 環(huán)視按鍵、被動(dòng)安全 ECU、轉(zhuǎn)向柱開關(guān)總成和儀表。TRSVC 通過以太網(wǎng)與 4 個(gè) 130 萬像素?cái)z像頭連接（有一點(diǎn)比較奇怪，寶馬單獨(dú)把后視攝像頭命名為 RFK，似乎這個(gè)攝像頭不是魚眼鏡頭，而是普通 FOV 的攝像頭），然后進(jìn)入博通的 BCM89501 以太網(wǎng)交換機(jī)，然后經(jīng) NXP 的 i.mx6 雙核處理器拼接，再用以太網(wǎng)輸出到車身域控制器中轉(zhuǎn)到 HU-H3 中控。同時(shí)還有一路本地 CAN 直接與自動(dòng)泊車控制器 PMA 相連，PMA 連接 12 個(gè)超聲波傳感器，同時(shí)通過 K-CAN 與車身域控制器連接?？紤]到 i.mx6 的處理能力，想讓其識(shí)別車位是不可能的，更不用說識(shí)別行人或車輛了。因此這個(gè) 360 環(huán)視只是在自動(dòng)泊車中讓駕駛者可以全景監(jiān)控的。目前國(guó)內(nèi)幾乎所有 360 環(huán)視都是基于美信的 GMSL 設(shè)計(jì)的，即 MAX96705 加 MAX9286，這主要是成本因素，寶馬從 2012 年就開始用以太網(wǎng)做 360 環(huán)視，實(shí)時(shí)性比 GMSL 略好。

寶馬將 T-Box 稱為 TCB，即 TelematicCommunication Box。目前寶馬的 TCB 發(fā)展到第三代，稱之為 TCB3，TCB3 在寶馬 Z4 上是放在后備箱里，某些車型上是放在車頂?shù)孽忯~鰭里。語音識(shí)別、語音短信發(fā)送、聯(lián)網(wǎng)服務(wù)、寶馬遠(yuǎn)程服務(wù)、緊急呼叫都要靠 TCB 完成，TCB3 支持 LTE 4.5G，最高速率 300MBit/s，內(nèi)部不再包含 WLAN。

TCB3 見上圖，1 為 GPS 天線，2 為 4G 天線，3 為 Telematics 天線，4 為連接器，包括以太網(wǎng)連接器，K-CAN 連接和駕駛員側(cè)麥克風(fēng)連接。5 為無線充電連接，6 為緊急 GSM 天線，7 連接緊急揚(yáng)聲器、電源、緊急呼叫鍵、緊急呼叫 LED?？赡苁强紤]到 4G 信號(hào)覆蓋不夠好，所以加了緊急 GSM 天線。

上圖為 TCB3 連接圖。1 為緊急呼叫按鍵和 LED，2 為車身域控制器，3 為車身域配電盒保險(xiǎn)，4 為被動(dòng)安全 ECU，5 為中控顯示，6 為 HU-H3，7 為無線充電，8 為 CAN 控制器，9 為 GPS 天線，10 為 Telematics 天線，11 為 4G 天線，12 為音頻接收模塊 RAM，13 為 TCB3，14 為緊急 GSM 天線，15 線性放大器，16 為緊急揚(yáng)聲器，17 為轉(zhuǎn)向柱開關(guān)總成，18 為儀表，19 為駕駛員側(cè)麥克風(fēng)。TCB3 通過以太網(wǎng)與 HU-H3 相連，再通過 HU-H3 內(nèi)的以太網(wǎng)交換機(jī)與 RAM 相連。

這里需要介紹一下寶馬的 FZD，即車頂功能中心，這個(gè)功能中心有警報(bào)、調(diào)整天窗、手勢(shì)識(shí)別、麥克風(fēng)語音輸入、緊急呼叫按鍵。雖然跟閱讀燈在一個(gè)殼體內(nèi)，但是 FZD 和閱讀燈沒聯(lián)系。FZD 兩側(cè)是麥克風(fēng)，F(xiàn)ZD 正中間是手勢(shì)識(shí)別攝像頭，手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)由安波福提供，據(jù)說是 TOF 攝像頭，感覺可能性不大。因?yàn)閿z像頭邊緣有明顯的紅外 LED 顆粒，應(yīng)該還是傳統(tǒng)攝像頭。手勢(shì)識(shí)別有 NXP 的 4 核 i.mx6 完成，使用瑞薩的 RH850 做 MCU。RH850 通過 K-CAN4 輸出到車身域控制器。K-CAN4 與 HU-H3、TCB3 和 RAM 連接。

寶馬新一代電子架構(gòu)復(fù)雜，這里只是簡(jiǎn)要介紹。汽車電子架構(gòu)實(shí)際由上游硬件供應(yīng)商決定，現(xiàn)在遠(yuǎn)未到完全脫離硬件只說軟件的地步，未來十年恐怕都不可能。電子架構(gòu)留給汽車廠商發(fā)揮的空間有限，特斯拉這種不太在乎車規(guī)的廠家發(fā)揮會(huì)更自由一些，但即便如此，也要受制于硬件，很多模擬或混合界面 IC 不是挖幾個(gè)人想做就能做出來的，那需要最少 15 年以上的模擬 IC 經(jīng)驗(yàn)。若要先進(jìn)且可靠必定就會(huì)導(dǎo)致成本增加，特斯拉不是先進(jìn)，是不太在乎車規(guī)而已，即便如此，它也不能跟奔馳寶馬比先進(jìn)程度，畢竟特斯拉更在意成本。

在特斯拉看來，將錢花在百萬分之一甚至千分之一的 CornerCase 上完全沒必要，所以特斯拉不用激光雷達(dá)。馬斯克用市場(chǎng)化的工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)替代未充分競(jìng)爭(zhēng)的航天級(jí)標(biāo)準(zhǔn)做了 SpaceX，成本自然降低極多。但是在傳統(tǒng)車廠看來，百萬分之一的可能也要考慮到，這非常有必要，這是對(duì)生命的敬畏，每一個(gè)生命都該被拯救。

編輯：hfy