汽車電子結(jié)構(gòu)的模塊化,基于“CAN+車載以太網(wǎng)”的功能創(chuàng)新

當(dāng)激光雷達(dá)、毫米雷達(dá)、攝像頭等大量傳感器加入，推動(dòng)汽車走向智能化之后，到底需要什么樣的底層電子架構(gòu)？關(guān)于這個(gè)問題，業(yè)內(nèi)也早已達(dá)成共識(shí)：從數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議、智能駕駛系統(tǒng)的冗余性設(shè)計(jì)到軟件框架都需要重新設(shè)計(jì)，以滿足智能汽車的高數(shù)據(jù)傳輸量、人機(jī)交互以功能及智能駕駛安全性。而目前來看，將這一理念實(shí)踐得比較充分的，無疑是重新開辟生產(chǎn)線、從頭開發(fā)一款新車型、同時(shí)又劃智能網(wǎng)聯(lián)為陣營的新創(chuàng)造車勢力。

當(dāng)激光雷達(dá)、毫米雷達(dá)、攝像頭等大量傳感器加入，推動(dòng)汽車走向智能化之后，到底需要什么樣的底層電子架構(gòu)？

關(guān)于這個(gè)問題，汽車供應(yīng)商巨頭德爾福已經(jīng)用業(yè)務(wù)分拆進(jìn)行了回應(yīng)，業(yè)內(nèi)也早已達(dá)成共識(shí)：從數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議、智能駕駛系統(tǒng)的冗余性設(shè)計(jì)到軟件框架都需要重新設(shè)計(jì)，以滿足智能汽車的高數(shù)據(jù)傳輸量、人機(jī)交互以功能及智能駕駛安全性。

而目前來看，將這一理念實(shí)踐得比較充分的，無疑是重新開辟生產(chǎn)線、從頭開發(fā)一款新車型、同時(shí)又劃智能網(wǎng)聯(lián)為陣營的新創(chuàng)造車勢力。

圍繞上述命題，在日前的亞洲CES期間，中國學(xué)網(wǎng)與奇點(diǎn)汽車智能系統(tǒng)ADAS及軟件平臺(tái)硬件總監(jiān)蔣偉宏、ADAS及軟件平臺(tái)高級(jí)總監(jiān)劉瑞祥進(jìn)行了一番詳談。他們認(rèn)為，對于整車企業(yè)來說，汽車電子化架構(gòu)改變帶來的，并非僅僅是像零部件企業(yè)那樣進(jìn)行業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)調(diào)整，還需要車企在產(chǎn)業(yè)鏈條中重新收攏一些曾經(jīng)流失的控制權(quán)。

汽車電子結(jié)構(gòu)的模塊化

在傳統(tǒng)的汽車電子架構(gòu)中，車輛的電子電器部件大部分都是以硬線方式連接，或者局部的LIN和CAN協(xié)議的連接方式組成。這種方式會(huì)增加線束長度和重量，當(dāng)然也會(huì)增加布線工藝和成本。

公開數(shù)據(jù)顯示，目前一輛中高端車的線束系統(tǒng)成本大約550-650美元左右，重量大約60公斤，長度大約5000米，而按照原有電子架構(gòu)，在智能駕駛時(shí)代，需要的線束長度會(huì)更長。

對于續(xù)航和價(jià)格都高度敏感、同時(shí)在智能化浪潮中肩負(fù)更多數(shù)據(jù)傳輸壓力的電動(dòng)汽車來說，簡化傳統(tǒng)電子架構(gòu)已經(jīng)迫在眉睫。因此，在新型電動(dòng)汽車的正向開發(fā)中，借助于芯片、電子元器件等成本下降，整車企業(yè)都在以車載以太網(wǎng)和域控制器為核心器件對汽車電子架構(gòu)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。

特斯拉即將推出的Model Y即是這一設(shè)計(jì)的集大成者，馬斯克曾透露，Model Y會(huì)是世界上擁有最短車內(nèi)線束長度的汽車產(chǎn)品，總長度僅為100米，與特斯拉Model 3 擁有1500米的車內(nèi)線束長度相比，只有其1/15。

大幅度縮減線束長度，可以降低電線電阻，進(jìn)而減少能量損耗，對于提升續(xù)航將會(huì)起到積極的作用。同時(shí)，還可以提升裝配速度——裝100米線比裝1500米線可要省事的多。而這也就意味著汽車產(chǎn)能會(huì)快速提升，成本也會(huì)得到有效改善。

奇點(diǎn)汽車智能系統(tǒng)ADAS總監(jiān)蔣偉宏未向中國學(xué)網(wǎng)透露其首款量產(chǎn)車型iS6的車內(nèi)總線長度，但據(jù)其介紹，奇點(diǎn)汽車也同樣采用了基于域控制器和車載以太網(wǎng)的新型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將車內(nèi)電子架構(gòu)劃分為5個(gè)域，分別為：智能駕駛域、智能信息域、車身域、底盤域、動(dòng)力域。

“這些域劃分帶來什么樣變化呢？多個(gè)硬件信號(hào)的交匯在整車上，形成盤根錯(cuò)節(jié)的網(wǎng)絡(luò)將不復(fù)存在。” 蔣偉宏直言，而對原先網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行取代的“CAN+車載以太網(wǎng)”則組成了雙主干網(wǎng)絡(luò)總線架構(gòu)。

傳統(tǒng)的車身架構(gòu)中，主要以CAN協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)，其500kb/s的傳輸速率顯然已經(jīng)限制了未來智能化和數(shù)字化汽車的發(fā)展?！霸谀阏Ｒ幌卵劬Φ臅r(shí)間里，汽車可能已經(jīng)完成了15000份數(shù)據(jù)的交換，到2020年，這一數(shù)量將會(huì)火速升至10萬份?！睒I(yè)內(nèi)相關(guān)工程人士曾向中國學(xué)網(wǎng)表示。

據(jù)透露，在奇點(diǎn)汽車“CAN+車載以太網(wǎng)”的雙主干網(wǎng)絡(luò)總線架構(gòu)中，CAN協(xié)議主要負(fù)責(zé)時(shí)效要求更高、數(shù)據(jù)量小的信息傳輸，而車載以太網(wǎng)則主要作用于不同的域之間，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)量大的信息互通。

車載以太網(wǎng)的帶寬上限可達(dá)到100Mb/s甚至更高，能夠加快車輛內(nèi)的信息傳輸，目前包括上游的恩智浦、博通、Marvell等芯片廠商，以及tier1、整車企業(yè)都在合力推動(dòng)車載以太網(wǎng)的大規(guī)模應(yīng)用。

高傳輸效率不僅能夠支持信息高效互通，還能為汽車未來的硬件和軟件升級(jí)提供兼容，即車輛只需針對相應(yīng)硬件和軟件進(jìn)行升級(jí)，無需改動(dòng)車輛的電子架構(gòu)。

“在后期整個(gè)車的網(wǎng)絡(luò)迭代上，我們可以很輕松通過總線的布置，來做模塊化的迭代，而不是做整個(gè)電子電氣架構(gòu)的顛覆?！?蔣偉宏說。

基于“CAN+車載以太網(wǎng)”的功能創(chuàng)新

可以在線升級(jí)的人機(jī)交互系統(tǒng)被認(rèn)為是未來汽車產(chǎn)品的核心競爭力之一，在大部分新造車勢力的座艙中，都提供了數(shù)字化儀表盤和基于安卓開發(fā)的中控系統(tǒng)。

奇點(diǎn)iS6數(shù)字儀表盤

數(shù)字儀表盤大都基于黑莓的QNX開發(fā)而成，需要車企付給黑莓一筆授權(quán)費(fèi)。由于QNX本身是一款實(shí)時(shí)性和封閉性的操作系統(tǒng)，儀表盤的安全性和運(yùn)行質(zhì)量無需用戶太過擔(dān)憂。據(jù)蔣偉宏透露，黑莓QNX在儀表盤中的測試數(shù)據(jù)可以達(dá)到百萬小時(shí)無錯(cuò)，那么基于以開放開源著稱的安卓開發(fā)而來中控車載系統(tǒng)呢？

“從觀點(diǎn)上，我們認(rèn)為安卓的安全級(jí)別在整車?yán)锩媸窍鄬Φ偷?。因此在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌约跋嚓P(guān)的協(xié)議中做了黑白名單的管理。”蔣偉宏直言。

據(jù)介紹，奇點(diǎn)汽車的做法是自主研發(fā)數(shù)字儀表盤，然后通過中控和儀表聯(lián)動(dòng)，將更多人機(jī)交互的入口權(quán)重轉(zhuǎn)移給穩(wěn)定性得到驗(yàn)證的儀表系統(tǒng)。

奇點(diǎn)汽車的分離式中控大屏設(shè)計(jì)

“我們可以把中控做到比較安全，但我們還是認(rèn)為它是非安全的系統(tǒng)，針對于非安全系統(tǒng)，我們只是讓它存在在以太網(wǎng)上，通過防火墻設(shè)置，讓它變成對整車來說是單行節(jié)點(diǎn)。然后通過儀表把對車上的直接控制命令下發(fā)，或者包括對整個(gè)動(dòng)力與底盤下發(fā)?！?蔣偉宏說。

除了基于“CAN+以太網(wǎng)”架構(gòu)，對中控和儀表進(jìn)行產(chǎn)品邏輯梳理，奇點(diǎn)汽車還在車載以太網(wǎng)基礎(chǔ)上，配置了720P的360度高清環(huán)視系統(tǒng)。這一套車規(guī)級(jí)以太網(wǎng)攝像頭的框架與寶馬5系采用的方案類似。

蔣偉宏表示，奇點(diǎn)汽車能夠落地這套方案的原因有兩個(gè)：一，在整個(gè)線束里面，線束重量及成本已經(jīng)比傳統(tǒng)的同周期的成本低很多；第二，從帶寬上來講，將來的升級(jí)換代，只需要在后端處理器的計(jì)算能力上進(jìn)行提升，不需要對整個(gè)架構(gòu)上做顛覆性的變化。

在奇點(diǎn)汽車上，另一個(gè)可以模塊化迭代的設(shè)計(jì)是分離式的中控大屏。“隨著軟硬件升級(jí)，未來只需要用戶把中控主機(jī)換掉就可以了，將來所有升級(jí)包括帶寬、顯示分辨率，已經(jīng)通過以太網(wǎng)進(jìn)行了覆蓋?！?蔣偉宏說。

智能電動(dòng)汽車時(shí)代，車企不應(yīng)忽視對數(shù)據(jù)的控制權(quán)

基于車載以太網(wǎng)對于車輛電子架構(gòu)進(jìn)行簡潔化設(shè)計(jì)之后，帶給車企的另一個(gè)加持是，為打造可成長性的智能駕駛架構(gòu)提供了基礎(chǔ)。一切AI計(jì)算都是基于數(shù)據(jù)，而所謂可成長性架構(gòu)，即對于數(shù)據(jù)的掌控力體現(xiàn)。

據(jù)ADAS及軟件平臺(tái)高級(jí)總監(jiān)劉瑞祥介紹，目前市場上量產(chǎn)的車型中，智能駕駛結(jié)構(gòu)幾乎都是分離式的。

“什么是分離式？即并線輔助、自動(dòng)泊車或者自適應(yīng)巡航等功能背后的每個(gè)零部件，它們之間的交互沒有產(chǎn)生數(shù)據(jù)，同時(shí)，每個(gè)功能還是不同的供應(yīng)商。這個(gè)車推出時(shí)有某功能，一年之后小改款也是這樣的功能，車的架構(gòu)不具備可成長性?！?劉瑞祥說。

據(jù)劉瑞祥介紹，奇點(diǎn)汽車在傳感器布置上，與傳統(tǒng)車商沒有太大的差異，而最大的不同是將所有數(shù)據(jù)都集中到中央控制器。

“由中央控制器做決策規(guī)劃、數(shù)據(jù)處理，從而在這里面實(shí)現(xiàn)各種智能駕駛的功能，包括自適應(yīng)巡航、車道保持、自動(dòng)泊車?！眲⑷鹣閺?qiáng)調(diào)，這樣設(shè)計(jì)最大的好處，就是可以收集所有的數(shù)據(jù)，“雖然有可能這邊毫米波雷達(dá)用的是Bosch，超聲波用的是其他供應(yīng)商，沒關(guān)系，他們的數(shù)據(jù)都可以到中央控制器?！?/p>

據(jù)了解，奇點(diǎn)汽車目前已經(jīng)投入了100多人做控制器的硬件設(shè)計(jì)。

“所有的功能我們自己掌握，所有的數(shù)據(jù)自己掌握，就可以保障我們在功能實(shí)現(xiàn)上，除了在量產(chǎn)的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)ADAS功能，后續(xù)還可以隨著大規(guī)模用戶反饋，通過迭代升級(jí)實(shí)現(xiàn)一些功能?！眲⑷鹣楸硎?。

自研儀表盤、中央控制器、中控車載系統(tǒng)乃至車機(jī)硬件……在奇點(diǎn)汽車設(shè)計(jì)中體現(xiàn)出來的，對一系列對電子架構(gòu)和信息化設(shè)計(jì)的掌控，于其他新創(chuàng)車企中也已經(jīng)呈現(xiàn)，零跑汽車甚至提出了自研AI自動(dòng)駕駛芯片的主張，而蔚來汽車也同樣在數(shù)字體驗(yàn)系統(tǒng)上于德國、美國等多地投入了研發(fā)。

或許，未來的三電系統(tǒng)會(huì)逐漸同質(zhì)化，汽車企業(yè)的的核心競爭力將集中到智能化系統(tǒng)當(dāng)中，而這考驗(yàn)的將是誰先做出了充分布局。