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Tier1纷纷布局域控制器,打造自动驾驶时代的EEA

发布日期:2018-09-25

奥迪已经上市的全新款A8,最引人瞩目的亮点是其搭载了L3级限定条件下自动驾驶的功能。当车在有隔离带的高速公路上以最高60公里/小时(37.3 英里/小时)的速度缓慢行驶时,按一下中控台上的「AI 按钮」,奥迪「AI 拥堵自动驾驶系统」将操控驾驶。

作为全球唯一一款量产的有限情况下L3级自动驾驶汽车,其对于行业的影响不言而喻。而在这全球领先背后,其中央驾驶员辅助控制器(zFAS)功不可没。

zFAS,是德语zentrales Fahrerassistenz-Steuergeraet的缩写(英文全称central driver assistance controller),其构造包括前方图像处理单元(front image processing)、全景图像处理单元(surround image processing)、传感器融合主控单元(sensorfusion host)和应用主控单元(application host)四部分。

zFAS由奥迪和德尔福、英伟达、TTTech、Mobileye合作而来,搭载有英伟达的GPU、Mobileye的EyeQ系列视觉芯片。德尔福提供硬件,TTTech提供软件,Mobileye提供图像处理方案。其主要的作用是,进行数据融合、决策控制、协调各个执行机构,是一个MDC(Multi Domain Controller)多域控制器。

MDC是通过一块ECU,接入不同传感器的信号并进行对信号进行分析和处理,最终发出控制命令。MDC这个概念提出不久,跟DCU(Domain Control Unit)域控制器类似,它最早出现于10年前,本质上是为了解决汽车ECU增多之后,汽车控制系统变得复杂,且能力达到上限的问题。

ECU的诞生

1993年,奥迪A8上使用了5个ECU,到了2010年,奥迪A8上使用的ECU数量超过了100个。ECU(Electronic Control Unit)是电子控制单元,也称“行车电脑”,是汽车专用微机控制器。一般ECU由CPU、存储器(ROM、RAM)、输入/输出接口(I/O)、模数转换器(A/D)以及整形、驱动等大规模集成电路组成。

ECU一般采用通用且功能集成,开发容易的CPU;软件一般用C语言来编写,并且提供了丰富的驱动程序库和函数库,有编程器,仿真器,仿真软件,还有用于calibration的软件。

博世,德尔福,电装,大陆的VDO等都是汽车ECU行业的领导者。

最开始ECU是用于控制发动机工作,后来随着车辆的电子化发展,ECU逐渐占领了整个汽车,从防抱死制动系统、4轮驱动系统、电控自动变速器、主动悬架系统、安全气囊系统,到现在逐渐延伸到了车身各类安全、网络、娱乐、传感控制系统等。

随着车子电子化程度越来越高,尤其是自动驾驶、主动安全等功能的增加,车子的 ECU 会急速增加,有预测说,在未来五年里,车子里的 ECU 平均会达到 50-70 个,而现在一些电子结构复杂的车子,ECU 数量早就超过了一百。

ECU由少到多,少不了BBA的作用。BBA是全球知名的三大汽车品牌(奔驰、宝马、奥迪),全球汽车产业链的发展,大都为这三家马首是瞻。绝大部分车企,在进行新车型的研发,新功能的增加时,都会看BBA的动向。

奥迪A8是奥迪车系中的最高档车型,因此,看A8的技术演变,基本也就可以看到行业的趋势。

在奥迪官网上,是如此解释的:奥迪正通过运用协同效应和节省空间,在汽车辅助驾驶方面寻求变革。

今后,奥迪将放弃目前所有驾驶辅助系统(如停车辅助系统、夜视辅助系统或车道偏离预警系统)使用的相互分离控制单元,转而将一切辅助系统集中于同一地方:中央驾驶辅助控制单元(简称“zFAS”)。奥迪是首家将各类功能都集中到中央域架构(又称域控制单元)的OEM。

域控制器因为有强大的硬件计算能力与丰富的软件接口支持,使得更多核心功能模块集中于域控制器内,系统功能集成度大大提高,这样对于功能的感知与执行的硬件要求降低。

加之数据交互的接口标准化/网络化,会让这些零部件变成标准零件,从而降低这部分零部件开发/制造成本。简而言之,外围零件只关注本身基本功能,而中央(域)控制器关注系统级功能实现。

DCU是什么?

域控制器(DCU,Domain Control Unit)的概念最早是由以博世,大陆,德尔福为首的Tier1提出,它是为了解决信息安全,以及ECU瓶颈的问题。

根据汽车电子部件功能将整车划分为动力总成,车辆安全,车身电子,智能座舱和智能驾驶等几个域,利用处理能力更强的多核CPU/GPU芯片相对集中的去控制每个域,以取代目前的分布式汽车电子电气架构(EEA)。

域控制器的核心发展,还是芯片的计算能力的快速提升,部分TIe1和OEM希望属于公用信息的系统组件,能在软件中分配和执行,这样以足够的资源快速的完成客户需求的功能,也就是让软件和硬件的设计分离。

虽然这样的设计简化了汽车电子网络拓扑结构,但由于各种数据的相互融合也带来了安全隐患。

例如,智能座舱系统ECU将原有的车载信息娱乐系统与V2X,HMI,仪表等数据融合在一起处理,但根据功能安全ISO26262标准定义,仪表的某些关键数据和代码与HMI的代码属于不同等级要求(ASIL),从安全角度应该进行物理上的隔绝。因而这样的设计又与汽车电子功能安全标准背道而驰。

目前整个汽车电子系统通常由3~5个网络构成,它们通常由动力总成网络(高速网络)、舒适系统网络(中低速网络)和信息娱乐系统网络(多媒体网络)构成。它们由网关实现互连,构成一体化整车网络。

在高端技术方面,以Flexray总线为代表的时间触发总线技术的发展成熟将促进与安全相关的转向控制等功能的发展。

未来对于域控制器内部的硬件必定要根据功能安全等级划分为不同类型的功能,根据不同类型的功能分配进入不同功能安全支持的芯片内。

从现有控制器硬件架构看多颗/多核芯片以及冗余架构是域控制器设计主流设计, 虽然MEB还没有提供官方硬件控制器信息,但是借鉴Audi zFAS自动驾驶控制器ZFAS,未来域控制器只会在此基础上增加更多高性能、可靠性的设计。

《高工智能汽车》采访了博世的相关人士,了解到域控制器一般会根据汽车的功能、安全、区域来划分,将汽车的控制部分分为几大部分。域控制器会接管辖区内各个ECU的控制处理部分,用有强大运算力的处理器统一处理,原有ECU部分只需要按照命令执行即可。

下一代EEA

在自动驾驶时代,原有的一个功能对应一个ECU的分布式计算架构已经无法适应需求——比如摄像头、毫米波雷达、激光雷达乃至GPS和轮速传感器的数据都要在一个计算中心内进行处理以保证输出结果的对整车自动驾驶最优。

博世针对这一点在打造一个统一的域控制器,将自动驾驶车辆的各种数据聚集、融合处理,从而为自动驾驶的路径规划和驾驶决策提供支持。

在规划、决策方面,博世底盘控制系统已经在2017年新成立团队专门研发域控制器。博世预计在2019年底向市场上推出量产的域控制器,它搭载了自动驾驶L2、L3需用的中央行车大脑。

博世首先向市场推出支持L2级别的高速公路辅助,包含五个雷达和一个单目摄像头的域控制器基础版,提供控制的核心芯片是支持到ASIL-D的微控制器。

下一个版本,即支持L3级别的交通拥堵引导,通过域控制器提高运算能力,为了增加系统的冗余度,额外增加了一块英特尔提供的微处理器,使驾驶员解放双手。

在高速公路引导的高速段(L3)以及未来的L4城市引导上,提供超强能力的域控制器,引入在基础底层、特征层面运算所需要的硬件加速,不排除像GPU硬件加速的芯片,提高域控制器的运算能力。

在2018年CES展上,伟世通推出了下一代SmartCore™座舱域控制器将采用高通骁龙820A汽车级计算平台的解决方案。可以通过一套用户交互界面,在一块SoC芯片上运行并控制多个座舱域。它将会成为首款采用高通骁龙820A汽车级计算平台的座舱域控制器平台。

伟世通总裁兼首席执行官Sachin Lawande表示:SmartCore是一项能够控制车载电子不断增加的成本与复杂性的可行解决方案。SmartCore为汽车制造商提供了一种优化成本、节省空间、充分可扩并且可以空中升级的座舱电子解决方案。

奥迪与德尔福共同开发的zFAS,即是通过一块ECU,能够接入不同传感器的信号并进行对信号进行分析和处理,最终发出控制命令。这可以理解为德尔福那个多域控制器的“奥迪定制版”。

以二代为例,上面集成的芯片包括:Altera’s Cyclone V SoC FPGAs、32 位 TriCore Tm based mulTIcore uController、Mobileye EyeQ3、NVIDIA Tegra K1 处理器,可以实现完整的数据、规划、决策处理,从传感器到这个“主板”,使用的是以太网传输数据。而且,除了自动驾驶功能,它还集成进了很多和车辆控制有关的功能。

MDC的这种设计方式,优势有两方面:

一是能够将传感与处理分开,传感器与ECU不再是一一对应的关系,尤其对于OEM来说,有MDC之后,可以随意更换传感器的供货商;

二是MDC平台本身的可扩展性,MDC所能够对接的传感器类型与数目并不固定,可以根据OEM的需求对应开发。

业内人士透露,域控制器未来会成为一个趋势,各个Tier1也在纷纷布局,但究竟内部会以何种数据传输方式传输,以及各个域的划分标准会是什么样?目前还未定,现在还是发展早期。