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从特斯拉控制器设计思路看智能汽车电子架构的演变

发布日期:2019-09-02


座舱域控制器将会很快取代众多独立模块,并消除常见集成电路的冗余。

中央BCM是第一个成为一种集线器或网关的ECU,管理与车门、车窗、座椅、照明和空调相关的基本功能。然而,Infotainment目前是发生在车辆中最激进的整合领域。座舱域控制器有望迅速渗透到全球的高端和入门市场领域,在一个强大的silver box中集成计算和内存功能,这些功能之前是在独立模块中分布在汽车周围。这将减少线束和封装重量,同时通过消除诸如微控制器、模拟接口、收发器或功率分立器件之类的通用集成电路的冗余来简化电子物料清单。安全性也可以从使用标准通信协议和拥有唯一强大的master brain中获益,但涉及这些多功能系统的软件复杂性的增加将是真正的挑战。特别是汽车供应链顶端的领先的主机厂们将不得不进行组织架构重组,以适应这种新的模式,并保持与那些以特斯拉为首的新造车势力之间的竞争力。

ADAS & Infotainment

ADAS和Infotainment始终密切相关,因为仪表组是车载信息模块,向驾驶员显示安全相关信息。但是通过座舱域控制器,可以通过可用的Infotainment处理器启用新的基于摄像头的应用,例如自动泊车或DMS。最初由高通、联发科或三星等公司为手机设计的芯片组在通过车规级认证后已经征服了Infotainment市场。它们通常包括神经处理单元,可以增强直观的Infotainment体验及座舱内的智能ADAS应用,并且由于通过虚拟化(虚拟机管理程序)实现软件分离,可以保证实时ADAS应用所需的安全完整性级别和低延迟,同时较不重要的Infotainment的性能也很少受到影响。

下图显示了目前座舱ECU整合的情况。独立的ECUsilver box(绿色)、有时带有集成显示器或摄像头,成为由座舱域控制器管理的简单外围模块:

域融合与区架构

尽管特斯拉Model 3的AP和Infotainment可能不是域融合模块,只是一个使用水冷的巧妙的联合包装设计,但一些主机厂已经在考虑完全合并ADAS和信息娱乐域控制器的可能性了。

座舱域控制器功能 vs 外设

model 3手套箱下的AP&Infotainment芯片

一些Tier 1还设想了一个“可扩展的自动驾驶域控制器,用于L2和更高级别的自动驾驶,与座舱域控制器集成,以便与驾驶员无缝交互”,正如伟世通解释的那样,半导体供应商Nvidia越来越多地将其重点转向软件,开发了一个集成平台,集成了自动驾驶和智能座舱软件堆栈,可以在单个实时操作系统上运行。

两个域共用硬件资源是有意义的,例如惯性传感器、高精地图和神经网络存储器、用于V2V通信和定位的芯片等。然而,由于这些半导体元件现在必须符合比Infotainment专用应用所要求的更高的可靠性和安全标准,整体物料清单暂时不会有显著的降低。

在这种集中式拓扑结构中,边缘处的传感器(激光雷达、雷达,摄像头、超声波、环境光、温度、压力)和执行器(电机、显示器、扬声器)相对来说是比较商品化的哑设备。传感器原始数据通过时间敏感的千兆以太网骨干网络发送到主计算机,以实现最佳数据融合算法,但如果该方法更加混合一些,则来自所有域的外设分布在可扩展的区架构中,具有跨域每个分区中的ECU执行传感器数据集合以减少带宽。ADAS应用的冗余在初始感知阶段至关重要,但也可能用于决策。因此,从安全的角度来看,拥有两个独立的中央计算机可能更可取:如果ADAS域控制器发生故障,座舱域控制器可以作为紧急备份解决方案运行。

云端

这种趋势似乎正在融合越来越多的域,目标是2030年成为“车轮上的服务器”。未来的自动驾驶车辆可能成为一个移动平台,带有两个中央计算机,用于ADAS/安全/底盘/动力总成和Infotainment/车联/车身/舒适性功能,在面向服务的体系结构中接收来自多个传感器或IoT设备的输入。得益于5G基础设施,快速且无处不在的云访问不仅可以提高使用云数据的本地功能的性能,还可以保证成功的按需激活和多个车辆功能的远程执行,从而大大降低车内的嵌入式软件处理和存储需求。

座舱域控制器功能 vs 外设

重视软件模块并将其与硬件分离,采用信息技术行业的网络协议和策略将变得至关重要。然而,有效地应对严格的安全要求和对车联网和高度自动驾驶车辆构成的网络安全威胁是一个巨大的挑战,所以有些人认为汽车世界将永远与消费电子和电信行业保持着本质上的不同。


Category: 谈技术


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