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华为智能汽车解决方案BU CTO蔡建永:计算与通信架构驱动软件定义汽车

发布日期:2020-08-16

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在8月14日下午举办的“中国汽车论坛”分论坛上,华为智能汽车解决方案BU CTO蔡建永发表了题为《华为计算与通信架构使能软件定义汽车》演讲。
以下是小编对蔡总演讲的整理:


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什么是软件定义汽车?


现在整个“软件定义汽车”这个概念非常热门,像车载操作系统、服务架构、自动驾驶、中间件等都非常热门,而且每个车企或者大的零部件供应商也在成立新的组织,或者进行组织整合应对这一变化。
到底什么是软件定义汽车?我认为:软件定义汽车意味着软件将深度参与到整个汽车的定义过程、开发过程、验证过程、销售以及服务的过程。
比如说对于汽车的定义过程,联网的车可以很容易的得到用户的喜好以及在线反馈,在开发和验证阶段可以通过车载数据实时上传,对整个车的零部件或者子系统进行优化,在服务阶段可以销售更多的软件特性。实际上软件还在不断改变和优化整个开发的过程,从而实现体验的优化、过程的持续优化和价值的持续创造。
对软件定义汽车,我们更多是“软件驱动汽车”可能更合适一些,不但意味着软件让车跑起来,而且软件驱动汽车工业体系持续优化,让车变得更加安全、更加绿色、更加便捷和更加舒适。
2
四化驱动汽车智能化进化


软件定义汽车一方面带来的好处是什么?让问题的解决变得非常快速,同时不停地提供越用越好的,给消费者带来惊喜的体验,这实际上变成了黏性。什么原因带来了这样的变化?背后的主要因素我认为主要是“四化”,最主要的驱动实际上“三化”——电动化、智能化、网联化。
电动化可以实现非常灵活的驾驶体验,智能驾驶本身是很好玩的,可以看到车的环境,可以自动泊车,可以在高速上进行巡航,同时由于自动驾驶大量释放了司机驾驶的强度,释放了司机的时间,对娱乐系统提供了更多的操作机会,使得汽车从一个传统驾驶体验操控性为主变成了用车体验,汽车正在逐步变成第三生活空间。
另一方面,汽车软件在不停改变整个体验的过程中,车从销售给客户之后,主机厂还不停的开发新的软件,去优化新的软件,这样的开发和实际上需要持续的投入,这个投入必须在消费者、主机厂,甚至在车厂之间形成正向的利益循环,这样才是可持续的。从这点来看,汽车从第一次销售之后,价值的变现应该变成一个新的起点。
看现有车的架构及商业模式有一定问题的,无法支撑当前传统车走向智能车。现在车的架构是分布式的架构,分布式架构对于主机厂而言,这个架构是非常复杂的,要涉及到几十个甚至上百个ECU之间的开发,而且ECU里面的代码非常多,非常复杂,开发和协调的工作量非常大。对供应商而言,每个ECU都是基于功能开发的,是局部的,而不是整车级开发。
从商业模式来讲,当前车辆的商业模式是高度定制化的商业模式,主机厂要付开发费,让Tier1开发新的功能,这种模式从长期来看也不可持续,因为在汽车SOP之后,如果我是一个供应商开发了一个新的功能,但车已经卖出去了,出去收不到钱,这个开发就浪费了,也无法变现,变得不可持续。从这点来看,如果传统车走向智能汽车的话,在商业模式上要形成新的变革。


从一个智能汽车的关键基础来看,我们认为智能汽车要有三大关键基础支撑。最重要的一点是自动驾驶,因为智能汽车在不断进化,随着自动驾驶的能力越来越高,座舱的能力变得越来越丰富,同时智能驾驶在L4之后,对车的舒适性要求越来越高。有人说**级别的自动驾驶的体验,应该是你坐到车里面去了,在不知不觉当中车的速度提高到120公里每小时,像坐一个高档的电梯一样,你进去以后没有感觉,过一会你发现电梯到了目的地楼层。

我们认为从5-10年来看,智能驾驶会是体验的竞争焦点,随着自动驾驶的程度越来越高,智能座舱会成为新的差异化的焦点,当人在车里面不用开车,车的形态、车的使用都会发生巨大的变化,车内的体验会变得非常丰富和非常多样。
因为整个车变得越来越复杂,电子电气架构越来越复杂,整车数字架构作为一个基础,必须要管理好软硬件的复杂性,确保整车级的安全性和可靠性,同时提供开放的能力使能上层应用的开发。
3
华为CCA+VehicleStack构建数字系统


华为在看到“四化”的过程中一直在思考,我们怎么定位自己。通过最近一段时间的探索,我们提出华为CCA+VehicleStack构建数字系统,这个数字系统可以看一个传统车有六层,**下是机械层,第二层是高压电池电气层;第三层是低压的部件层,传感器,执行器,甚至是网关、计算、域控制器等等,再上面一层是软件层,这里含娱乐系统的操作系统、自动驾驶的操作系统、车控的操作系统,而且还包含跨操作系统的VehicleStack,我们叫整车级的中间件,再上面是应用层,比如座舱的应用程序、自动驾驶的应用程序和整车控制的应用程序,再上面是云服务层。
我们整车数字系统架构设计理念从长期来看,一是软件可升级,可以做到跨车型、跨软件,甚至跨车企的软件重用;硬件来讲,要做到可扩展、可更换,甚至做到传感器的即插即用,将来这个车如果你要开发,现在你买的车可能是L2的,只有5个毫米波,1个摄像头,将来要升级上去,要更高的自动驾驶,可以买两个激光装上去,同时买个自动驾驶的硬件装上去,使得你这个车具有更高阶的功能,而不是每次想要一个新功能的时候重新换车。因为在“摩尔定律”的作用下,电子电池部件更新换代是非常快的,但是换车的话可能要5-10年。
第三层我们认为要构建可信的体系(Trust Worthy),可信包含整车的数字安全(网络安全),同时包含功能安全,还要做好隐私保护。这个车的架构我们希望能做到端到端的成本**,同时实现车能够持续创造价值的平台,当这个车卖给消费者之后,车可能像手机一样,可以在车的平台上购买更多的应用,购买更多的软件,这样对车厂而言,也能获取一部分收入,从而形成一个正向的商业循环。

具体一点来讲,CCA和VehicleStack包含两层,最下面一层是基于区域的架构硬件层,硬件层有几个特点。
第一,有网关(区域网关),在VIU硬件上面就近接入相应的传感器、执行器,甚至部分的ECU,同时VIU上面提供相应的传感器供电,三个VIU或者五个VIU提供高速的以太总线进行互联,联成一个环网,这个环网是高可靠的,当任何一个VIU坏掉之后,整个环网可以通过环回的路线保证整个通讯的安全性。在此之上,我们定义了三个域控制器,VDC主要负责整车和底盘域的控制,MDC主要负责自动驾驶的控制,CDC主要负责娱乐的控制。这是硬件层面和架构层面。
在硬件和架构层面之上,我们定义了VehicleStack(整车级软件框架),这个软件框架涉及到几个基本事情,整车的框架是基于服务的架构,采用微服务和微插件的框架。
第二,整车级框架还要实现数据的转发,从数据的预处理,到数据的分组、加密、聚合、分发记录都会在VehicleStack完成,同时提供功能安全和网络安全相应服务,最后在这个架构上实现相应的API和SDK,让上层的应用,含车控的应用,像整车管理、热管理,包括ADAS的应用,L1、L2甚至L3+的应用都可以在上层进行实现。
整个VehicleStack会把一些整车厂现在比较苦、比较累的、比较基础的活做好,比如整车级的OTA,比如整车级的功能安全和网络安全都把它做好。

从整个价值来看,我们在架构的价值进行了初步分析,总的说来四个维度。
第一,可以做到很好的成本优化。因为我们是就近接入的,所以从省线束,省重量上面预计可以节省15%-20%的线束重量和长度,同时由于集中化的,可以减少ECU的数量。还有一个是装配成本,因为整个VIU是放在固定区域的,所以装配起来比较简单。
第二,关于上市时间,大家知道一个传统车如果做一个全新的架构,架构的预演可能花2年时间,再把车做出来可能花3年时间,再进行测试、验证等,改一个架构要非常长的时间。但是现在新的架构,因为这个架构基本上是标准化的,通过三个VIU甚至五个VIU把整个架构做好,一次验证,所有的车型都可以用,这样会大规模节省新架构的开发时间。
第三,大家知道现在车型上有非常多的智能驾驶的要求,有满足法规上的AEV,还满足L1、L2的,比如说自适应巡航,有L3+,甚至L4的,比如自动泊车、自动驾驶等等。在这个架构上,我们可以实现从L0到L4架构的持续演进。
第四,统一的架构在不同的功能域之间可以很方便的开发新的应用。
下面针对每个特点稍微展开一下:
第一,关于整车线束成本的节省
我们分析了一个30万左右的车型,可以看到这个车型ECU是38个,再采用新的架构之后可以把10个ECU合并到相应的域控制器里面,节省差不多26%的ECU数量。
线束长度来看,原车线束差不多3.2公里,经过区域接入之后可以减少到2.6公里,节省17%;线束的成本从3000多块钱降低到2500块钱,节省19%,重量差不多节省7公斤左右。
这里面可以看到,我们分析的时候只合并了一些基本的功能,比如说前车门的控制,左车门的控制,主驾驶座椅的控制、副驾驶座椅的控制、网关、辅助驾驶的控制器、电动尾门控制器(音)以及热管理几个基本的ECU进行合并;长期来看可能有更多的ECU合并到新的架构里面。如果要开发新的功能,也很容易在新的域控制器上进行新功能的开发。
第二,关于TTM
这个架构非常灵活的,我们可以看到对一个入门型的车型可以配少量的VCU,最少是三个,在这个配置下可以有一个CDC保证娱乐的功能,VDC作为基础的辅助驾驶,比如L0和L1的辅助驾驶功能,同时把整车的控制,电池管理、热管理,甚至车身的管理作为应用跑在VDC的控制器上面。高端配置来讲,我们可以增加新的VIU,比如说增加4个或者增加5个,根据整车功能的复杂性来确定,同时对高端车型可以选配MDC高阶自动驾驶的域控制器,可以做L3甚至更高的自动驾驶功能。
在以太环网上面,入门车型的配置可以用千兆以太网,高端车型可以用10个G甚至更高的以太网来实现更高效的传感器的访问,更快速的OTA升级。
第三,关于智能驾驶

我们统一用智能驾驶代表L0到L4的自动驾驶,这是一个简单的示图。为了满足法规上的要求,VIU在上面完成了超声波传感器以及一个毫米波的接入,在VDC上面可以做一个简单的泊车、后视摄像头和前像摄像头的接入,可以完成ADAS辅助驾驶的要求。
再往后走,如果走到L1的辅助驾驶,可以加上四个环视,因为摄像头的带宽要求现在超过了以太网带宽的标准定义过程,所以我们建议摄像头可以直延到VDC上面。
再往后做到L2的话,增加更多的毫米波,毫米波的带宽比较低,可以直接通过环网接入。
再往后,现在大家不太敢谈L3,都谈的是L2.999,因为出事的话法律责任在人。这种情况下可以新加一个MDC,在新的MDC上面把前视的摄像头原来有一个变成三个,车视摄像头四个直接连到MDC上面,对于原来连接到辅助驾驶的摄像头可以通过转发,转发到MDC上面,从而使得智能驾驶可以从低阶逐渐演进到高阶,在这个配置下,L0、L1、L2辅助驾驶的功能可以由车厂自己开发,也可以合作伙伴开发。对于L2+,比如说MDC自动驾驶失效的时候可以到VDC上面,从而使车可以安全靠边停车,减少安全的风险。
第四,关于跨域E2E体验打通

现在车的智能化要求越来越,比如一键备车,涉及到车内通讯、电池管理、热管理、车身的控制等等,包括人机交互。在传统车的架构里面要实现这样的功能是非常困难的,因为你要跟很多家的供应商讨论、更新需求,每次更新都会耗时非常长的时间,而且同时消耗很多的开发费用。因为我们在整个架构上提供了汽车的API,把整个相应的能力全部开放出来,开发相应的功能就比较简单。
像特斯拉现在比较**的里程估计,像远程诊断、调测等等,都需要支持配合,这样的架构可以非常方便主机厂进行开发的。
华为的智能驾驶梦想就是把数字世界带给每一辆车。我们下一步希望把技术和通讯架构,把整车级的VehicleStack贡献给所有的主机厂和合作伙伴们,让我们一起在平台上进行开发,从而加快智能电动汽车的进程,让每个最终的消费者,能够用到更好的车、更安全的车。
(注:本文根据现场速记整理,未经演讲嘉宾审阅)
来源:汽车电子与软件



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