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本資料編譯自偉世通CTO兼高級副總裁Markus Schupfner2019年11月的演講材料。
偉世通產品組合包括:儀表板,平視顯示器,座艙電腦(控制器),信息娛樂系統,顯示系統,聯網系統,自動駕駛系統等。根據第三方機構研究,偉世通目前是排名前五的智能聯網汽車一級供應商,數字儀表第一名,中控顯示第二名。
座艙電子的發展歷程如下:2008專有嵌入式信息娛樂系統→2011全數字儀表→2015蘋果CarPlay和Android Auto→2018座艙域控制器→2020本地化Android信息娛樂系統→2021多顯示模塊+ADAS L2 +HMI→2022自適應座艙。
座艙安全的發展歷程如下:2009自動緊急制動→2014車道保持輔助→2017單車道高速輔助→2018公路駕駛輔助與換道→2020 E-NCAP+REM+VRUs→2021適用於L2 Hands-Off的WP29標準→2022適用於L2Hands-Off的聯合國標準。
座艙電子的主要發展趨勢:
•電動汽車和安全驅動的儀表數字化
•CarPlay和Android Auto贏得信息娛樂之戰
•從分散式ECU到集中式座艙域控制器
•帶ADASHMI的多顯示器數字座艙
•自適應座艙融合車內監控和ADAS環境
座艙安全的主要發展趨勢:
•更加關注改進L2級ADAS (指L2+)
•需要傳感器融合,並提高算力
•僅在美國和日本允許L2級脫手駕駛
•聯合國WP29工作組正在制定新規範
•預計2022年聯合國有關脫手駕駛的規範將增加ADAS/AD控制器的需求
座艙域控制器的基本要求是:多顯示器,集中計算,可擴展性,多核。而自動駕駛域控制器的基本要求是:集中式傳感器融合,可擴展的GPU功能,抽象和安全,開放。
偉世通分別推出了座艙域控制器和自動駕駛域控制器。其中座艙域控制器叫SmartCore,是服務於多個顯示器和多應用程序的安全集中式計算平臺,讓座艙具有更高的性價比,提供從入門級到高級功能的可擴展性,提供快速集成的中間件和工具。
偉世通自動駕駛域控制器叫Drivercore,帶三大模塊:Compute、Runtime和Studio。Compute具備從2 TFLOPS到20 TFLOPS的算力,提供失效安全和信息安全的模塊化設計;Runtime提供安全的通訊,並易於集成到車輛;Studio提供開放的研發生態系統。
EE架構的變革正在改變整車佈局。為什麼需要新的電子電氣架構?主要是由於行業發展的挑戰和汽車新技術的進步。尤其是汽車以太網TSN改變了未來的電子電氣架構。
行業發展的挑戰有:
•ECU數量大幅增加(超過100個)
•需要更多的傳感器/執行器/計算力
•硬件/軟件分離:生態開發合作伙伴的集成
•車輛線束重量和生產成本的增加(最長5千米,>50千克,生產時間超過1000小時)
•故障安全,容錯操作,信息安全
•雲端/邊緣側的無縫連接和升級
汽車新技術的發展包括:
•以太網時間敏感網絡(TSN)
•面向服務的體系結構(SOA):應用連接到虛擬域/區域
•並行計算承載,確保失效安全,容錯操作和失效可操作
•微服務
•永久系統/軟件/數據可升級性
目前,汽車內部的網絡設施主要是基於域的架構。針對每個關鍵功能都有不同的域:一個域用於車身控制,一個域用於信息娛樂,一個域用於遠程信息處理,一個域用於動力總成等等。通常情況下,不同的域使用不同網絡協議的組合(如CAN、LIN、FlexRay等協議)。
隨著網絡複雜性的不斷提高,這種不同的域使用不同協議的方法效率越來越低。因此,在未來幾年中,將需要從目前基於域的體系架構轉向區域(Zonal)體系架構。
偉世通預計,2024年以後的汽車區域體系架構特點有:
•具有高帶寬和真正實時通信功能的以太TSN主幹網
•所有傳感器和執行器均由可擴展的區域網關ECU處理
•區域體系架構將融合車輛新功能新技術和重量成本優勢
2028年以後的區域體系架構特點有:
•進一步將處理單元整合到一個“超級”計算設備中,包括冗餘
•處理器刀片提供可擴展的計算能力
•重用汽車以太TSN主幹架構
區域體系架構的提供良好的可擴展性,包括從入門到豪華車型的多種擴展選擇。
區域體系架構包括兩個核心設備:區域網關ECU和Super Core (中央計算平臺)。
區域網關ECU提供和分發數據及電力,支持車輛特定區域的功能;支持傳感器、執行器等接口;以10BaseT1以太網替換其他網絡協議如CAN FD、Flexray等;充當網關、交換機和智能接線盒。
Super Core (中央計算平臺)則充當車內應用服務器,是一個具有多GiG接口,採用多個SoC的控制單元。Super Core支持面向服務的體系結構(SoA),是一個完全可擴展和可升級的平臺,可連接到邊緣服務器和雲端服務器。
上圖是一個典型的區域體系架構案例。在一輛L2+車輛上,將139個ECU分配到11個區域,分別連接到8個區域ECU+3個Super Core。車輛邊緣的區域ECU是為了最大限度地減少功能實現路徑,三個SuperCore ECU則設置在車輛中間。
本案例的優點包括:
1.通過6到11個區域ECU實現線束的節省;
2.區域體系架構可節省50%以上的線束長度,既節省了控制/數據線束,也節省了電力線束,還減少了線束的生產時間;
3.標準化的區域ECU部署可以通過變化調整,適當增減實現靈活部署,還可以分配電力並提供保護。
關於電子電器架構的發展趨勢,簡單總結如下表:
展望未來,L3自動駕駛系統大概需要20000 GFLOPS的GPU,1000kDMIPS的CPU,以及200w的功耗。
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