智能電動汽車需要什么樣的電子架構？

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

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

關于這個問題，汽車供應商巨頭德爾福已經(jīng)用業(yè)務分拆進行了回應，業(yè)內(nèi)也早已達成共識：從數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議、智能駕駛系統(tǒng)的冗余性設計到軟件框架都需要重新設計，以滿足智能汽車的高數(shù)據(jù)傳輸量、人機交互以功能及智能駕駛安全性。

而目前來看，將這一理念實踐得比較充分的，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，中國學網(wǎng)與奇點汽車智能系統(tǒng)ADAS及軟件平臺硬件總監(jiān)蔣偉宏、ADAS及軟件平臺高級總監(jiān)劉瑞祥進行了一番詳談。他們認為，對于整車企業(yè)來說，汽車電子化架構改變帶來的，并非僅僅是像零部件企業(yè)那樣進行業(yè)務結構調(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。

汽車電子結構的模塊化

在傳統(tǒng)的汽車電子架構中，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。這種方式會增加線束長度和重量，當然也會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，在智能駕駛時代，需要的線束長度會更長。

對于續(xù)航和價格都高度敏感、同時在智能化浪潮中肩負更多數(shù)據(jù)傳輸壓力的電動汽車來說，簡化傳統(tǒng)電子架構已經(jīng)迫在眉睫。因此，在新型電動汽車的正向開發(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進行模塊化設計。

特斯拉即將推出的Model Y即是這一設計的集大成者，馬斯克曾透露，Model Y會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，進而減少能量損耗，對于提升續(xù)航將會起到積極的作用。同時，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)能會快速提升，成本也會得到有效改善。

奇點汽車智能系統(tǒng)ADAS總監(jiān)蔣偉宏未向中國學網(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)絡拓撲結構，將車內(nèi)電子架構劃分為5個域，分別為：智能駕駛域、智能信息域、車身域、底盤域、動力域。



“這些域劃分帶來什么樣變化呢？多個硬件信號的交匯在整車上，形成盤根錯節(jié)的網(wǎng)絡將不復存在。” 蔣偉宏直言，而對原先網(wǎng)絡結構進行取代的“CAN+車載以太網(wǎng)”則組成了雙主干網(wǎng)絡總線架構。

傳統(tǒng)的車身架構中，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。“在你眨一下眼睛的時間里，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)量將會火速升至10萬份。”業(yè)內(nèi)相關工程人士曾向中國學網(wǎng)表示。

據(jù)透露，在奇點汽車“CAN+車載以太網(wǎng)”的雙主干網(wǎng)絡總線架構中，CAN協(xié)議主要負責時效要求更高、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)都在合力推動車載以太網(wǎng)的大規(guī)模應用。

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提供兼容，即車輛只需針對相應硬件和軟件進行升級，無需改動車輛的電子架構。

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

基于“CAN+車載以太網(wǎng)”的功能創(chuàng)新

可以在線升級的人機交互系統(tǒng)被認為是未來汽車產(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費。由于QNX本身是一款實時性和封閉性的操作系統(tǒng)，儀表盤的安全性和運行質量無需用戶太過擔憂。據(jù)蔣偉宏透露，黑莓QNX在儀表盤中的測試數(shù)據(jù)可以達到百萬小時無錯，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？

“從觀點上，我們認為安卓的安全級別在整車里面是相對低的。因此在網(wǎng)絡拓撲，以及相關的協(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，將更多人機交互的入口權重轉移給穩(wěn)定性得到驗證的儀表系統(tǒng)。



奇點汽車的分離式中控大屏設計

“我們可以把中控做到比較安全，但我們還是認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，通過防火墻設置，讓它變成對整車來說是單行節(jié)點。然后通過儀表把對車上的直接控制命令下發(fā)，或者包括對整個動力與底盤下發(fā)。” 蔣偉宏說。

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

蔣偉宏表示，奇點汽車能夠落地這套方案的原因有兩個：一，在整個線束里面，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，將來的升級換代，只需要在后端處理器的計算能力上進行提升，不需要對整個架構上做顛覆性的變化。

在奇點汽車上，另一個可以模塊化迭代的設計是分離式的中控大屏。“隨著軟硬件升級，未來只需要用戶把中控主機換掉就可以了，將來所有升級包括帶寬、顯示分辨率，已經(jīng)通過以太網(wǎng)進行了覆蓋。” 蔣偉宏說。

智能電動汽車時代，車企不應忽視對數(shù)據(jù)的控制權

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

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

“什么是分離式？即并線輔助、自動泊車或者自適應巡航等功能背后的每個零部件，它們之間的交互沒有產(chǎn)生數(shù)據(jù)，同時，每個功能還是不同的供應商。這個車推出時有某功能，一年之后小改款也是這樣的功能，車的架構不具備可成長性。” 劉瑞祥說。

據(jù)劉瑞祥介紹，奇點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，從而在這里面實現(xiàn)各種智能駕駛的功能，包括自適應巡航、車道保持、自動泊車。”劉瑞祥強調(diào)，這樣設計最大的好處，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用的是Bosch，超聲波用的是其他供應商，沒關系，他們的數(shù)據(jù)都可以到中央控制器。”

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

“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現(xiàn)上，除了在量產(chǎn)的時候實現(xiàn)ADAS功能，后續(xù)還可以隨著大規(guī)模用戶反饋，通過迭代升級實現(xiàn)一些功能。”劉瑞祥表示。

自研儀表盤、中央控制器、中控車載系統(tǒng)乃至車機硬件……在奇點汽車設計中體現(xiàn)出來的，對一系列對電子架構和信息化設計的掌控，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自動駕駛芯片的主張，而蔚來汽車也同樣在數(shù)字體驗系統(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)會逐漸同質化，汽車企業(yè)的的核心競爭力將集中到智能化系統(tǒng)當中，而這考驗的將是誰先做出了充分布局。