伟世通渐进式创新和下一代智能汽车展望

佐思汽研编译 佐思汽车研究 今天

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本资料编译自伟世通CTO兼高级副总裁Markus Schupfner2019年11月的演讲材料



伟世通产品组合包括:仪表板,平视显示器,座舱电脑(控制器),信息娱乐系统,显示系统,联网系统,自动驾驶系统等。根据第三方机构研究,伟世通目前是排名前五的智能联网汽车一级供应商,数字仪表第一名,中控显示第二名。   
 
座舱电子的发展历程如下:2008专有嵌入式信息娱乐系统→2011全数字仪表→2015苹果CarPlay和Android Auto→2018座舱域控制器→2020本地化Android信息娱乐系统→2021多显示模块+ADAS L2 +HMI→2022自适应座舱。
 
座舱安全的发展历程如下:2009自动紧急制动→2014车道保持辅助→2017单车道高速辅助→2018公路驾驶辅助与换道→2020 E-NCAP+REM+VRUs→2021适用于L2 Hands-Off的WP29标准→2022适用于L2Hands-Off的联合国标准。

 


座舱电子的主要发展趋势:

 

•电动汽车和安全驱动的仪表数字化

•CarPlay和Android Auto赢得信息娱乐之战

•从分散式ECU到集中式座舱域控制器

•带ADASHMI的多显示器数字座舱

•自适应座舱融合车内监控和ADAS环境

 

座舱安全的主要发展趋势:

 

•更加关注改进L2级ADAS (指L2+)

•需要传感器融合,并提高算力

•仅在美国和日本允许L2级脱手驾驶

•联合国WP29工作组正在制定新规范

•预计2022年联合国有关脱手驾驶的规范将增加ADAS/AD控制器的需求

 

座舱域控制器的基本要求是:显示器,集中计算,可扩展性,多核。自动驾驶域控制器的基本要求是:集中式传感器融合,可扩展的GPU功能,抽象和安全,开放。
 



伟世通分别推出了座舱域控制器和自动驾驶域控制器。其中座舱域控制器叫SmartCore,是服务于多个显示器和多应用程序的安全集中式计算平台,让座舱具有更高的性价比,提供从入门级到高级功能的可扩展性,提供快速集成的中间件和工具。
 
伟世通自动驾驶域控制器叫Drivercore,带三大模块:Compute、Runtime和Studio。Compute具备从2 TFLOPS到20 TFLOPS的算力,提供失效安全和信息安全的模块化设计Runtime提供安全通讯,并易于集成到车辆;Studio提供开放的研发生态系统。

 


EE架构的变革正在改变整车布局。为什么需要新的电子电气架构?主要是由于行业发展的挑战和汽车新技术的进步。尤其是汽车以太网TSN改变了未来的电子电气架构。

 

行业发展的挑战有:

 

ECU数量大幅增加(超过100个)

•需要更多的传感器/执行器/计算力

•硬件/软件分离:生态开发合作伙伴的集成

•车辆线束重量和生产成本的增加(最长5千米,>50千克,生产时间超过1000小时)

•故障安全,容错操作,信息安全

•云端/边缘侧的无缝连接和升级

 


汽车新技术的发展包括:

 

以太网时间敏感网络(TSN)

•面向服务的体系结构(SOA):应用连接到虚拟域/区域

•并行计算承载,确保失效安全,容错操作和失效可操作

•微服务

•永久系统/软件/数据可升级性



目前,汽车内部的网络设施主要是基于域的架构。针对每个关键功能都有不同的域:一个域用于车身控制,一个域用于信息娱乐,一个域用于远程信息处理,一个域用于动力总成等等。通常情况下,不同的域使用不同网络协议的组合(如CAN、LIN、FlexRay等协议)。
 
随着网络复杂性的不断提高,这种不同的域使用不同协议的方法效率越来越低。因此,在未来几年中,将需要从目前基于域的体系架构转向区域(Zonal)体系架构。
 
伟世通预计,2024年以后的汽车区域体系架构特点有:

 

•具有高带宽和真正实时通信功能的以太TSN主干网

•所有传感器执行器均由可扩展的区域网关ECU处理

•区域体系架构将融合车辆新功能新技术和重量成本优势

 

2028年以后的区域体系架构特点有:

 

•进一步将处理单元整合到一个“超级”计算设备中,包括冗余

•处理器刀片提供可扩展的计算能力

•重用汽车以太TSN主干架构

 

区域体系架构的提供良好的可扩展性,包括从入门到豪华车型的多种扩展选择。

 



区域体系架构包括两个核心设备区域网关ECU和Super Core (中央计算平台)。
 
区域网关ECU提供和分发数据及电力,支持车辆特定区域的功能;支持传感器执行器接口以10BaseT1以太网替换其他网络协议CAN FD、Flexray等;充当网关、交换机和智能接线盒。
 
Super Core (中央计算平台)则充当车内应用服务器,是一个具有多GiG接口,采用多个SoC的控制单元。Super Core支持面向服务的体系结构(SoA),是一个完全可扩展和可升级的平台,可连接到边缘服务器和云端服务器。


上图是一个典型的区域体系架构案例。在一辆L2+车辆上,将139个ECU分配到11个区域,分别连接到8个区域ECU+3个Super Core。车辆边缘的区域ECU是为了最大限度地减少功能实现路径,三个SuperCore ECU则设置在车辆中间。

 


 本案例的优点包括:


1.通过6到11个区域ECU实现线束的节省;

2.区域体系架构可节省50%以上的线束长度,既节省了控制/数据线束,也节省了电力线束,还减少了线束的生产时间;

3.标准化的区域ECU部署可以通过变化调整,适当增减实现灵活部署,还可以分配电力并提供保护。

 

关于电子电器架构的发展趋势,简单总结如下表:


展望未来,L3自动驾驶系统大概需要20000 GFLOPS的GPU,1000kDMIPS的CPU,以及200w的功耗。



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