AI和无人驾驶需求下的未来汽车电子架构

2018-05-21 17:51:15 盖世汽车　点击量：评论 (0)

这是一款中级豪华轿车的电子电器架构, 如图1所示, 是一种平行的、由不同带宽和信号传输标准 (protocol) 并通过网关(Gateway)连接而成的网络，这里有CAN(controller area network)、FlexRay、MOST、LIN、LVDS(Low voltage differential signaling)，甚至模拟信号的直接连接。

图1 一款豪华轿车的EE架构

车载电子网络已经有上万个信号在不同传输标准 (protocol)下收发，不同形式的软件在不同的上百个的电子控制模块运行，软件的规模已经超过100 Mio.行，如何把控这样的复杂体系，有效地验证其整体功能和安全，还同时要把研发和整车成本控制在一定的范围内，这是主机厂现在面临的一个巨大挑战。

让我们回顾一下个人电脑(Personal Computer)的发展历程，自1981年8月IBM发明PC以来，电脑的硬件架构是基本固定的和可扩展的(scalable)，有CPU、GPU，有PCI-Bus，有端口USB、VGA、HDMI，还有工作内存、硬盘或SSD; 软件方面，有一个操作系统，有不同的应用软件，而连接这些PC的网络，是以太网(Ethernet) 。

图2 IBM PC5150

这里作者指出，汽车的电子模块对比PC，有如下的巨大区别：

图3 汽车电子模块与PC的对比

面对车联网(V2X) 、驾驶辅助系统ADAS(advanced driver assistance system) 、整车电气化(electrification) 、以及未来无人驾驶(autonomous driving)的市场，现有汽车的电子电器架构已经不能满足未来的需求了。大量的数据 (雷达、激光雷达、摄像头、以及其它各种传感器的信号，还有V2X的信号)需要接收、处理、并发出相应的指令到执行机构。

对此，笔者提出如下三个观点：

第一：开发和制定一个标准的、可扩展的汽车用电脑，把它称为iPC（车载电脑）

iPC如同一个高性能的、可扩展的PC，拥有标准的CPU (central processing unit)、GPU (graphic processing unit) 、SoC(system on chip)，和其它可扩展的AI芯片，比如NPU (neuronal network processing unit) 。在2000年，我还在德国戴姆勒集团负责动力总成电子系统，和同事们研讨未来汽车电子时，就有了iPC想法的雏形。

iPC的操作系统可以统一，比如Linux。iPC的网络端口主要是以太网(Ethernet)，带宽1Gbps至100Gbps，集成了未来的5G移动网络，以及I/O端口。这是属于PC和服务器制造公司、创新科技公司的一次世纪机遇!也是汽车电子行业重新洗牌的时刻!

第二：制定和实施汽车以太网（automotive ethernet）

以太网在互联网、个人电脑、工业自动化已经有了广泛的应用。未来的中国制造2025、或者德国工业4.0，物联网(internet of things)，它们都有一个共同的载体Ethernet!汽车网络之所以至今少有应用以太网(少数在多媒体的应用除外)，其中一个主要障碍就是以太网的实时性 (real time capability) 。

以太网一般要等待先传输的一个信号包 (package)投递到达，才能传输第二个信号包，这样，对发动机、转向或制动系统的控制信号，是不能满足要求的。为了使以太网能够实时控制(time trigged)，IEEE802.3制定标准，可以发送快递信号包(express package)，它可以先暂停在传输中的信号包，让快递信号包实时送达后，再传送暂停了的信号包，以解决发动机、转向、制动系统的实时控制问题。另外，如果利用PoE(Power over Ethernet)，可实现不外加线束、直接驱动一些执行器。

第三：开发独立于硬件的应用软件

现有五花八门的车载电子控制模块，因为它们来自不同的Tie1，有不同的硬件、不同的操作系统，更有不同的应用软件，这对于OEM来讲，是一个极高成本的、大风险的、十分复杂的集成和验证工作。

如果有了车载电脑iPC，有了iPC的统一的操作系统，就能给与软件科技公司一次巨大的机遇，开发独立于硬件的应用软件，如同App，可以在不同的硬件环境下正常运行, 客户甚至可以依据个人需求付费下载(new business model)，也使OEM可以简单地集成、验证、再用(re-use) 。我的一些德国汽车主机厂(BBAP)的同行们，同样希望有独立于硬件的应用软件，便于进一步开发、再应用(re-use)，甚至便于切换Tie1。