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:多显示器,集中计算,可扩展性,多核。而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 提供安全的通讯,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


•所有传感器和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、执行器等接口;以 10BaseT1 以太网替换其他网络协议如 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。