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全球最先进的量产车电子电气架构——奔驰STAR3分析

2022/05/12
1995
阅读需 11 分钟
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奔驰在2020年推出的新一代S级轿车,代号W223,E/E架构采用了奔驰最新的STAR3架构,2021年的新C级,代号W206也采用了STAR3架构,奔驰所有车型都将升级到STAR3架构,这也是目前最先进的汽车E/E架构,全球唯一的SOA(服务导向)架构,也是全球最先进的量产车架构。

STAR3架构

图片来源:互联网

上图是STAR3架构简介,部分德语部分英语,深蓝色是标准设备,浅蓝色是特殊设备。Zentraler就是Central,Domane就是Domain,Antrieb就是Powertrain,Telematik就是Telematics,Fahr就是Drive。这与上一篇路虎的EVA2.0架构类似,奔驰更强调以太网交换机的作用。

图片来源:互联网

奔驰STAR3架构,还是英语和德语混合,Fahrwerk就是底盘Chassis。

                      

图片来源:互联网

与SOA对应的是信号导向型架构,典型如特斯拉的Model 3,也就是左图。这是奔驰以舒适网络ECU做的对比,服务导向型与信号导向型对比。还是德语和英语混杂,德语的k基本可对应英语的c,Bedien是Operator,anforderungen就是requirement。奔驰升级网关ECU到带有多个以太网交换器的ECU,内部包含了任务调度功能。

图片来源:互联网

理解SOA需要深入了解AUTOSAR。上图就是用AUTOSAR的方式解释SOA。AUTOSAR标准制定的目标之一,是希望在应用程序级别能做到可复用性,也就是说,我们可以基于现有的模型去创建更多,更复杂,或者基于特定项目需求的模型资源,而无需从零开始设计每一个部分。基于这个想法,衍生出了类型-原型(type-prototype)的概念。同时,开发人员也能创建出软件组件的分层模型,无论你的设计有何种的复杂度,软件组件SWC的任意设计,都不会对整个系统运行时的行为有任何影响,实际行为完全定义在一个个独立的软件组件当中。

SWC有三个级别,最高层级的级别,也是最抽象的级别,是VFB,在这个级别当中,描述了组件基本的通信属性以及通信关系。其次是RTE级别,在RTE级别中,可以来描述某一AtomicSwComponentType的行为,也即SwcInternalBehavior,例如RTE Event和Runnable Entity。最后是Implementation Level描述了针对于给定SwcInternalBehavior的具体实现,也即SwcImplementation。

Autosar的通讯相比于传统的通讯架构发生了根本性的变化。其核心模块就是多出了PDU Router。PDU Router在ECU通讯中的作用和网络里的路由器的功能很类似,就是对一个又一个I-PDUs(Interaction Layer Protocol Data Units,可以理解为数据包,由数据、长度和I-PDU ID组成。)进行转发,连接通信服务层与ECU抽象层。PDU是Autosar通讯中重要的概念,每个PDU包含着SDU和PCI,每个PDU拥有独自的ID用于互相区分。非TP层的I-PDU数据不应超过8字节的长度。这确保了可以在单个CAN消息中发送I-PDU。

要理解Eventgroup,需要了解SomeIP,SomeIP (Scalable service-Oriented MiddlewarE over IP) 是车载以太网的一种通信协议。对于熟悉CAN通信的开发者而言,CAN通信一般属于周期或者触发的形式在总线上传输的,而SomeIP则不同,它是在接收方有需求的时候才发送,是一种以服务为导向的数据通信方式。这也是SOA架构的由来。

SomeIP数据包主要包括两大部分,分别是Header和Data。在传输的过程中可以通过TCPUDP两种通信数据协议进行传输。SomeIP定义的通信方式主要包括四大类: 1) Methods: Methods包含了请求后有应答的Method,和请求后没有应答的Method(Fire&Forget); 2) Event:当某种事情发生后,服务端向客户端发送的Message; 3) Field:Get/Set/Notifier某种属性或者状态; 4) EventGroup:用来进行publish/subscribe处理Events and Fields的通信的逻辑组。

这里的服务也是AUTOSAR的概念,在AUTOSAR软件架构中,汽车嵌入式系统软件自上而下分别为应用软件层(Application Software Layer,ASW)、运行时环境(Runtime Environment,RTE)、基础软件层(Basic Software Layer,BSW)和微控制器(Microcontroller)。为保证上层与下层的无关性,在通常情况下,每一层只能使用下一层所提供的接口,并向上一层提供相应的接口。目前AUTOSAR规范定义最为详细的部分就是基础软件层。而且判断某个软件架构是否遵守AUTOSAR规范的主要依据就在于基础软件层。

基础软件层(Basic Software Layer,BSW)又可分为四层,即服务层(Services Layer)、ECU抽象层(ECU Abstraction Layer)、微控制器抽象层(Microcontroller Abstraction Layer,MCAL)和复杂驱动(Complex Drivers)。服务层(Service Layer)又由一系列基础软件组件构成,包括系统服务(System Services)、存储器服务(Memory Services)、通信服务(Communication Services)等。它们主要用于提供基础软件服务,包括标准化的系统功能和功能接口。这就是图里所说的Services。

图片来源:互联网

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A26/17在W223上就是NTG7,之所以和发声器控制连接在一起是奔驰W223跟路虎卫士一样配备到了RNC主动降噪技术。CANI主要是针对柴油机的。

       

车身一域主要是车门和天窗。

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车身二域主要是座椅。

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车身三域为安全带和后尾箱。

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Infotainment一域,A40/12即AR-HUD,N123即无线充电

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Infotainment二域,主要是后排。

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氛围灯是奔驰特色,搞得非常花俏,也很复杂。

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底盘和悬挂域,依然是FlexRay总线。

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A40/13就是立体双目系统,A89是主毫米波雷达

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这只是一级网络,W223的NTG7主机(新C级还是NTG6主机)和后排娱乐系统相连,整个系统拥有4片以太网交换器,即Marvell的88EA6321-TFJ2,这是一颗以太网交换机芯片,没错,就是特斯拉用在自动驾驶系统上那颗,实际上这颗芯片是为座舱系统设计的。Marvell 第一代车载以太网交换机88EA6321,是7端口以太网千兆性能交换机,完全符合IEEE802.3车载标准,支持AVB音频/视频桥接功能),并支持低能耗以太网,可降低功耗。该款7端口以太网交换机集成了2个IEEE 10/100/1000BASE-T/TX/T端口、2个RGMII/xMII(这2个端口可配置成1个GMII)端口和1个SGMII / Serdes端口。

奔驰的E/E架构非常先进且可靠性极高,软件复用性很强,但缺点是硬件成本很高,以太网Phy和交换机大量使用,这些芯片又比较紧缺,价格持续飞涨,注重成本的丰田或特斯拉无论如何都不可能采用这种架构。未来奔驰只能放弃低价车型,零售价估计都要在50万人民币以上了。

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梅赛德斯-奔驰

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戴姆勒(戴姆勒股份公司)一般指梅赛德斯-奔驰集团股份公司。戴姆勒股份公司(Daimler AG),总部位于德国斯图加特,是全球最大的商用车制造商,全球第一大豪华车生产商、第二大卡车生产商。公司旗下包括梅赛德斯-奔驰汽车、梅赛德斯-奔驰轻型商用车、戴姆勒载重车和戴姆勒金融服务等四大业务单元。

戴姆勒(戴姆勒股份公司)一般指梅赛德斯-奔驰集团股份公司。戴姆勒股份公司(Daimler AG),总部位于德国斯图加特,是全球最大的商用车制造商,全球第一大豪华车生产商、第二大卡车生产商。公司旗下包括梅赛德斯-奔驰汽车、梅赛德斯-奔驰轻型商用车、戴姆勒载重车和戴姆勒金融服务等四大业务单元。收起

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