宝马/奥迪拼抢新赛道,研发下一代车辆电子架构 | 科技说

  • 发表于: 2017/06/29 09:53:41 来源:车云网

车企已经开始计划用高性能的中央计算单元取代现在常用的分布式计算架构。

在PC产品上,有一个很有意思的现象。曾几何时,许多国际巨头纷纷砍掉或出售PC部门,一度只剩下走高端机路线的戴尔、苹果,或者是薄利多销的惠普。不过现如今,笔记本又多了很多新品牌,比如华为、小米等。

其实相比较于手机,或许笔记本的产品设计要更「简单」:操作系统只有windows可选,也不用像手机一样,考虑怎么去对安卓进行修改,只要考虑是不是要开发一点自己的软件植入到其中就行;硬件就更加简单了,根据产品定位选配置。方案自有方案商提供,再在外观设计上“下点儿功夫”,产品就出炉了。

所以车云菌想到了一个或许有些老生常谈的话题,这套方法,究竟有没有可能在汽车上实现?

其实,这种软件与硬件相分离的模式在车载信息系统中已经实现。那么整车层面有没有可能呢?我们看到智能化技术正在将汽车变化成一个大型的移动电子产品,车辆上ECU的数量越来越多,所以一个全新的车辆架构是必须的:一方面是从架构上进行重新设计,便于对复杂的系统与ECU进行管理;另一方面,全新的架构还需要满足新的趋势,诸如互联、云计算、OTA更新等的新要求。

在这样的背景下,已经有厂商开始进行尝试,比如宝马与奥迪,计划用高性能的中央计算单元取代现在常用的分布式计算架构。

宝马与奥迪研发全新电子架构

据车云了解,宝马与奥迪都在进行全新的电子架构设计,命名略有不同,奥迪将新架构命名为中央计算集群(central computing cluster),而宝马叫做中央计算平台(central computing platform)。

设计思路是十分接近的,两者都由一个或者多个通用的高性能微型电脑组成,由来自于英伟达、高通或者Mobileye这类供应商提供的芯片来提供各项能力。车辆的功能将会根据车辆与云端之间数据传输的带宽不同而有所不同。

奥迪的中央计算集群奥迪的中央计算集群

从上图可以明显看到,奥迪的新架构分为传感器与执行器层和承载不同功能的域层,不同的域之间通过以太网来进行通讯,而车辆的中央计算单元会与企业的后台相连接,而奥迪的后台会与HERE的后台相连接。与HERE后台相连接是进行数据共享,HERE在被ABB收购之后就开始推动车联网数据采集标准化的工作,有这三家做后盾,从车载传感器收集数据来辅助进行地图制作与数据更新等都更加容易。

域层是汽车架构设计的一个趋势,根据功能不同,可以分为娱乐信息、信息安全防护、舒适、驾驶辅助、动力系统与电子座舱等。

宝马中央计算平台宝马中央计算平台

这张图中则显示出了宝马的架构变化,并且介绍了架构的变化方向。从图中可以看出,宝马与奥迪的架构有些类似,在金字塔的底层同样是传感器与执行器,向上一层是标准化的ECU,是通用化的控制单元,可以直接实现一些标准化的功能;再向上一层是集成的ECU,车企在这一层会将自己独有的功能集成到ECU之中,会有定制化的软件代码和功能。

前面提到,开发新架构的目的之一是减少复杂性,重新设计以便于进行管理。车辆通过不同ECU之间信号的交换来实现不同的功能,宝马负责电子电气软件架构平台管理与产品供应的副总裁Kai  Barbehön在介绍这套架构时提到:“现在在宝马车上,需要处理12000个信号来建立不同功能之间的链接。正在开发的高度自动驾驶系统的后台将需要提供实时的动态信息,高度自动驾驶功能的实现也需要更多的传感器,如果不改变车辆电子架构的话,将无法掌控新功能带来的信息号处理的复杂程度。”

Barbehön认为在所有的中央处理器中需要有一个统一的软件平台。他预计到2025年,基于Linux的平台将会配合满足安全要求的Autosar标准的自动驾驶平台,以及GENIVI的娱乐系统。“自动驾驶需要满足安全与安防两方面的要求,但是娱乐系统在安全方面的要求则要低于这部分,而对安防要求更高。如果你列出所有的需求,那么是有可能有一个统一的平台满足不同的域的需求的。”

Barbehön认为这种架构最大的好处在于,能够显著地减少需要开发与验证的软件数量。“开发一个稳定的平台之后,我们可以对其进行管理与维护。基础的软件平台可以被重复利用,已经测试过的软件将可以在新的硬件上继续使用,即便是来自另外一个硬件供应商。当然最终的测试过程还是必不可少的。”

奥迪现任首席电子电器工程师Thomas Mueller看法类似,认为应该将车载信息系统中软件与硬件分离的开发方式推广到其他领域,而他的前任Ricky Hudi则表示,“可扩展性是新的电子架构必须要具备的属性,而且整个大众集团都会因此而受益。”

新电子架构要解决的问题

在Mueller看来,最大的问题是能否找到提供对应能力和产品的供应商

按照现在的开发模式,汽车制造商从Tier 1处拿到的产品中,已经嵌入了具备电子控制单元的架构。如果汽车制造商要改变供应商,首先要对新的软件或硬件进行验证与测试,这需要花费大量的时间与成本。所以汽车的开发周期很长。

Mueller在接受外媒采访时表示,希望奥迪的新架构能够在2020年左右的时候完成大部分元素,但是需要解决将硬件与软件分离的问题。“在车辆的电子架构中将会有一个或者多个中央控制单元。不过我们目前还没有完全决定。为了将硬件从软件中解耦,我们需要一个标准操作系统,比如像Linux,标准的以太网连接,标准的I/O端口以及其他等等一系列标准化的东西。”

Mueller提到,在IT行业,40年前推出的Unix操作系统能够允许数据中心的操作者识别来自于不同供应商的软件应用。“这个问题解决了此前软件与硬件必须来自于同一家供应商的问题。”他解释道,“来自于A和B的软件可以运行在X和Y提供的硬件上,所以在我的设想里,未来的车辆你可以认为是一个架在轮子上的数据中心。”

Hansen对硬件与软件独立开发的好处与劣势进行了总结:

软硬件分离的优势与劣势软硬件分离的优势与劣势

这种开发方式将会影响供应商的业务模式。

以自动驾驶为例,几大供应商巨头都存在某种程度上的技术垄断,尤其是在车辆控制与执行层面,其通讯协议的开放程度,在与不同的制造商之间进行合作时,是有所不同的。

另外一方面,不同汽车制造商对于车辆功能的定义不同,这种「定制化」的存在,也会增加软硬件分离的难度。比如,在宝马的架构上,特意将通用功能的ECU与定制化的ECU分到两层。这里也举一个新兴造车企业的例子。

前途汽车的K50预计将在今年底明年初的时间量产,在今年的上海车展上前途展出了K50接近量产的版本,其中有一个产品展示是车辆的VCU。

前途K50的VCU模块前途K50的VCU模块

从这个图片可以看到,这个VCU集成了车辆控制、能量管理、通讯管理、人机交互与安全管理等不同功能。前途的工程师表示VCU由前途自行开发,其原因在于“没有找到供应商能够提供满足我们需求的产品”。但是工程师也坦言,自行开发的缺点也是显而易见的,尤其是作为前途的第一款车,开发的经验还不足,在功能开发与架构规划上并不完全明晰,后续还会将继续改进优化。

但是从另外一个层面来说,供应商在进行产品开发时,同时也需要考虑到汽车制造商的产品设计需求,设计通用化平台架构,以减少在开发与验证上的工作,尤其是对于诸如智行者这类的初创供应商而言。

智行者开发了一套自己的自动驾驶操作系统AVOS(Automated Vehicle Operating System),包括底层(Linux+ROS)、核心算法层、I/O层等。根据智行者CTO王肖的介绍,这套操作系统最大的特点是将核心算法层与I/O层进行分离,来保证普适性与定制化开发。其中核心算法层会保持固化,只根据智行者本身的研发来进行升级与更新,而针对不同车辆的定制化需求,会在I/O层来满足。为了能够满足定制化开发需求,智行者在算法层面进行了抽象化定义,以便可以将客户的功能需求可以在应用层进行开发并与算法层进行对接,而无需对算法层进行改进。

车云小结

在与业内人员谈到这个话题时,大家的看法存在高度的一致性:从技术开发层面来说,这种模块化是可行的,在IT行业已经有先例了,只不过在汽车行业,无论是从硬件、软件还是标准上,都缺乏满足量产条件的已有产品。而要驱动这种变化,不仅仅是技术推动,还会涉及到经济生态的变化。

不过当下也正是一个好机会。以自动驾驶为核心的新兴技术正在改变汽车制造商的角色,也在改变汽车制造商与供应商之间的关系模式,在这个过程中,或许就可以找到改变经济生态的机会。

连线杂志创始主编凯文·凯利曾说,颠覆一个行业的技术来自于行业之外。汽车行业已经被无数行业之外的人盯上了,他们的加入也会刺激这种改变的发生。

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