技术无人驾驶 AI

AI和无人驾驶需求下的未来汽车电子架构

盖世汽车刘晓毅 2018-05-21 13:58

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。