AI和無人駕駛需求下的未來汽車電子結(jié)構(gòu)分析

這是一款中級豪華轎車的電子電器架構(gòu)， 如圖1所示， 是一種平行的、由不同帶寬和信號傳輸標(biāo)準(zhǔn) （protocol） 并通過網(wǎng)關(guān)（Gateway）連接而成的網(wǎng)絡(luò)， 這里有CAN（controller area network）、FlexRay、MOST、LIN、LVDS（Low voltage differenTIal signaling），甚至模擬信號的直接連接。

車載電子網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)有上萬個(gè)信號在不同傳輸標(biāo)準(zhǔn) （protocol）下收發(fā)，不同形式的軟件在不同的上百個(gè)的電子控制模塊運(yùn)行，軟件的規(guī)模已經(jīng)超過100 Mio.行，如何把控這樣的復(fù)雜體系，有效地驗(yàn)證其整體功能和安全， 還同時(shí)要把研發(fā)和整車成本控制在一定的范圍內(nèi)，這是主機(jī)廠現(xiàn)在面臨的一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。

讓我們回顧一下個(gè)人電腦（Personal Computer）的發(fā)展歷程，自1981年8月IBM發(fā)明PC以來， 電腦的硬件架構(gòu)是基本固定的和可擴(kuò)展的（scalable）， 有CPU、GPU， 有PCI-Bus，有端口USB、VGA、HDMI，還有工作內(nèi)存、硬盤或SSD； 軟件方面，有一個(gè)操作系統(tǒng)，有不同的應(yīng)用軟件，而連接這些PC的網(wǎng)絡(luò)，是以太網(wǎng)（Ethernet） 。

這里作者指出，汽車的電子模塊對比PC，有如下的巨大區(qū)別：

面對車聯(lián)網(wǎng)（V2X） 、駕駛輔助系統(tǒng)ADAS（advanced driver assistance system） 、整車電氣化（electrificaTIon） 、以及未來無人駕駛（autonomous driving）的市場，現(xiàn)有汽車的電子電器架構(gòu)已經(jīng)不能滿足未來的需求了。大量的數(shù)據(jù) （雷達(dá)、激光雷達(dá)、攝像頭、以及其它各種傳感器的信號，還有V2X的信號）需要接收、處理、并發(fā)出相應(yīng)的指令到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

對此，筆者提出如下三個(gè)觀點(diǎn)：

第一：開發(fā)和制定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的、可擴(kuò)展的汽車用電腦，把它稱為iPC（車載電腦）

iPC如同一個(gè)高性能的、可擴(kuò)展的PC，擁有標(biāo)準(zhǔn)的CPU （central processing unit）、GPU （graphic processing unit） 、SoC（system on chip），和其它可擴(kuò)展的AI芯片，比如NPU （neuronal network processing unit） 。在2000年，我還在德國戴姆勒集團(tuán)負(fù)責(zé)動力總成電子系統(tǒng)，和同事們研討未來汽車電子時(shí)，就有了iPC想法的雛形 。

iPC的操作系統(tǒng)可以統(tǒng)一，比如Linux。iPC的網(wǎng)絡(luò)端口主要是以太網(wǎng)（Ethernet），帶寬1Gbps至100Gbps，集成了未來的5G移動網(wǎng)絡(luò)， 以及I/O端口。這是屬于PC和服務(wù)器制造公司、創(chuàng)新科技公司的一次世紀(jì)機(jī)遇！也是汽車電子行業(yè)重新洗牌的時(shí)刻！

第二：制定和實(shí)施汽車以太網(wǎng)（automoTIve ethernet）

以太網(wǎng)在互聯(lián)網(wǎng)、個(gè)人電腦、工業(yè)自動化已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用。未來的中國制造2025、或者德國工業(yè)4.0，物聯(lián)網(wǎng)（internet of things），它們都有一個(gè)共同的載體Ethernet！汽車網(wǎng)絡(luò)之所以至今少有應(yīng)用以太網(wǎng)（少數(shù)在多媒體的應(yīng)用除外），其中一個(gè)主要障礙就是以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)性 （real TIme capability） 。

以太網(wǎng)一般要等待先傳輸?shù)囊粋€(gè)信號包 （package）投遞到達(dá)，才能傳輸?shù)诙€(gè)信號包，這樣，對發(fā)動機(jī)、轉(zhuǎn)向或制動系統(tǒng)的控制信號，是不能滿足要求的。為了使以太網(wǎng)能夠?qū)崟r(shí)控制（time trigged），IEEE802.3制定標(biāo)準(zhǔn)，可以發(fā)送快遞信號包（express package），它可以先暫停在傳輸中的信號包，讓快遞信號包實(shí)時(shí)送達(dá)后，再傳送暫停了的信號包，以解決發(fā)動機(jī)、轉(zhuǎn)向、制動系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制問題。另外，如果利用PoE（Power over Ethernet），可實(shí)現(xiàn)不外加線束、直接驅(qū)動一些執(zhí)行器。

第三：開發(fā)獨(dú)立于硬件的應(yīng)用軟件

現(xiàn)有五花八門的車載電子控制模塊，因?yàn)樗鼈儊碜圆煌腡ie1，有不同的硬件、不同的操作系統(tǒng)，更有不同的應(yīng)用軟件，這對于OEM來講，是一個(gè)極高成本的、大風(fēng)險(xiǎn)的、十分復(fù)雜的集成和驗(yàn)證工作。

如果有了車載電腦iPC，有了iPC的統(tǒng)一的操作系統(tǒng)，就能給與軟件科技公司一次巨大的機(jī)遇，開發(fā)獨(dú)立于硬件的應(yīng)用軟件，如同App，可以在不同的硬件環(huán)境下正常運(yùn)行， 客戶甚至可以依據(jù)個(gè)人需求付費(fèi)下載（new business model）， 也使OEM可以簡單地集成、驗(yàn)證、再用（re-use） 。我的一些德國汽車主機(jī)廠（BBAP）的同行們，同樣希望有獨(dú)立于硬件的應(yīng)用軟件，便于進(jìn)一步開發(fā)、再應(yīng)用（re-use），甚至便于切換Tie1。

汽車電子的未來架構(gòu)將是車載（automotive ethernet） 。

作者在這里提出三個(gè)觀點(diǎn)：

1） 標(biāo)準(zhǔn)化、可擴(kuò)展的車載電腦iPC

2） 統(tǒng)一的操作系統(tǒng) （比如Linux）

3） 獨(dú)立于硬件的應(yīng)用軟件

這將是未來汽車發(fā)展的趨勢，給與PC、服務(wù)器制造商和科技創(chuàng)新公司，以及獨(dú)立的軟件科技公司帶來了嶄新的商機(jī) 。打破系統(tǒng)Tie1的壟斷，正是中國零部件企業(yè)的世紀(jì)機(jī)遇！

預(yù)測到2025年， 以太網(wǎng)在汽車電子的滲透率將超過50%， 而它帶來的不僅是技術(shù)的跨越，也是降低成本、輕量化和汽車個(gè)性化（iPC的App， 軟件更新OTA）， 車聯(lián)網(wǎng)V2X，無人駕駛（routing & map via cloud）的新突破。

作者劉曉毅博士（觀昱機(jī)電技術(shù)（CostKey-Solutions.com）創(chuàng)始人），德國戴姆勒集團(tuán)（奔馳汽車）21年的資深汽車技術(shù)經(jīng)驗(yàn)（動力總成電子控制系統(tǒng)系列開發(fā)和商務(wù)車電子架構(gòu)設(shè)計(jì)、整車企劃、成本工程、新工藝開發(fā)、變速箱生產(chǎn)等部門高級經(jīng)理），主導(dǎo)過奔馳汽車重卡16擋自動化變速箱系列開發(fā)、動力總成零部件和空客大型結(jié)構(gòu)件的新工藝開發(fā)、電動商務(wù)車整車和成本企劃、商務(wù)車及轎車的多項(xiàng)降低成本重點(diǎn)項(xiàng)目（PKO/OPTIMA，CTX， CORE）。長城汽車技術(shù)中心擔(dān)任高層技術(shù)管理，為長城汽車集團(tuán)組建了中國車企第一個(gè)全建制的成本工程體系、方法和流程，并使它融入了集團(tuán)的整個(gè)產(chǎn)品過程。