你真的了解什么是智能座舱么(域控制器篇)
来源 | 阿宝1990
要说奥迪A4L凭什么这么受欢迎,能够在销量上领先奔驰和宝马,我觉得“科技”是⾮常重要的⼀点,这也是奥迪品牌⼀向的标签,像是这项汽车上古时代的配置,奥迪就重新将其定义,打造出了“虚拟座舱”,带给了⽤户⾰命性的创新体验。每⼀位奥迪A4L的⽤户,⽆不称赞其虚拟座舱带来的科技与便利性。⽽
近⽇上市的全新奥迪A4L也不出所望,再次将“创新科技”四个字诠释的淋漓尽致。
看看媒体都是怎么评论的,这次奥迪A4L就带来了最新⼀代MMI系统,该系统可以说是⽬前最好⽤的车机系统之⼀。因为它完全符合中国消费者的使⽤习惯,要知道,与其他操作系统依据国外使⽤习惯不同,最新⼀代的MMI信息娱乐系统是基于安卓平台开发,并专为中国⽤户打造的应⽤体系,值得⼀提的是,这也⾸款引⼊安卓平台的豪华品牌车型。安卓平台最⼤的优点就是“开放”性,这意味着奥迪A4L的车机系统,不再像其他车型的车机⼀样,局限于仅有的⼏个功能,⽽是可以根据⽤户的使⽤需求,⾃主下载,选择APP。
⽽这⾥的全新奥迪A4L的智能座舱使⽤的就是⾼通820A芯⽚做的,简单来说就是⼀颗主芯⽚既输出给中控导航,⼜输出液晶仪表信息,⽽且两个产品在同⼀个芯⽚上跑不同的软件系统,那我们来唠嗑⼀下什么是域控制器。
域控制器的发展历程
智能座舱发展经历了整体基础 智能座舱发展经历了整体基础 -细分产品 细分产品 -融合⽅案的格局变化。先是整体电⼦器架构和操作系统出现,随后各细分产品逐渐装载到车上,如今的趋势是各产品的协同整合。
可以看到2018年伟世通才出现基于座舱产品的域控制器,主要是整合了车载中控和仪表,还没有整合更多的ADAS功能的产品,⽐如360环视、LDWS等功能进去,说明这个域控制器有⼀定的难度。
博世将整车电⼦电⽓架构发展分为6 个阶段:模块化阶段、功能集成阶段、中央域控制器阶段、跨域融合阶段、车载中央电脑和区域控制器阶段、车载云计算阶段,⽬前⼤多数整车⼚商开始从模块化向功能集成阶段迈进,⽽特斯拉已经达到了第五个车载中央电脑和区域控制器阶段。⽬前汽车的电⽓架构绝⼤部分都是处于第⼀阶段,模块化的阶段。
模块化阶段整车OTA升级不⽅便
随着汽车⼯业的飞速发展,汽车电⼦电⽓系统变得⼗分复杂,⼀辆普通汽车的电⼦控制单元(ECU)已经多达70-80 个,代码约⼀亿⾏,且各个ECU 往往来源于供应链中不同的tier1,有着不同的嵌⼊式软件和底层逻辑,各个ECU 往往独⽴运⾏,整车⼚没有权限也没有能⼒维护更新ECU,因此传统汽车的软件更新⼏乎与汽车⽣命周期同步,整车企业以OTA ⽅式更新软件系统受限,⽬前仅仅局限于娱乐信息系统更新。
模块化阶段成本优势不明显:
传统座 舱,仪表、娱乐、中控等系统相互独⽴,主要由单⼀芯⽚驱动单个功能/系统,通信开销⼤,就⽐如中控和仪表间进⾏地图的通讯,传统座舱需要增加2个LVDS芯⽚+2个LVDS座⼦+⾼速信号线材,既增加了通讯的成本,⽽且通讯时间也增加了。
⼀芯多屏”模式采⽤⼀颗芯⽚⽀持多个操作系统,不仅解决了系统之间⾼成本的 通信开销问题,同时缩短了通信时间,⽽且减少了单个AP 及外围的成本,随着量产数量的增加,不断降低域控制器的芯⽚成本。
多重因素发展促进域控制的出现:
1、新能源汽车以及动⼒电池技术发展迅猛。车⾝电⼦电器架构正在进⾏深度升级,由传统的分布式
向中⼼演变,不同操作系统之间通过虚拟机打;同时三元锂离⼦电池能量密度已经突破300wh/kg,为智能座舱各功提供能量基础。
在新能源车的发展过程中你会看到很多同传统车不⼀样的先进技术在这⽅⾯使⽤,由于新能源车本⾝的架构和传统燃油就有很⼤的不同,对⽐于燃油车,新能源汽车的结构更简单。⽬前的燃油车结构⽐新能源汽车更复杂,特别是动⼒总成系统部分,要⽐新能源汽车复杂得多。新能源汽车的车辆结构较为简单,主要部件为动⼒电池组、电机和EMS组成的三电系统,因此在新能源汽车上开发或者使⽤⾃动驾驶技术,那么出现概率的情况要⽐燃油车低得多。与此同时,从操控上来说,新能源汽车也要⽐燃油车更好操控——控制电压电流的⼤⼩以及输出,远⽐控制传统内燃机来得容易得多。
sx4锐骑>汽车基础知识
所以⽐如⼀些ADAS的设备、TBOX、以太⽹、还有⼀些域控制器都是在优先在新能源车上出现,然后逐步使⽤到燃油车上。
长城宝马2、芯⽚的运算能⼒呈指数级提升,可以满⾜⼀些域控制器的基本硬件条件,甚⾄可以满⾜⾃动驾驶的算⼒要求,各⼤芯⽚⼚商都推出了算⼒匹配的主控芯⽚,同时⾃动驾驶的技术成熟使得⼈们从驾驶场景解放出来,更多的注意⼒放在智能座舱场景⾥⾯去,所以这⽅⾯的芯⽚的推动也是巨⼤的。新车如何磨合
3、云计算和5G的铺设速度加快,云平台的计算、存储能⼒和5G的传输速度为智能座舱的预控器的⼤数据量、低延迟需求提供了保障。
从分布式到集中式,域控制以及未来计算平台将成为智能驾驶最⼤的增量。过去汽车的控制器主要以分布式为主,每个控制器针对⼀个功能。随着汽车智能化等级的提升,原本的多个控制器将集成为域控制。
车内电⼦架构将来会划分为5个域:驾驶辅助/⾃动驾驶域、智能座舱控制域、车⾝控制域、车⾝控制域、动⼒总成域。⽽其中驾驶辅助/⾃动驾驶域、智能座舱域为汽车未来核⼼,也是未来车企差异化竞争,实现软硬件分离从⽽实现软件盈利的关键核⼼点。
域控制器的架构优点
域控制器阶段是以以太⽹为⾻⼲⽹,⾯向服务的架构,按功能划分的集中化可以加速软硬件分离,节约整机的成本,具体的优点如下:
1)硬件架构升级:
a.减少内部算⼒的冗余,避免ECU数量膨胀,减少设计算⼒总需求;
b.传统分布式架构难以实现实时交互,集中式架构可以统⼀交互,并实现整车功能协同;
c.集中式架构后,线束缩短,整车质量减轻
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2)软件架构升级:
a.分布式架构软硬⼀体,整车企业并没有权限去维护和更新ECU,因此⽆法通过后续OTA更新解决问题。变成集中式架构后,软硬解耦,可以通过系统升级(OTA)持续地改进车辆功能,软件⼀定程度上实现了传统4S店的功能,可以持续地为提供车辆交付后的运营和服务;
b.整体形成感知层后,采集的数据信息可共⽤。软硬解耦后,可实现多个应⽤共⽤⼀套硬件装置,有效减少硬件数量。
3)通信架构升级。采⽤⾼速以太⽹取代CAN总线,为未来汽车添加更多车联⽹、ADAS功能提供⽀撑。
a.⾼实时性:数⼗微秒的确定性传输延迟和亚微秒级的节点时间同步精度
b.⾼带宽:百倍传输,满⾜⼤量⾮结构化数据(视频、图⽚)的传输
智能座舱域控制器的CPU芯⽚市场
a.传统的汽车芯⽚⼚家遇到消费领域巨头芯⽚⼚家的挑战
根据专业调查数据,在2015年以前都是以瑞萨、NXP、TI等传统汽车芯⽚主导市场,前⾯三家的芯⽚就占据市场60%的份额,从2015年开始,越来越多的消费级芯⽚巨头参与汽车芯⽚⽣产商重组并购。
智能座舱域控制器芯⽚ 市场的主要参与者包括 NXP、德州仪器、瑞萨电⼦等传统汽车芯⽚⼚商,主要⾯向中低 端市场,此外⼿机领域的⼚商如联发科、三星、⾼通等也加⼊市场竞争中,主要⾯向⾼端市场,这个市场越来越好看,越来越好玩。
由于域控制器芯⽚市场仍处于⾏业萌芽期,⽬前国内搭载座舱域控制器芯⽚的 车型绝⼤部分仍然采⽤的是德州仪器的Jacinto6 和 NXP 的i.mx6 等上⼀代产品。国内竞 争者主要有华为、地平线等。根据伟世通数据,2019 年全球座舱域控制器出货量约为 40 万套,预计
2025 年出货量将超过 1300 万套,2019-2025 年均增长 79%。
竞悦b. 相对于消费级芯,车规级芯⽚对于可靠性、安全性的要求更⾼
从上图可以看到,车规级芯⽚在温度、湿度、碰撞等多个维度范围更宽,需要承受的极限条件更苛刻,此外,由于开发需求的复杂化,在芯⽚设计、测试等环节投⼊更⾼的成本和时间,所以在市场中可以看到车机芯⽚的更新换代速度相对较慢(有的车型⼀卖就是七⼋年),车机芯⽚升级的动⼒不⾜,态度更加谨慎,这两年车机芯⽚的运⾏速度已经和消费级芯⽚⼤幅缩⼩了。
汽车座舱领域迭代速度也开始像⼿机⼀样快速,产品的⽣命周期越来越短,竞争越来越激烈,原本⼿机领域的⼚家如联发科、三星、⾼通都加⼊阵营,未来华为还有紫光展锐也会加⼊。⼿机领域的⼚家主要着眼点在于研发成果的最⼤限度利⽤。⽽原本传统的汽车SoC芯⽚⼚家NXP、瑞萨和德州仪器压⼒⼤增。
c. 智能座舱域控制器芯⽚未来3-5年的玩家
智能座舱芯⽚:⾼端以⾼通、英特尔、瑞萨为主(还要看其第四代产品竞争⼒),⾼通领先
CPU性能对⽐:⾼通820A CPU性能与英特尔、瑞萨基本⼀致。但8155具备全⽅⾯的性能优势,8.5万DMIPS同代产品领先。
GPU性能:⽬前浮点性能上,⾼通相⽐于瑞萨、英特尔领先较多,⽐如820A的GPU性能为588GFLOPS,⽽英特尔为216GFLOPS,瑞萨为115.2GFLOPS。
中低端玩家:恩智浦(i.MX6/i.MX8)、德州仪器(Jacinto 6/ Jacinto 8);
低端产品:意法半导体(A5/A6);
待进⼊玩家还有华为、三星、联发科。
d. 域控制芯⽚的简单粗暴解说
英特尔在2015年将Atom系列拓展到汽车领域,即Apollo Lake,也就是3900系列,2017年为强化低端市场,特别推出低价位的
A3920,其性能实际与3900系列旗舰A3960相差不多,但价格是3900系列中最低的。价格低,但性能
丝毫不低,不过截⽌2019年7⽉,A3920还未通过AEC-Q100认证,这是基础的车规级认证,但这并不影响其市场,⽬前已经有车⼚在导⼊A3920。
特斯拉为A3950做了活⼴告。国内红旗和长城也开始采⽤英特尔的SoC,国际上则有宝马和沃尔沃两⼤客户。英特尔的强⼤⽀撑还有开源的ACRN虚拟机,这是其他⼚家望尘莫及的。其他家的虚拟机⽅案⼀般只能选择Xen或收费的QNX,⽬前英特尔最新的车规级AEC-Q100芯⽚是A3960,这个还在推⼴中。