伟世通渐进式创新和下一代智能汽车展望

本资料编译自伟世通 CTO 兼高级副总裁 Markus Schupfner2019 年 11 月的演讲材料。

伟世通产品组合包括：仪表板，平视显示器，座舱电脑（控制器），信息娱乐系统，显示系统，联网系统，自动驾驶系统等。根据第三方机构研究，伟世通目前是排名前五的智能联网汽车一级供应商，数字仪表第一名，中控显示第二名。  

座舱电子的发展历程如下：2008 专有嵌入式信息娱乐系统→2011 全数字仪表→2015 苹果 CarPlay 和 Android Auto→2018 座舱域控制器→2020 本地化 Android 信息娱乐系统→2021 多显示模块+ADAS L2 +HMI→2022 自适应座舱。
 
座舱安全的发展历程如下：2009 自动紧急制动→2014 车道保持辅助→2017 单车道高速辅助→2018 公路驾驶辅助与换道→2020 E-NCAP+REM+VRUs→2021 适用于 L2 Hands-Off 的 WP29 标准→2022 适用于 L2Hands-Off 的联合国标准。

座舱电子的主要发展趋势：

•电动汽车和安全驱动的仪表数字化

•CarPlay 和 Android Auto 赢得信息娱乐之战

•从分散式 ECU 到集中式座舱域控制器

•带 ADASHMI 的多显示器数字座舱

•自适应座舱融合车内监控和 ADAS 环境
 
座舱安全的主要发展趋势：

•更加关注改进 L2 级 ADAS （指 L2+）

•需要传感器融合，并提高算力

•仅在美国和日本允许 L2 级脱手驾驶

•联合国 WP29 工作组正在制定新规范

•预计 2022 年联合国有关脱手驾驶的规范将增加 ADAS/AD 控制器的需求
 
座舱域控制器的基本要求是：多显示器，集中计算，可扩展性，多核。而自动驾驶域控制器的基本要求是：集中式传感器融合，可扩展的 GPU 功能，抽象和安全，开放。

伟世通分别推出了座舱域控制器和自动驾驶域控制器。其中座舱域控制器叫 SmartCore，是服务于多个显示器和多应用程序的安全集中式计算平台，让座舱具有更高的性价比，提供从入门级到高级功能的可扩展性，提供快速集成的中间件和工具。
 
伟世通自动驾驶域控制器叫 Drivercore，带三大模块：Compute、Runtime 和 Studio。Compute 具备从 2 TFLOPS 到 20 TFLOPS 的算力，提供失效安全和信息安全的模块化设计；Runtime 提供安全的通讯，并易于集成到车辆；Studio 提供开放的研发生态系统。
 

EE 架构的变革正在改变整车布局。为什么需要新的电子电气架构？主要是由于行业发展的挑战和汽车新技术的进步。尤其是汽车以太网 TSN 改变了未来的电子电气架构。
 
行业发展的挑战有：

•ECU 数量大幅增加（超过 100 个）

•需要更多的传感器 / 执行器 / 计算力

•硬件 / 软件分离：生态开发合作伙伴的集成

•车辆线束重量和生产成本的增加（最长 5 千米，>50 千克，生产时间超过 1000 小时）

•故障安全，容错操作，信息安全

•云端 / 边缘侧的无缝连接和升级
 

汽车新技术的发展包括：

•以太网时间敏感网络（TSN）

•面向服务的体系结构（SOA）：应用连接到虚拟域 / 区域

•并行计算承载，确保失效安全，容错操作和失效可操作

•微服务

•永久系统 / 软件 / 数据可升级性

目前，汽车内部的网络设施主要是基于域的架构。针对每个关键功能都有不同的域：一个域用于车身控制，一个域用于信息娱乐，一个域用于远程信息处理，一个域用于动力总成等等。通常情况下，不同的域使用不同网络协议的组合（如 CAN、LIN、FlexRay 等协议）。
 
随着网络复杂性的不断提高，这种不同的域使用不同协议的方法效率越来越低。因此，在未来几年中，将需要从目前基于域的体系架构转向区域（Zonal）体系架构。
 
伟世通预计，2024 年以后的汽车区域体系架构特点有：

•具有高带宽和真正实时通信功能的以太 TSN 主干网

•所有传感器和执行器均由可扩展的区域网关 ECU 处理

•区域体系架构将融合车辆新功能新技术和重量成本优势
 
2028 年以后的区域体系架构特点有：

•进一步将处理单元整合到一个“超级”计算设备中，包括冗余

•处理器刀片提供可扩展的计算能力

•重用汽车以太 TSN 主干架构
 
区域体系架构的提供良好的可扩展性，包括从入门到豪华车型的多种扩展选择。

区域体系架构包括两个核心设备：区域网关 ECU 和 Super Core （中央计算平台）。
 
区域网关 ECU 提供和分发数据及电力，支持车辆特定区域的功能；支持传感器、执行器等接口；以 10BaseT1 以太网替换其他网络协议如 CAN FD、Flexray 等；充当网关、交换机和智能接线盒。
 
Super Core （中央计算平台）则充当车内应用服务器，是一个具有多 GiG 接口，采用多个 SoC 的控制单元。Super Core 支持面向服务的体系结构（SoA），是一个完全可扩展和可升级的平台，可连接到边缘服务器和云端服务器。

上图是一个典型的区域体系架构案例。在一辆 L2+车辆上，将 139 个 ECU 分配到 11 个区域，分别连接到 8 个区域 ECU+3 个 Super Core。车辆边缘的区域 ECU 是为了最大限度地减少功能实现路径，三个 SuperCore ECU 则设置在车辆中间。
 

本案例的优点包括：

1. 通过 6 到 11 个区域 ECU 实现线束的节省；

2. 区域体系架构可节省 50%以上的线束长度，既节省了控制 / 数据线束，也节省了电力线束，还减少了线束的生产时间；

3. 标准化的区域 ECU 部署可以通过变化调整，适当增减实现灵活部署，还可以分配电力并提供保护。

关于电子电器架构的发展趋势，简单总结如下表：

展望未来，L3 自动驾驶系统大概需要 20000 GFLOPS 的 GPU，1000kDMIPS 的 CPU，以及 200w 的功耗。