汽车电子结构的模块化,基于“CAN+车载以太网”的功能创新

当激光雷达、毫米雷达、摄像头等大量传感器加入，推动汽车走向智能化之后，到底需要什么样的底层电子架构？关于这个问题，业内也早已达成共识：从数据传输协议、智能驾驶系统的冗余性设计到软件框架都需要重新设计，以满足智能汽车的高数据传输量、人机交互以功能及智能驾驶安全性。而目前来看，将这一理念实践得比较充分的，无疑是重新开辟生产线、从头开发一款新车型、同时又划智能网联为阵营的新创造车势力。

当激光雷达、毫米雷达、摄像头等大量传感器加入，推动汽车走向智能化之后，到底需要什么样的底层电子架构？

关于这个问题，汽车供应商巨头德尔福已经用业务分拆进行了回应，业内也早已达成共识：从数据传输协议、智能驾驶系统的冗余性设计到软件框架都需要重新设计，以满足智能汽车的高数据传输量、人机交互以功能及智能驾驶安全性。

而目前来看，将这一理念实践得比较充分的，无疑是重新开辟生产线、从头开发一款新车型、同时又划智能网联为阵营的新创造车势力。

围绕上述命题，在日前的亚洲CES期间，中国学网与奇点汽车智能系统ADAS及软件平台硬件总监蒋伟宏、ADAS及软件平台高级总监刘瑞祥进行了一番详谈。他们认为，对于整车企业来说，汽车电子化架构改变带来的，并非仅仅是像零部件企业那样进行业务结构调整，还需要车企在产业链条中重新收拢一些曾经流失的控制权。

汽车电子结构的模块化

在传统的汽车电子架构中，车辆的电子电器部件大部分都是以硬线方式连接，或者局部的LIN和CAN协议的连接方式组成。这种方式会增加线束长度和重量，当然也会增加布线工艺和成本。

公开数据显示，目前一辆中高端车的线束系统成本大约550-650美元左右，重量大约60公斤，长度大约5000米，而按照原有电子架构，在智能驾驶时代，需要的线束长度会更长。

对于续航和价格都高度敏感、同时在智能化浪潮中肩负更多数据传输压力的电动汽车来说，简化传统电子架构已经迫在眉睫。因此，在新型电动汽车的正向开发中，借助于芯片、电子元器件等成本下降，整车企业都在以车载以太网和域控制器为核心器件对汽车电子架构进行模块化设计。

特斯拉即将推出的Model Y即是这一设计的集大成者，马斯克曾透露，Model Y会是世界上拥有最短车内线束长度的汽车产品，总长度仅为100米，与特斯拉Model 3 拥有1500米的车内线束长度相比，只有其1/15。

大幅度缩减线束长度，可以降低电线电阻，进而减少能量损耗，对于提升续航将会起到积极的作用。同时，还可以提升装配速度——装100米线比装1500米线可要省事的多。而这也就意味着汽车产能会快速提升，成本也会得到有效改善。

奇点汽车智能系统ADAS总监蒋伟宏未向中国学网透露其首款量产车型iS6的车内总线长度，但据其介绍，奇点汽车也同样采用了基于域控制器和车载以太网的新型网络拓扑结构，将车内电子架构划分为5个域，分别为：智能驾驶域、智能信息域、车身域、底盘域、动力域。

“这些域划分带来什么样变化呢？多个硬件信号的交汇在整车上，形成盘根错节的网络将不复存在。” 蒋伟宏直言，而对原先网络结构进行取代的“CAN+车载以太网”则组成了双主干网络总线架构。

传统的车身架构中，主要以CAN协议传输数据，其500kb/s的传输速率显然已经限制了未来智能化和数字化汽车的发展。“在你眨一下眼睛的时间里，汽车可能已经完成了15000份数据的交换，到2020年，这一数量将会火速升至10万份。”业内相关工程人士曾向中国学网表示。

据透露，在奇点汽车“CAN+车载以太网”的双主干网络总线架构中，CAN协议主要负责时效要求更高、数据量小的信息传输，而车载以太网则主要作用于不同的域之间，以实现数据量大的信息互通。

车载以太网的带宽上限可达到100Mb/s甚至更高，能够加快车辆内的信息传输，目前包括上游的恩智浦、博通、Marvell等芯片厂商，以及tier1、整车企业都在合力推动车载以太网的大规模应用。

高传输效率不仅能够支持信息高效互通，还能为汽车未来的硬件和软件升级提供兼容，即车辆只需针对相应硬件和软件进行升级，无需改动车辆的电子架构。

“在后期整个车的网络迭代上，我们可以很轻松通过总线的布置，来做模块化的迭代，而不是做整个电子电气架构的颠覆。” 蒋伟宏说。

基于“CAN+车载以太网”的功能创新

可以在线升级的人机交互系统被认为是未来汽车产品的核心竞争力之一，在大部分新造车势力的座舱中，都提供了数字化仪表盘和基于安卓开发的中控系统。

奇点iS6数字仪表盘

数字仪表盘大都基于黑莓的QNX开发而成，需要车企付给黑莓一笔授权费。由于QNX本身是一款实时性和封闭性的操作系统，仪表盘的安全性和运行质量无需用户太过担忧。据蒋伟宏透露，黑莓QNX在仪表盘中的测试数据可以达到百万小时无错，那么基于以开放开源著称的安卓开发而来中控车载系统呢？

“从观点上，我们认为安卓的安全级别在整车里面是相对低的。因此在网络拓扑，以及相关的协议中做了黑白名单的管理。”蒋伟宏直言。

据介绍，奇点汽车的做法是自主研发数字仪表盘，然后通过中控和仪表联动，将更多人机交互的入口权重转移给稳定性得到验证的仪表系统。

奇点汽车的分离式中控大屏设计

“我们可以把中控做到比较安全，但我们还是认为它是非安全的系统，针对于非安全系统，我们只是让它存在在以太网上，通过防火墙设置，让它变成对整车来说是单行节点。然后通过仪表把对车上的直接控制命令下发，或者包括对整个动力与底盘下发。” 蒋伟宏说。

除了基于“CAN+以太网”架构，对中控和仪表进行产品逻辑梳理，奇点汽车还在车载以太网基础上，配置了720P的360度高清环视系统。这一套车规级以太网摄像头的框架与宝马5系采用的方案类似。

蒋伟宏表示，奇点汽车能够落地这套方案的原因有两个：一，在整个线束里面，线束重量及成本已经比传统的同周期的成本低很多；第二，从带宽上来讲，将来的升级换代，只需要在后端处理器的计算能力上进行提升，不需要对整个架构上做颠覆性的变化。

在奇点汽车上，另一个可以模块化迭代的设计是分离式的中控大屏。“随着软硬件升级，未来只需要用户把中控主机换掉就可以了，将来所有升级包括带宽、显示分辨率，已经通过以太网进行了覆盖。” 蒋伟宏说。

智能电动汽车时代，车企不应忽视对数据的控制权

基于车载以太网对于车辆电子架构进行简洁化设计之后，带给车企的另一个加持是，为打造可成长性的智能驾驶架构提供了基础。一切AI计算都是基于数据，而所谓可成长性架构，即对于数据的掌控力体现。

据ADAS及软件平台高级总监刘瑞祥介绍，目前市场上量产的车型中，智能驾驶结构几乎都是分离式的。

“什么是分离式？即并线辅助、自动泊车或者自适应巡航等功能背后的每个零部件，它们之间的交互没有产生数据，同时，每个功能还是不同的供应商。这个车推出时有某功能，一年之后小改款也是这样的功能，车的架构不具备可成长性。” 刘瑞祥说。

据刘瑞祥介绍，奇点汽车在传感器布置上，与传统车商没有太大的差异，而最大的不同是将所有数据都集中到中央控制器。

“由中央控制器做决策规划、数据处理，从而在这里面实现各种智能驾驶的功能，包括自适应巡航、车道保持、自动泊车。”刘瑞祥强调，这样设计最大的好处，就是可以收集所有的数据，“虽然有可能这边毫米波雷达用的是Bosch，超声波用的是其他供应商，没关系，他们的数据都可以到中央控制器。”

据了解，奇点汽车目前已经投入了100多人做控制器的硬件设计。

“所有的功能我们自己掌握，所有的数据自己掌握，就可以保障我们在功能实现上，除了在量产的时候实现ADAS功能，后续还可以随着大规模用户反馈，通过迭代升级实现一些功能。”刘瑞祥表示。

自研仪表盘、中央控制器、中控车载系统乃至车机硬件……在奇点汽车设计中体现出来的，对一系列对电子架构和信息化设计的掌控，于其他新创车企中也已经呈现，零跑汽车甚至提出了自研AI自动驾驶芯片的主张，而蔚来汽车也同样在数字体验系统上于德国、美国等多地投入了研发。

或许，未来的三电系统会逐渐同质化，汽车企业的的核心竞争力将集中到智能化系统当中，而这考验的将是谁先做出了充分布局。