对话NXP高管:车载网络架构变革,这几大挑战值得注意

2020-07-03来源: NXP关键字:NXP  车载网络架

谈论这一话题,必须清晰洞察当今车载网络的发展趋势,深入了解车载网络相关的赋能技术,准确把握汽车行业的需求痛点……作为在汽车行业中浸染多年的专家,各位对话嘉宾一起梳理了影响车载网络演变的诸多关键因素,他们的观点能够给我们带来哪些有意义的启示,我们一起来听听吧。

 

【主持人】

 

Sam Abuelsamid

 

Navigant Research高级分析师

 

【对话嘉宾】

 

Ray Cornyn

 

恩智浦副总裁兼车辆网络处理器业务总经理

 

Brian Carlson

 

恩智浦车辆网络处理器产品线总监

 

车载网络架构的变化

 

Sam Abuelsamid

 

好,我们来深入探讨一下实现上述目标的部分技术详情。我们需要对硬件、车辆架构、电气和电子架构进行哪些变动,才能充分利用数据?

 

Ray Cornyn

 

首先我们要具备必要的能力,我们目前已经开始具备这样的能力……如今的车辆架构相对比较简单。我的意思是说,如今采用的是标准画布界面,它的运行方式与广播原理类似。车内的传感器和执行器,例如数据分块系统用广播方式来传播信息,但其播送形式不同于你设想的互联网信息传播。因此我们需要的是新型的集中式的系统,能获取信息并把它们转换成互联网时代的格式来传播。在传统信息与传统架构的基础上,通过千兆位以太网高效转换数据。接着就可以开始以自己熟悉的方式,像处理互联网数据那样处理这些信息。 

 

基本原理就是这样,如果你以现代化的方式创建架构,你应该就能调用其中一个数据分块中心的IP地址。从汽车行业的角度出发,我们在很多方面往往无需“完全重头开始”,而是不断完善车辆架构。我们通常会试着从现有基础入手,将其与更现代化的结构整合起来。即使是新一代车辆制造商,虽然他们在某些方面大力发挥原创精神,但他们仍在试图沿用一些经过长时间考验的汽车技术,并将这些技术融入21世纪。

 

Sam Abuelsamid

 

随着车辆电气化与自动化程度的不断提高,制造商将迎来更多机会,为实现跨越式发展,他们抛弃了很多其他传统要素,是这样吗?

 

Ray Cornyn

 

的确如此。我们之前讨论过这个问题,电动车辆让我们能更轻松地实现可升级车辆的整体理念,因为我们能控制诸如电池充电方式等方面,我们只需使用软件就能控制电机的运转方式。整体而言,电动车辆不仅架构独特,而且的确能让我们实现更大的架构跨越,因此出现了很多功能,特斯拉也研发出了很多数据专用软件。如果你观察一下目前的其他电动车辆,就会再次发现车辆架构的重大发展。如今的电动汽车也传承了很多传统汽车行业要素,大家之所以想沿袭这些传统要素,是因为它们在安全性方面久经考验,但同时要确保这些要素能够升级,随着现代社会的发展而变化。

 

Brian Carlson

 

是的,关键是业内将它们称为颠覆者。除传统OEM车厂外,如今有很多颠覆者即将涌入市场,其中包括多家中国公司与大批硅谷公司。如果你顺着这个思路展开思考,就会发现这些公司都有一个新的开始。他们以优化车辆为切入点,而不是在过去三五十年间不断革新的事物。他们从新技术入手,选择电动车辆而非内燃机,这在架构上更直接明了。从复杂性的角度看来,他们能因此摆脱很多线束,部分线束为车内电缆,厚度在2.5至3英寸之间,很难轻松移动。它们的可靠性,它们的车身重量占比排在前三位。

 

如果去除这些线束,转而选择更精简的架构,比如我们说过的以太网。以太网能在其中发挥重大作用,将速度提升至千兆,10千兆,并在后续进一步实现网络提速,并在后续进一步实现网络提速,这将切实改变车辆的制造方式。这正是我们欣赏的优点,因为我们能研发处理器,由处理器管理数据、转移数据并保证数据安全。随着数据码流不断提高,我们需要提高性能,因此我们正在努力推动行业发展,并利用各种新型电子产品以及通过车辆传输的更多数据来支持架构变更。

 

来自线束的挑战

 

Sam Abuelsamid

 

是的,你提到了线束。在很多汽车组装工厂,由于这些线束太过厚重,因此他们必须先拆解线束,然后再把它们装到车内。他们甚至需要用炉具给线束加热,以提高线束的柔韧度,以便在车内移动线束。

 

Brian Carlson

 

没错,这是个问题,我们其实经常谈到这个问题。这不仅关乎车辆的重量,其实也与车辆制造相关,因为我们需要降低OEM车厂的制造成本。如果能支持这些经过简化的新型架构,就能为OEM车厂带来很多益处。

 

Ray Cornyn

 

是的,我的某位同事最近在团队内部也就此展开了讨论,探讨的是很多车门控制模块的核心。目前,车辆制造面临的最大问题之一,在于车门使用的线束过厚,柔韧度不足,导致很难开合车门。如今,这部分其实已经开始具备一些网络性能。因为这不是巨大的电缆线网,所以我们可以简化线束,将连接器减少至一个,因为我们必须记住现在有很多信息在其间传输。很多车辆的车门上安装了摄像头,用来代替后视镜,侧后视镜成为了摄像头。

 

车门内2英寸厚的电缆可以替换成单独的千兆位以太网或10千兆装置,这些现代系统具备的可制造性会对汽车制造商产生极大的吸引力。

 

Brian Carlson

 

我觉得90%以上与电子器件相关的车辆创新都源自电缆。如果我们采用传统方式,集中使用CAN总线或LIN总线,用到的电缆数量就会不断增多。电缆数量基本上达到了一个临界点,汽车制造业也意识到了这个问题。我们讨论过安全性,安全性是汽车行业意识到的首要问题,我们必须确保安全。在初始设计时就要将安全纳入考量,但我们现在遇到了另一个障碍,那就是“电缆过多,难以处理,引发了制造、重量、成本和可靠度问题。”在这个临界点上,我们必须有所突破或做出改变。因此,汽车行业进行了重大变革,我们重新设计车辆架构以解决所有问题,确保从云端至燃油泵的整体安全,尽可能减少电缆数量和车辆重量,从而提高效率……电动车辆尤其如此,在车辆里程方面。

 

近期,我在某个公共论坛里看到福特公司称,“电动车辆原本的每小时有效英里数在四五十之间,如果把这些ADAS设备都装入车内,它的每小时有效英里数会变成20。”重量是关键要素,所有设备以及这些设备的能耗会成为限制,而汽车行业必须解决这些问题。如何才能更轻松地实现、改进并提高车辆可靠度?随着电动车辆的发展,我们如何确保提供符合人们预期的里程,从而让他们接受电动汽车?这是以前的常见问题,如今电动车续航里程可以达到300英里,吸引力大幅提高,因为这个里程数值不错,至少能为人接受。但必须将这些因素都纳入考量,思考如何达到超出300英里的目标?

 

Sam Abuelsamid

 

电池成本是电动汽车中最大的成本单位。电池成本正在不断降低,但如果我们能找到其他类似方式以简化制造和电动架构,从而抵消部分成本,那我们就能让电动车辆的总成本更接近传统车辆。

 

Brian Carlson

 

没错,我们稍后或许可以再讨论一下ECU整合。ECU是车辆内部的电子控制单元装置,我们通常把它们简称为ECU。目前,一级制造商生产的不同类型的汽车中安装的ECU装置数量大约在175至200个之间。这些ECU,哪怕只是外壳本身,也需要耗费成本去生产,并且还有随之而来的线缆和接插件。我们的诉求是“如何减少ECU装置?”在线束方面,我们的目的仍然是“如何减少装置数量?它会增加车辆的重量和复杂度。” 我们之所以看到越来越多的ECU装置,是因为软件越来越复杂。如今,处理器性能也变得越来越强,单颗处理器可以同时并行运行多个软件。因此我们可以逐步减少这些ECU,并且向着中央计算的架构演进,让它们能同时运行并加载多个软件。我们可以逐步摆脱这些装置,向着中央计算架构的方向转变。

 

这一点很有趣,目前汽车行业出现了各种并驾齐驱的新趋势。这些趋势背后的动因都是追求简化、降低成本、提供更多软件功能。正如我们之前说过的,很多创新都集中在电子器件方面,但未来几年内,软件代码数量将从1亿行增至3亿行。很多问题都在快速冲击汽车行业,人们已经开始采取行动应对这些问题。

 

转向域控制架构

 

Sam Abuelsamid

 

是的,你之前提到过车辆在过去三五十年间的进步与演变。我们从20世纪70年代开始在汽车中置入电子器件,当时的目的是符合初期排放标准。接着我们又给车辆增加了防抱死制动等主动式安全设备。我们给车辆添加的新功能由不同供应商供货,它们配备各自的执行器、传感器和控制器,因此整辆车内可能会有100多台微型计算机,而且它们之间必须不时彼此交互。因此我们从分布式架构转向下一代的中央计算的集中式架构。我们如何才能克服车辆各处的分布式计算机及相关电缆带来的问题?

 

Ray Cornyn

 

汽车行业采取的第一步是转向域控制架构,也就是将部分功能集中整合起来。我们之前讨论过应该采用三个、四个还是五个不同的域。你会发现人们正在将不同的ADAS功能整合起来,然后用性能更强大的中央计算机统一加以管理。动力传动系统和车身电子系统也是如此。未来几年内,这种架构将逐步普及开来,它们的作用是减少车内的独立装置数量,并简化不同装置间的连接。此外,人们也在研发可能将在2025年或之后发布的其他新型架构。我们已经开始研究实体结构,车上的各种控制器。这会令车辆管理发展至另一个极端,到那时你会说“我会在车上安装中央控制器和四个结构域,车辆的四个角落各一个,并用以太网骨干网将它们连接起来。”

 

这些模块会负责车辆角落所需的各种装置,无论是车身电子系统、照明装置、刹车装置还是转向装置,你可以像操作这些区域内的虚拟功能那样运行这些功能。如今,汽车行业的软件研发产生了巨变,人们大幅简化车辆电缆并缩小电缆宽度。就像Brian说的,如今出现了更多颠覆者,他们可以从头开始,设计出一套完整架构。

 

但这意味着我们能减少模块数量,我觉得我们绝不可能把上百个模块减少至一个,但我们可以把模块数量减少到10个或20个,甚至是四五个,新一代车辆就会出现这种情况。这意味着如今的汽车计算流程必须能独立运行多个应用,但当前情况并非如此。如今大多采用相当传统的汽车多处理器,简单的微控制器。但我们现在讨论的是在虚拟环境中运行应用,因此需要对新一代处理器展开大量架构研发工作。

 

Sam Abuelsamid

 

在性能方面,与传统微控制器ECU相比,这些域控制器需要达到哪种性能水平?

 

Ray Cornyn

 

如今的汽车行业采用一系列不同的微控制器,但它们的性能水平通常都在五十至几百兆赫之间,一般配备几个核心。而我们所说的域控制器将采用千兆赫处理器,以特殊方式使用应用处理器。所以域控制器的性能水平大约是前一代控制器(处理器)的十倍,但是数量会减少很多。也就是说,并不是十倍性能以及同样数量,而是性能提高十倍,但模块数量大幅减少。

 

Brian Carlson

 

没错,这也导致了越来越多的软件和技术应用在高性能处理器上,比如采用Hypervisor和相应硬件来完成隔离,实现原先物理隔离一样的效果。那么我们如何在一颗高性能控制器上仿真原本分离的多个模块要实现的功能? 许多新的仿真技术能够保证他们在一颗高性能处理器上实现,并且可以确保功能安全和信息安全。所以许多有趣的事情正在发生。我们同时也在参与推广面向服务的网关(Service-oriented Gateway)的项目,它使得我们可以让多个应用和服务并行地运行在网关或域控制器里。这些应用也带来了许多新的软件技术。

 

服务型网关的出现

 

Sam Abuelsamid

 

过去15至20年来,我们习惯于在家中安装宽带,在家中接入有线连接、DSL连接或光纤连接。网络经过路由器,然后分布至家中越来越多的各种设备上。以前一个家庭可能会有一两台电脑,如今可能有数十台设备,我们可以在全国各地控制家中的灯泡和其他各种设备。现代车辆网络也有类似的外界接入通道(TBox),然后经由通道分发信息,接着再将收集到的信息反馈给通道,这两者之间是否有相似之处?它将如何在现代车辆网中发挥作用?

 

Brian Carlson

 

我刚才说的最后一句话其实给出了一点提示,就是面向服务的网关(Service-oriented Gateway)。我们如今使用的基本都是网关,现代车辆采用网关已经有段时间了。但我们将使用的是面向服务的网关(Service-oriented Gateway),正如我们之前说的,它的性能提升了十倍。网关基本就像是家中的路由器或网关,由电缆调制解调器或其他类型的因特网服务提供商为你架构大型通道。两者是一回事。如今的车辆网关连接到TBox设备将从4G升级到5G。网关联通车内的全部节点,它是车辆的中心部件,就像你之前说的和家用网络一样。通常会无线连接三四十台设备。

 

车辆可以跟外部无线连接,但是车内大部分是有线连接。整辆车大概会有20或25处不同连接。无论是以太网还是我们所说的CAN、LIN、FlexRay传统汽车接口,这些接口不会短时间内被淘汰。整辆车大概会有20或25处不同连接。无论是以太网还是我们所说的CAN、LIN、FlexRay传统汽车接口,这些接口很快就会被淘汰。网关是关键,它能将各类连接整合起来,同时让不同设备彼此独立,并确保安全性。网关能在车辆的不同部件之间高效传输数据,还能将数据从云端传输至车辆的部件中,因此它确实是整车数据的中心。

 

Sam Abuelsamid

 

网关有多种对外连接,这是否就是它与我们目前使用的TCU的真正差别所在?目前TCU通常仅与车载信息娱乐系统相连。

 

Brian Carlson

 

没错,这些架构的变化趋势也很有趣。远程信息控制单元简称TCU或T-box,正如我们所见,它成为了鳍状天线或车顶智能无线装置的集中单元。它将集中接收蓝牙、WiFi、GPS和各种信号,并将信号传输给与网关相连的大型以太网通道,接着由中央网关将数据分发给车辆各个部件,无论是信息娱乐系统还是ADAS系统。当然,ADAS系统内部包含很多信息,辅助驾驶与最终的自动驾驶都需要与云端进行大量数据交互。网关是其中的核心要素……他不仅确保功能安全和信息安全,而且也能支持未来的各种新架构。

 

Sam Abuelsamid

 

所以说网关是快速变化的网络基础架构的组成部分,网关模块还会出现哪些其他类型的变化?你们是否也会在其中嵌入大量信息安全组件?或者说安全组件是否也分布于域控制器中?

 

Brian Carlson

 

是的,网关设备本身的确内嵌硬件安全装置。人们想打造的其实是端到端安全机制,他们希望燃油泵或其他领域也能保持安全。这其实是我们推出的S32设备系列的益处之一,硬件安全边缘从网关辐射至整个车辆的各个边缘节点。这一点至关重要,因为如果云端至终端设备的连接中存在任何薄弱环节,就会引发安全漏洞,对吗?所以说安全至关重要,我们采用的是前端集中安全机制,将数据安全地从车内的一个点传输至另一个点,但必须确保直至边缘都维持安全。

 

Ray Cornyn

 

在如今的汽车行业内,我们会发现车辆架构方式开始出现大幅变动。我记得你刚刚说过车辆初次安装电子器件是在20世纪70年代末期?

 

Sam Abuelsamid

 

是的,70年代末。没错,部分初期电子器件。

 

Ray Cornyn

 

80年代初期。那时一切似乎都进入了一种稳定的演变状态,出现了车载快速连接,出现了CAN网络,而且CAN网络不断升级。但之后出现了大跨越式发展……车辆开始借助物联网的强大力量,车内的所有信息如今都传输至云端并供大数据分析使用。不过我们所在的汽车行业也合理沿袭了一些传统,因为要证明各种系统的安全性与可靠度需要耗时多年。

 

目前传统汽车行业正在逐步转向21世纪物联网式车辆。我们试图打造信息通道,通过网关向外传输信息,但我们也会推荐颠覆者研发的各种日新月异的系统。我们正在努力结合可升级性,同时着眼于未来五至十年的社会发展趋势。我们的目的是应对可能出现的部分信息安全的挑战,我们将功能安全概念融入了我们打造的所有的新芯片中,所以信息安全和功能安全都会继续扮演重要角色。

 

Brian Carlson

 

看看智能手机,它们融入了人们日常生活的方方面面。各种服务网关的发展趋势也是如此,它们能利用所有车载数据。所以我认为会出现一个涵盖不同参与者的完整生态系统。我和很多IT行业或企业领域的从业者合作过,他们如今正在涌入汽车行业,因为我们提供的像S32G这样的芯片为他们提供了前所未有的机遇,让他们能参与到汽车行业中。我觉得不仅汽车行业内部当前颠覆者会不断创新,IT领域从业者也会积极创新,将他们想要的软件能力添加到汽车中,而他们现在有了创新平台。

 

Ray Cornyn

 

人们已经开始使用初期物联网功能,并初步享受到联网益处,人们已经可以开始在车内观看影像。坦白说,目前的车载影像品质一般,因为数据带宽不足,不具备充分的数据基础架构,目前的车载架构无法高效处理大量数据。但正如你说的,初步益处旨在能够……我们可以做到这一点。你可以用你的手机查看我的汽车,你可以坐在原位,然后我会说“好的,我们来看一下这辆车,我将向你展示车内配置。”但坦白说,显示速度有点慢,而且影像效果不佳。但这在未来将具有极高的价值。

 

正如Brian在主题演讲中所说的,我们如今处于这项技术的初期阶段。为了实现这项技术,必须对车辆架构进行重大升级,这也是目前我们积极工作的一个重点,2021年款的新一代车辆,以及接下来更大的机遇:2025年及未来车型。

关键字:NXP  车载网络架 编辑:muyan 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/qcdz/ic501994.html 本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

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