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ADAS/AD域控制器07-基于高阶智驾的中央&区EEA猜想
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2022.12.16 上海

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前言

2019-2020年间,在分析中央&区EEA时(尤其在看待车载中央计算机时),默认该零部件总成实现的是L2+级智能驾驶,没有考虑冗余控制器(或者相关的eBOM);而智能座舱+智能网联方面,我们是参考特斯拉CCM的思路,还是把独立的IVI控制器板子和LTE控制器板子,与Autopilot控制器(智能驾驶域控)板子一起,通过叠板的方式,封装在同一个外壳里而已。从部件总成上,是一个零部件,但是其实还可以认为是三个独立的控制器,如链接ADAS/AD专题-1万字讲透面向量产的整车电子电气架构演进

但是,两年过后,我们没有预想到SOC能发展这么快,连Thor这种整合智驾&座舱的巨型SOC都规划出来了,更别说某通甚至会把基带芯片(智能网联功能)也给塞进去,那可真的是“智能驾驶”+“智能网联”+“智能座舱”的三位一体的智能化了。今日之《车载中央计算机》,可比两年前说的《车载中央计算机》,内涵更丰富了,集成度更高了。因此,是时候做新的假设了。

那么,面向L3-L4的高阶智能驾驶、并集成了智能座舱域控制器的车载中央计算机该长什么样呢?

正文

按照之前文章的一些结论(ADAS/AD系统方案05-L3高阶智驾系统怎么设计),在不考虑中央&区架构(没有融合了智驾&座舱的中央计算机)前提下,要实现较高性价比的智能驾驶系统,采用两个子系统(比如一个camera-only子系统,和一个Lidar/radar子系统),可能是个不错的方式。在任意一个子系统失效后,都能支撑路边停车MRM(为什么做到路边停车就足够了,分析详见ADAS/AD系统方案05-L3高阶智驾系统怎么设计);两个子系统都正常工作时,又能撑起全传感器的感知运行(默认这样就能搞定脱手/脱眼),有个完整的性能表现。

图1 两个子系统拼成一个大系统,是性价比较高的选择

但是,以上分析都是在控制器层面进行讨论的。在PCB板层面,考虑到外壳和液冷系统的配套,大概率是两个单独的控制器板子封装在同一个外壳中(类似特斯拉CCM总成),每个板子都有对应的主SOC分别承担camera-only系统及lidar/radar子系统的计算。

在芯片层面,应该是没必要区分出两个型号的SOC,用两颗同一类SOC就行。但是接口上,和后续的数据量处理上,既需要SerDes-MIPI-ISP-CV-NPU等视觉处理IP核,可能也需要DSP等能做Lidar/Radar的原始数据或点云数据FFT的处理单元,保持通用性。

但是,如果是以终局思维来思考,比如,已经可以用上类似Thor这样的芯片(甚至把基带芯片也集成进去的SOC?),该怎么做智能驾驶系统的Fail-Operational呢?

首先,类似Thor这种芯片,是完全没必要进行双份冗余的。座舱+网联都不需要。成本不划算。但是,毕竟是个超豪华的中央计算机芯片,所以单颗SOC所形成的主控制器(board A)将目前主流的11*Camera + 1or3*Lidar + 5*Imager Radar + 12*USS + 1*DMS都处理了,应该完全没问题。只要这颗SOC正常工作,做到脱手/脱眼/脱脑都完全没问题了(其实是假设,我也不清楚最终能不能搞定)。

那么就需要另外一颗只支持智驾的SOC,来构建冗余备份系统(board B)就够了。而且,由于我们只需要做到靠边停车(原因见上文的文章链接),考虑到需要做变道操作,需要360°感知能力。那么就打比方,选一颗能够驱动6V(Front Main + Corners + Wings + Rear,且这些摄像头都与主系统共用)的SOC就够了。当然也可以选一个Lidar/Radar处理的SOC做备份系统,不过由于道路几何信息检测可能差一些,所以还是建议构建一个camera-only系统做备份。

以上,将单独供电的board A 和 board B,封装在同一个外壳里(叠板形式),形成一个真正的支持高阶智能驾驶的《车载中央计算机》,配合ZCU(或者叫VIU),形成面向终局的中央&区EEA。

稍等,上面的这个《车载中央计算机》,其实是面向智能化方面的范围,比如智能驾驶+智能网联+智能座舱三方面,而且更多是AI加速相关能力的集中。但是,两年前我们讨论《车载中央计算机》时,还把中央网关+车身域控制器(有点像VW的ICAS1?)也纳入到《车载中央计算机》的范围里来了。但是,这个承担“中央网关+车身域控制器”功能的组件,是以芯片的方式(比如S32G这种?),整合到有类似Thor芯片的Board A(主控制器板子)上,还是以一个单独的板子(我们就叫他Board C)存在,现在说不清楚。也有可能“中央网关+车身域控制器”功能会被分散到ZCU中。

但是,搞《车载中央计算机》,总会有个缺点,就是这个计算节点太重要了(而且承载的功能也太多),一旦失效会造成车辆系统出巨大的问题。因此,乍看起来,都会觉得太强调中央集中,也不太好。比如,假如采用了“中央网关+车身域控制器”功能的组件,整合到有Thor芯片的Board A中的方案,一旦Board A出问题(比如供电),那可就不是智驾功能要降级的问题了;车机也要挂,车身域也要挂,网关也要挂。

但是再进一步分析和澄清的话,会发现,只有智驾有Fail-Operational(冗余)的说法。其他一些系统,比如车机、车身控制器、网关这种,只要满足对应的功能安全等级就可以了,没有Fail-Operational的说法。从这个角度看,只要Board A(咱们在这就假设是Thor + S32G3 + MCU这种配置吧)的功能安全等级足够(比如整个板级系统能到ASIL-D),那就算很安全了,没必要再搞个Board C,这样也能够进一步减少PCB板子的使用,提高集成度。

结语

有了新的、集成化程度更高的SOC前提下,总结下可能的车载中央计算机形态吧!

  1. 两个子板(也可以说就是两个域控制器),A板为主板,B板为备份板;都封装在同一个外壳里,复用同一套液冷系统;

  2. A板集成类似Thor主芯片+智能网关芯片+MCU,形成智能驾驶+智能网联+智能座舱+中央网关+车身控制等真正意义上的车载中央计算机;当然,如果有一颗比Thor更疯狂的SOC,直接就能把网关功能也做进去,那更完美,单颗SOC,加个小小的MCU,搞定;

  3. B板集成一个类似特斯拉FSD芯片的SOC,处理好camera-only智能驾驶系统的冗余备份计算,实现适当的MRM(我这里的一系列文章,都假设实现的是靠边停车MRM);

  4. 由于集成度非常高,而且用了叠板,车载中央计算机与目前有些多SOC的、长得像个游戏笔记本一样的DCU,长宽可能会缩小,厚度可能会更厚一些(叠板),安装在副驾驶手套箱后面。

问题是,这种超大型SOC设计实现起来,很复杂,挑战很大。

即便是问世,对使用方(OEM和Tier1等供应商)也是个能力上的挑战。因为集成了太多的功能,原来这些功能都是又不同部门的人来分别搞的,现在为使用好这颗芯片,需要对组织架构进行整合调整,也不会太容易。原来都有自己的对应代码,现在都要统一集成到一个大系统软件中,导致系统架构设计、软件架构设计和集成很复杂。

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