沃尔沃研发高级总监谢保军:E,E电子架构及中央

 新闻资讯     |      2020-09-04 03:33

7月22日—23日,由盖世汽车主办、上海国际汽车城特别支持的“2020首届软件定义汽车高峰论坛”正式举办。本次论坛主要探讨软件定义汽车领域最新的创新理念、技术趋势、现实挑战等热点话题,共谋行业未来发展之道。下面是沃尔沃汽车亚太区研发高级总监谢保军在本次论坛上的发言:

大家好!我是来自沃尔沃汽车的谢保军,我们的部门叫软件与电子,主要包含三个大的团队,分别是自动驾驶、整车软件平台和智能互联。

我今天分享的是沃尔沃的E/E架构和下一代中央计算。沃尔沃是一家源于瑞典的世界知名汽车公司,以人为中心,开始于1927年,人一直是我们的中心,贯穿在我们整个公司发展和产品开发进程当中。

这是我们在四化方面的一些实践和进展,电气化、智能互联和数字化、自动驾驶、共享出行,我就不一一展开了,可以稍微提一下,比如说在智能互联领域,大家可能已经关注到在国内我们跟阿里巴巴、华为、腾讯、科大讯飞等的合作,在自动驾驶领域我们在国内与百度、滴滴等展开了合作,在数字化转型过程当中我们总结的经验是建立起公司级的数据中台跟全面敏捷的工作方式,非常关键。

回到我们的分享重点,沃尔沃下一代可扩展模块架构,先回顾一下整个E/E架构,右下角的图很好地概括了架构从分布式到集中化的发展过程,简单明了,非常不错。最近软件定义汽车很火,提到了很多,简单来讲就是可以通过软件的变化,动态的配置和调整车辆的功能跟性能,要能实现软件定义汽车,一个良好设计的E/E架构和整车基础软件平台是根本,我们这次分享的重心会放在E/E架构和中央计算平台。

我们快速总结一下从分布式到集中化的一些主要特点:总线结构复杂:Flexray/CAN/LIN/MOST,ECU冗余:数目多(100+)算力不协同,由不同供应商开发,框架无法复用,用户功能分布在不同的ECU/供应商,变更慢,成本高,分散软件架构。集中化/中央化,简化总线结构,主干网Ethernet:100M/1G,中央计算平台,减少大多数ECU,OEM主导开发,简化技术和商务的复杂程度,SOA,统一集中软件架构,SW OTA,硬件迭代。

快速回顾一下历史,沃尔沃1927年发布的第一台汽车雅各布,我们第一台有完整电气架构的车,其实这个结构是非常简单的,两个前大灯,两个尾灯,一个电瓶一个喇叭。

这是目前我们在售车型上使用的SPA1的架构,2015年投产,很典型的域控制器架构。简单说明一下什么是域?其实很简单,就是把相关、相近的功能整合在一块就叫域。这个架构有四个域,4个域控制器,分别是底盘+发动机一个、车身控制一个、主动安全一个、智能互联一个,非常典型的4个域控制架构。主干网FlexRay,同时使用了CAN、MOST、LIN,100+ECU。

现有架构的系统复杂性,这张图是我们工程团队准备的,方框代表的是ECU,线代表的是ECU之间的通讯,很复杂,随着功能的升级,ECU的数目飞速增长,这样的效率是很难持续的,需要做出变革,我们快速看一下我们团队总结的现有架构的系统复杂性,网络结构复杂,容易形成信息和数据的孤岛,特别是数据,往往网关和域控制器会是瓶颈,为了实现功能迭代,持续增加ECU,导致ECU数目众多,算力浪费,无法形成协同,我们中国团队在近两年就在现有架构的基础上增加了3个ECU,为了增加新的功能,每个ECU都需要支持软件下载、远程更新,非常复杂,开发效率并不高。大多数情况下有不同供应商开发,不同的框架,软件基本无法协同复用,很难统一OTA,大多数情况下一个用户功能,我们后续会讲个例子,会分布在不同的ECU,往往变更升级一个用户功能,你需要协同不同的ECU、供应商来做变更,甚至往往还会出现总线信息不支持的情况,搞定了ECU,总线不支持,非常慢,成本很高,集成的效率也很低下,ECU对于车厂来说基本上都是黑盒,基本上无法对ECU进行深层次的编程,很难实现软件定义汽车的功能,大多数情况下无法进行硬件的升级,包括板卡、SOC,技术跟商务的复杂性是非常大的,效率也很糟糕。

这是我们举了一个空调控制的简单例子,这个例子根据实际情况已经做了大量的简化。这边是功能实现的角度,这边是真正系统实现的角度,这个简单的例子是讲了什么呢?比如说我们为了实现一个新的用户场景、新的用户功能,什么样的功能呢?在潮湿、闷热的天气下,为车内的用户形成一个比较好的舒适、干爽的气候条件,这往往会涉及到几个基本功能逻辑的组合,同样就会包含不同ECU的变更。

车厂需要做什么呢?协同好几个ECU共同来实施变更,推进变更,改进、集成、联调,速度都很慢,成本也比较高。

我们需要怎么做?ECU集成,ECU集成的主要好处或者优势,降本、减重、整车能效提升、提升开发速度,这些大家应该都知道,我就不再一一展开了。

可以稍微提一下,在我们自己的实践过程中一些比较有意思的发现。比如说提到降本,很明显,我们减少了ECU数目,我们简化了线束,实现了成本的降低,比如说线束可以降低成本10%到20%。同时我们发现通过把几个重要ECU的合并,在整个物流环节包括装配环节会带来将近1千多人民币的成本节省,这是一个非常有意思的发现。在实践过程当中还有其他很多有意思的发现。

这是我们正在开发中的SPA2,1+2架构,1指的是中央计算平台VCU,2分别是智能互联模块IHU和自动驾驶模块ADPM,为什么不把这两个模块集成到中央计算平台呢?可以简要分享一下我们当时的分析,保留智能互联模块的主要考虑是用户体验和效率,因为这个领域这一块往往连接的是消费类数字化体验,花花世界,整个生态和更新的频次都是不一样的,相应对于软硬件迭代的需求也是不一样的,这个就是把它独立出来的用户体验跟效率的考虑。

保留独立的自动驾驶模块,主要的考虑是商务跟算力的合理分配,简单来讲,当我们车型的投产初期,配有自动驾驶车辆的配比会非常低,大部分的车都只有智能互联跟中央计算平台,这边需要着重强调一下,ADAS主动安全功能是集成在中央计算平台的。

更加具体一点,我们是分两个步骤在做实施。第一步,把域控制器和其他需要大量计算的ECU集成到中央计算,快速看一下这张图,主干网、以太网,千兆跟百兆都在用,三个网关模块VIU,非常典型的网关模块,核心是简化主干网、简化ECU,标准化ECU有简单的逻辑控制功能,把复杂计算,车辆功能相关的,比如刚才讲的空调控制,用户场景相关的、用户功能相关的集成到中央计算,这样做的主要目的是什么呢?就是为了实现更快的更新整车,用户场景、用户功能的升级,你就只需要更新中央计算平台上面的软件,你就不需要再去协同若干的ECU。

第二步,把网关、配电、机电一体化ECU集成到区控制器,大大减少ECU数目。相比较于第一步,大家可以发现主要有两个变化,第1个变化是把AD模块集成到了中央计算平台,这个背后的考虑也是商务跟算力迭代的需求。第2个主要变化是把网关、配电、机电一体化ECU集成到区控制器。可以简单说一下区控制器,相比较于域控制器是把相近、相关的功能集中到一块,区控制器的一个主要特点就是主要会体现在位置上,大多数情况下会直接按照位置来配置,前中后左右这样的配置方法。

沃尔沃汽车核心平台开发团队,做这些需要非常强的inhouse的能力,包括软件开发和硬件设计,新的工具链、工作方式和工作流程,就像大家经常提及的向软件公司的转型。沃尔沃核心平台开发团队2018年初我们开始正式运作,其中整个团队中最关键的是这些资深软件开发工程师,来源于英特尔、索尼、爱立信、黑莓和汽车行业。做软件往往很难通过堆人数来实现,做软件大家可以认为是像做数学题或者是跳高运动,其中的关键是你软件开发人员的水平跟质量,代码写得好不好不是你去招聘一个刚从大学毕业的OA写C++,这个需要很多项目的历练跟经验。

这其中的关键是成熟的架构,同时非常关键的是敏捷的工作方式,快速的迭代,这其中我们着重提到了持续集成和自动化测试,这是你做软件,做中规模、大规模复杂软件唯一极少数能实现的途径,就是这个。其实当我们在外面招聘,特别是招聘比较资深的软件工程师、软件架构师的时候,人家也会问我们,你们在做持续集成吗?在做自动化测试吗?在用Gerrit, Github, Jenkins吗?人家其实也在测试你,你到底是不是在做软件?你能不能做软件?

简单介绍一下我们下一代E/E架构,SPA2平台。下面我们简要分享一下其中的核心--中央计算平台。还是这张图,大家刚才已经看到过了,聚焦在VCU跟VIU,VCU就是中央计算平台,VIU相对简单,就是网关。我们一起来看一下这个VCU中央计算平台到底是什么样的。

这是我们当时B样件第一次在我们实验室的时候拍的照片,水冷散热,目前的典型功耗在60到70瓦,B样件状态,在座的各位都是行家,根据这个样件状态也能推算出我们大概产品SOP的时间。相应车型的落地是2022年。

这是我分享的最后一页,我们快速总结一下,必要性或者优势,新架构从根本上决定了智能座舱与自动驾驶你究竟能走多远、走多快。高效解决算力黑洞与带宽限制,高效实现功能安全与网络安全,其实这一块讲起来也很容易理解,如果比较一个分布式的架构跟一个集中化的架构去实现比如说功能安全,比如说网络安全,复杂程度跟效率是区别很大的,比如说实现网络安全,如果是一个分布式广播的网络,你就需要每一个ECU或者每个域控制器实现同样的安全机制,效率、带宽、计算的能力都会很大,做中央计算你主要的实现在中央计算平台上就可以了。

关于挑战,中央计算平台目前的技术复杂程度非常高,包括硬件跟软件,需要非常强的in house的软件开发和硬件参考设计能力,硬件参考能力与设计能力是指的怎么样的能力呢?在我们沃尔沃的定义是这样的,我们不会去接触到非常底层的硅、半导体,但是我们需要知道整个的架构以及哪一条线是我们应该要跟的,包括整个电源、EMC等等。新的工具链、新的流程,新的工作方式,这往往是对包括我们自身这样的车厂非常难的地方,软件公司的转型。初期投入上会有比较大的增加,我们讲过团队,做软件很难通过堆人数去实现,还有这个中央计算平台VCU单片的成本非常高。

*版权声明:本文为盖世汽车原创文章,如欲转载请遵守 相关规定。违反转载说明者,盖世汽车将依法追究其法律责任!

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