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數位時代,汽車裏面哪些基礎的升級,會帶來翻天覆地的變化?

2020-12-03汽車

說起數位化,過去二三十年以手機為代表的科技產品讓我們進入了一個全新的時代——超強的算力,海量的資訊,時時刻刻的連線,各種數位化的套用讓生活變得簡單……我們透過高速的網路,可以在手機裏可以完成生活的絕大部份內容。這不禁讓人想起十幾年前有個電視節目的主題「要求在只有電腦的情況下,足不出戶生活一周」,這挑戰放到現在來看簡直「so easy」;我們在數位時代的生活,儼然已經變成過去人們眼中的「神跡」。

網路是數位時代的基礎

數位時代在短短十幾年成為現實,離不開手機的迅速普及;在莫耳定理的支配下,半導體工藝從微米級發展到奈米級,芯片的算力指數級增長,我們的手機能處理的任務也越來越復雜,從過去簡單模擬訊號處理,到如今照片處理、視訊剪輯、大型遊戲的數位運算,如今我們人手一部的智慧型手機的計算能力已經能超越幾十年前全世界電腦的總和。

莫耳定律下半導體芯片的效能突飛猛進

如果說芯片的發展為我們的數位生活奠定了強有力的硬體基礎,那近十年行動網路的不斷升級才真正讓數位化充滿了我們的生活。就好比把手機比作一個人,超強的硬體構建了一副堅實的身體和潛力無限的大腦,而行動網路則相當於構建了這顆大腦與外界溝通的通道,讓海量的知識和能力不斷在硬體上演化出多種多樣神奇的能力。

過去40年行動網路的發展讓我們的生活翻天覆地

從2G到3G、4G、5G……行動網路的通訊速率從幾十k升級到1M、10M甚至百兆,手機的功能也從簡單的通話、簡訊升級到視訊聊天、海量影音資源、即時直播、萬物互聯,而且這些功能還在持續的更新中不斷升級叠代,變得越來越智慧,越來越好用。

5G的速度將讓深度體驗數位時代(來自德勤報告【5G重塑行業套用】)

傳統汽車的架構限制

但在這數位時代的浪潮中,積累超過百年的汽車工業似乎還後知後覺,從收音機裝上車開始發展的汽車電子技術也已經過了四十年,但市面上絕大多數汽車都與智慧和數位沾不上邊。這固然有汽車高可靠性要求下車規級芯片比消費級復雜的原因,但只要我們拆解傳統汽車就能發現網路架構的先天不足,才是汽車智慧化發展的最大障礙。

傳統汽車復雜的線束系統

眾所周知,傳統汽車電子由於過去技術的限制,只能讓一個控制單元(ECU)執行簡單的指令,再透過內部匯流排網路將全車數十個控制單元連線起來組成復雜的功能。這種把不同功能安排在不同節點的架構與智慧型手機有很大的不同,也叫做分布式架構。本身這種將任務分而治之的架構也沒有什麽致命的問題,但目前連線各節點所采用的CAN匯流排技術卻讓數位化升級遇到瓶頸。

傳統分布式架構下汽車的眾多控制節點

CAN(Controller Area Network),也被稱為控制器區域網路絡,1986年由博世公司開發,在車內一般分為125kb/s的低速CAN和500kb/s的高速CAN。從上面短短一句話我們便能發現與這個時代不符的三個槽點: ①區域網路絡, 即在傳統CAN匯流排架構下車內網路不與外界網路相連; ②歷史長 ,1986年至今已經過去三十多年,CAN匯流排依舊廣泛套用在汽車中; ③速度慢 ,即便是「高速」也只有500kb/s,要知道這還是有線傳輸。

簡化的CAN匯流排網路

於是,在這孱弱的網路條件下,控制指令只能以「龜速」傳遞,這使得復雜功能需要解決延時問題;無法與外界聯網,則讓汽車系統不能OTA升級,想要更新和修復bug只能去4S店;超小的頻寬也極大限制了影像、視訊等資訊的傳輸,讓許多數位功能無法體驗;更重要的是,基礎網路也限制了核心模組的速率,讓全新數位座艙、智慧互動難以發揮。

智慧汽車的升級

汽車行業也看到了傳統CAN匯流排架構的限制,尤其是在消費者被智慧型手機帶入數位時代的趨勢下,智慧化、網聯化也成為未來汽車的必備要素。因此,在半導體和通訊技術的指導下,汽車電子技術也跟隨手機的路線發展起來。許多廠商推出了運算能力更強的芯片,更快速地通訊技術被引入車內。整個行業都希望汽車能像手機一樣從2G跨越式發展到4G、5G時代,實作廣泛聯網、即時線上、遠端升級、常用常新,成為數位時代消費者心目中能拓寬出行生活外延的智慧裝置。

汽車電子電器架構的發展趨勢

在這一浪潮中,許多行業巨擘也作出了不小的變革,比如大眾集團在2019年宣布啟動更高效的集中式架構研發,並成立獨立的軟體部門,希望透過自研作業系統在高速的網路架構中的升級讓汽車更加智慧,我們也看到相關研發成果將逐步套用在一汽-大眾的各款新車型中。

一汽-大眾成立數位化研發中心專註智慧網聯技術的開發

一汽-大眾MQB Evo平台的升級

一汽-大眾今年推出的MQB Evo平台全新數位高爾夫便采用了全新的架構和網路技術。MQB Evo是一汽-大眾經典平台的全新升級,基於智慧網聯需求設計,不僅與外界網路相連,還在基礎架構中對各功能領域進行了有效劃分,並在主要部份的匯流排從CAN升級到CAN FD,將匯流排頻寬從500kb提升至2M,在與使用者體驗密切相關的資訊系統中搭載了100MB的車載乙太網路技術。

CAN FD即CAN Flexible Data-rate ,是一種基於CAN協定實體層的快速通訊技術,匯流排頻寬提升至 2M ,數據段峰值速率可達 5 Mb/s ;其數據長度也從8字節升級到64字節,能在低延時的通訊中傳遞更多數據,也讓芯片的處理更加高效,就好比手機和電腦的處理器從8位元升級到64位元一樣,獲得劃時代的提升。尤其對智慧輔助駕駛系統來說,增大的頻寬能讓傳感器傳輸更多精準的感知數據到ADAS控制器,也能保障控制器給出的執行操作指令更加迅速,這使得整車能支持更多復雜的輔助駕駛功能,並在低延時下提高可靠性和安全性。

CAN FD具有64字節的數據長度和更快的傳輸速度

MQB Evo平台在數據量較大的部份則采用了百兆乙太網路,讓核心模組的計算能力得到完全發揮,支持更復雜作業系統的執行。這能讓全新數位座艙,尤其是車機的執行更加流暢,支持更多豐富多樣的功能;超大的頻寬也讓系統升級更加方便,以往超過10G的車機系統只能去4S店用CAN匯流排用刷寫幾小時,現在只需要數分鐘,還能透過OTA遠端升級,快捷方便。

融合乙太網路和雲端的全新架構體系

新架構的功能和體驗升級

在這些網路和技術升級的加持下,MQB Evo平台的全新數位高爾夫也帶來了不少新的功能和體驗的升級,尤其在智慧駕駛、全新數位座艙、網聯生態等數位生活的核心領域,大跨步的進步已經完全沒有了傳統汽車「古板」的影子。

  • 輔助駕駛更全面
  • 在CAN FD大頻寬的加持下,全新數位高爾夫在智慧輔助駕駛系統中全新升級了IQ.DRIVE技術,該技術不僅包含所有與安全、駕駛、泊車相關的駕駛輔助服務技術,還將獨立的功能整合成了L2+級別的智慧駕駛輔助系統,可實作0-160km/h範圍內的全速域、全旅程覆蓋 ,配合上疲勞檢測和電容方向盤離手檢測等功能,讓輔助駕駛更加安全。

    全新數位高爾夫可實作0~160km/h速度範圍內的輔助駕駛
  • 車載互動更智慧
  • 因為采用了車載乙太網路,全新數位高爾夫的車載互動也進行了大幅升級。除了CNS 3.0的可客製界面能實作類似手機的互動外,還在語音系統中增加了自然語意、雲端辨識和聲源定位技術,既提高了語音辨識的準確度又能在車內實作精準的對話。

    CNS 3.0智慧車載導航資訊娛樂系統

    為了構建全新的互動體驗,高爾夫在大眾品牌中首次搭載全觸控互動模式,將方向盤、燈光、中控面板連成了一個整體的互動邏輯。除了支持觸摸操作,還能感應手的接近,在手接近面板表面時,提高面板亮度,提示操作區域,並透過操作時明確的力反饋提示觸摸操作成功;當手離開後,亮度又能自動降低減少對駕駛員視線的幹擾。

    帶反饋的觸控操作區域
  • 聯網生態更豐富
  • 基礎架構的聯網不僅讓OTA升級更方便,還能透過與雲端生態和手機的互聯創造出更多套用場景。全新數位高爾夫中搭載了最新的眾行家車聯網系統,該系統與豐富的互聯網生態連線,實作了音樂、電台、騰訊我的車等諸多套用的即時線上和套用市場的車載化;透過直接連線高德的大數據後台,融合慣性導航演算法和即時線上路況資訊帶來比手機導航更好地體驗。透過智聯手機控車的功能,又讓手機與車構成一個有機的整體,實作便捷的遠端操作、遠端監控。

    眾行家包含的車聯網功能
  • 全新數位座艙更科技
  • 車內基礎網路速度的提升讓更多復雜功能的成為可能,全新數位高爾夫在座艙方面的升級尤為明顯。在全液晶儀表和大屏中控之外,還搭載了「wHUD」擡頭顯示,能車速、導航指示、輔助駕駛等方面的資訊。增加的電子換擋桿,輕巧的造型和黑曜石般的外觀更具未來科技感,操作也更加方便。

    在燈光方面全新數位高爾夫也變得更加智慧,配備的IQ. Light系統搭載了含有22顆LED光源的矩陣前大燈,這個系統能與ADAS傳感器結合,透過判斷道路的情況智慧改變燈管分布,更安全地應對多種路況。比如可透過前視網路攝影機辨識對向的來車,根據對方的速度和位置迅速調整LED矩陣的發光組合,避免眩目,提升安全。

    矩陣LED大燈自動調節

    下一代智慧架構

    隨著數位和智慧時代的加速到來,汽車已經進入一個全新的時代:車載芯片算力進一步提高、網路通訊速率升級到千兆、人工智慧在車內加速套用、傳感器系統變得更加精密可靠……在這些進步中,汽車將不再僅僅是一個單調的交通工具,智慧的內容將讓它成為數位化出行的有機載體,成為物理世界與數位世界溝通的重要空間。

    像智慧型手機一樣簡潔的汽車中央計算架構

    那時候 汽車會變得和手機一樣,硬體高度整合、軟體靈活多變、功能豐富多彩 。目前許多汽車公司也在向這個方向努力,不斷增加汽車軟體領域的投入,不斷叠代著汽車的基礎架構,不斷探索著智慧體驗的可能……我們或授權以期待,未來汽車將徹底突破我們的想象,成為數位時代的「神跡」。