说起数字化,过去二三十年以手机为代表的科技产品让我们进入了一个全新的时代——超强的算力,海量的信息,时时刻刻的连接,各种数字化的应用让生活变得简单……我们通过高速的网络,可以在手机里可以完成生活的绝大部分内容。这不禁让人想起十几年前有个电视节目的主题「要求在只有电脑的情况下,足不出户生活一周」,这挑战放到现在来看简直「so easy」;我们在数字时代的生活,俨然已经变成过去人们眼中的「神迹」。
网络是数字时代的基础
数字时代在短短十几年成为现实,离不开手机的迅速普及;在摩尔定理的支配下,半导体工艺从微米级发展到纳米级,芯片的算力指数级增长,我们的手机能处理的任务也越来越复杂,从过去简单模拟信号处理,到如今照片处理、视频剪辑、大型游戏的数字运算,如今我们人手一部的智能手机的计算能力已经能超越几十年前全世界计算机的总和。
如果说芯片的发展为我们的数字生活奠定了强有力的硬件基础,那近十年移动网络的不断升级才真正让数字化充满了我们的生活。就好比把手机比作一个人,超强的硬件构建了一副坚实的身体和潜力无限的大脑,而移动网络则相当于构建了这颗大脑与外界沟通的通道,让海量的知识和能力不断在硬件上演化出多种多样神奇的能力。
从2G到3G、4G、5G……移动网络的通信速率从几十k升级到1M、10M甚至百兆,手机的功能也从简单的通话、短信升级到视频聊天、海量影音资源、实时直播、万物互联,而且这些功能还在持续的更新中不断升级迭代,变得越来越智能,越来越好用。
传统汽车的架构限制
但在这数字时代的浪潮中,积累超过百年的汽车工业似乎还后知后觉,从收音机装上车开始发展的汽车电子技术也已经过了四十年,但市面上绝大多数汽车都与智能和数字沾不上边。这固然有汽车高可靠性要求下车规级芯片比消费级复杂的原因,但只要我们拆解传统汽车就能发现网络架构的先天不足,才是汽车智能化发展的最大障碍。
众所周知,传统汽车电子由于过去技术的限制,只能让一个控制单元(ECU)执行简单的指令,再通过内部总线网络将全车数十个控制单元连接起来组成复杂的功能。这种把不同功能安排在不同节点的架构与智能手机有很大的不同,也叫做分布式架构。本身这种将任务分而治之的架构也没有什么致命的问题,但目前连接各节点所采用的CAN总线技术却让数字化升级遇到瓶颈。
CAN(Controller Area Network),也被称为控制器局域网络,1986年由博世公司开发,在车内一般分为125kb/s的低速CAN和500kb/s的高速CAN。从上面短短一句话我们便能发现与这个时代不符的三个槽点: ①局域网络, 即在传统CAN总线架构下车内网络不与外界网络相连; ②历史长 ,1986年至今已经过去三十多年,CAN总线依旧广泛应用在汽车中; ③速度慢 ,即便是「高速」也只有500kb/s,要知道这还是有线传输。
于是,在这孱弱的网络条件下,控制指令只能以「龟速」传递,这使得复杂功能需要解决延时问题;无法与外界联网,则让汽车系统不能OTA升级,想要更新和修复bug只能去4S店;超小的带宽也极大限制了图像、视频等信息的传输,让许多数字功能无法体验;更重要的是,基础网络也限制了核心模块的速率,让全新数字座舱、智能交互难以发挥。
智能汽车的升级
汽车行业也看到了传统CAN总线架构的限制,尤其是在消费者被智能手机带入数字时代的趋势下,智能化、网联化也成为未来汽车的必备要素。因此,在半导体和通信技术的指导下,汽车电子技术也跟随手机的路线发展起来。许多厂商推出了运算能力更强的芯片,更快速地通信技术被引入车内。整个行业都希望汽车能像手机一样从2G跨越式发展到4G、5G时代,实现广泛联网、实时在线、远程升级、常用常新,成为数字时代消费者心目中能拓宽出行生活外延的智能设备。
在这一浪潮中,许多行业巨擘也作出了不小的变革,比如大众集团在2019年宣布启动更高效的集中式架构研发,并成立独立的软件部门,希望通过自研操作系统在高速的网络架构中的升级让汽车更加智能,我们也看到相关研发成果将逐步应用在一汽-大众的各款新车型中。
一汽-大众MQB Evo平台的升级
一汽-大众今年推出的MQB Evo平台全新数字高尔夫便采用了全新的架构和网络技术。MQB Evo是一汽-大众经典平台的全新升级,基于智能网联需求设计,不仅与外界网络相连,还在基础架构中对各功能领域进行了有效划分,并在主要部分的总线从CAN升级到CAN FD,将总线带宽从500kb提升至2M,在与用户体验密切相关的信息系统中搭载了100MB的车载以太网技术。
CAN FD即CAN Flexible Data-rate ,是一种基于CAN协议物理层的快速通信技术,总线带宽提升至 2M ,数据段峰值速率可达 5 Mb/s ;其数据长度也从8字节升级到64字节,能在低延时的通信中传递更多数据,也让芯片的处理更加高效,就好比手机和电脑的处理器从8位升级到64位一样,获得划时代的提升。尤其对智能辅助驾驶系统来说,增大的带宽能让传感器传输更多精准的感知数据到ADAS控制器,也能保障控制器给出的执行操作指令更加迅速,这使得整车能支持更多复杂的辅助驾驶功能,并在低延时下提高可靠性和安全性。
MQB Evo平台在数据量较大的部分则采用了百兆以太网,让核心模块的计算能力得到完全发挥,支持更复杂操作系统的运行。这能让全新数字座舱,尤其是车机的运行更加流畅,支持更多丰富多样的功能;超大的带宽也让系统升级更加方便,以往超过10G的车机系统只能去4S店用CAN总线用刷写几小时,现在只需要数分钟,还能通过OTA远程升级,快捷方便。
新架构的功能和体验升级
在这些网络和技术升级的加持下,MQB Evo平台的全新数字高尔夫也带来了不少新的功能和体验的升级,尤其在智能驾驶、全新数字座舱、网联生态等数字生活的核心领域,大跨步的进步已经完全没有了传统汽车「古板」的影子。
在CAN FD大带宽的加持下,全新数字高尔夫在智能辅助驾驶系统中全新升级了IQ.DRIVE技术,该技术不仅包含所有与安全、驾驶、泊车相关的驾驶辅助服务技术,还将独立的功能整合成了L2+级别的智能驾驶辅助系统,可实现0-160km/h范围内的全速域、全旅程覆盖 ,配合上疲劳检测和电容方向盘离手检测等功能,让辅助驾驶更加安全。
因为采用了车载以太网,全新数字高尔夫的车载交互也进行了大幅升级。除了CNS 3.0的可定制界面能实现类似手机的交互外,还在语音系统中增加了自然语义、云端识别和声源定位技术,既提高了语音识别的准确度又能在车内实现精准的对话。
为了构建全新的交互体验,高尔夫在大众品牌中首次搭载全触控交互模式,将方向盘、灯光、中控面板连成了一个整体的交互逻辑。除了支持触摸操作,还能感应手的接近,在手接近面板表面时,提高面板亮度,提示操作区域,并通过操作时明确的力反馈提示触摸操作成功;当手离开后,亮度又能自动降低减少对驾驶员视线的干扰。
基础架构的联网不仅让OTA升级更方便,还能通过与云端生态和手机的互联创造出更多应用场景。全新数字高尔夫中搭载了最新的众行家车联网系统,该系统与丰富的互联网生态连接,实现了音乐、电台、腾讯我的车等诸多应用的实时在线和应用市场的车载化;通过直接连接高德的大数据后台,融合惯性导航算法和实时在线路况信息带来比手机导航更好地体验。通过智联手机控车的功能,又让手机与车构成一个有机的整体,实现便捷的远程操作、远程监控。
车内基础网络速度的提升让更多复杂功能的成为可能,全新数字高尔夫在座舱方面的升级尤为明显。在全液晶仪表和大屏中控之外,还搭载了「wHUD」抬头显示,能车速、导航指示、辅助驾驶等方面的信息。增加的电子换挡杆,轻巧的造型和黑曜石般的外观更具未来科技感,操作也更加方便。
在灯光方面全新数字高尔夫也变得更加智能,配备的IQ. Light系统搭载了含有22颗LED光源的矩阵前大灯,这个系统能与ADAS传感器结合,通过判断道路的情况智能改变灯管分布,更安全地应对多种路况。比如可通过前视摄像头识别对向的来车,根据对方的速度和位置迅速调整LED矩阵的发光组合,避免眩目,提升安全。
下一代智能架构
随着数字和智能时代的加速到来,汽车已经进入一个全新的时代:车载芯片算力进一步提高、网络通信速率升级到千兆、人工智能在车内加速应用、传感器系统变得更加精密可靠……在这些进步中,汽车将不再仅仅是一个单调的交通工具,智能的属性将让它成为数字化出行的有机载体,成为物理世界与数字世界沟通的重要空间。
那时候 汽车会变得和手机一样,硬件高度整合、软件灵活多变、功能丰富多彩 。目前许多汽车公司也在向这个方向努力,不断增加汽车软件领域的投入,不断迭代着汽车的基础架构,不断探索着智能体验的可能……我们或许可以期待,未来汽车将彻底突破我们的想象,成为数字时代的「神迹」。