【原】豐田的自動(dòng)駕駛軟件平臺(tái)和高算力集成式架構(gòu)

小明師兄 2021-09-16

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把一輛乘用車想象成一個(gè)電子控制單元（ECU）的集合，這些單元分布在汽車的長度和寬度上，使用不同的網(wǎng)絡(luò)相互交談。當(dāng)為車輛到萬物（V2X）、自動(dòng)駕駛和車輛電氣化添加更先進(jìn)的汽車電子裝置時(shí)，ECU的數(shù)量增加，交換的數(shù)據(jù)量也增加。

此外，ECU數(shù)量的增加使網(wǎng)絡(luò)類型多樣化，從本地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（LIN）和控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（CAN）到更高速的網(wǎng)絡(luò)，如平板顯示器-鏈接（FPD-鏈接）、PCI Express（PCIe）和以太網(wǎng)。

在域架構(gòu)中，ECU根據(jù)其功能被劃分為不同的域，但區(qū)架構(gòu)是一種新的方法，它根據(jù)ECU在車輛內(nèi)的物理位置進(jìn)行分類，利用中央網(wǎng)關(guān)來管理通信。這種物理上的接近減少了ECU之間的布線，以節(jié)省空間和減輕車輛重量，同時(shí)也提高了處理器的速度。

領(lǐng)域架構(gòu)的簡單解釋

要了解領(lǐng)域架構(gòu)，首先要了解五個(gè)領(lǐng)域，如表1所示，ECU通常根據(jù)功能進(jìn)行分類。

跳過關(guān)于域架構(gòu)的介紹，直接進(jìn)入?yún)^(qū)架構(gòu):

->動(dòng)力總成領(lǐng)域

管理汽車的駕駛功能，包括電動(dòng)機(jī)控制和電池管理、發(fā)動(dòng)機(jī)控制、變速器和轉(zhuǎn)向控制。

->高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)領(lǐng)域

處理傳感器信息并作出決定以協(xié)助駕駛員，包括攝像頭模塊、雷達(dá)模塊、超聲波模塊和傳感器融合。

->信息娛樂領(lǐng)域

管理車輛內(nèi)的娛樂，并在車輛和外部世界之間交換信息，包括車頭裝置、數(shù)字駕駛艙和遠(yuǎn)程信息處理控制模塊。

->車身電子和照明領(lǐng)域

管理車內(nèi)的舒適性、便利性和照明功能，包括車身控制模塊、車門模塊和大燈控制模塊

->被動(dòng)安全領(lǐng)域

控制安全相關(guān)功能，如安全氣囊控制模塊、制動(dòng)控制模塊和底盤控制模塊。

ECU通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)交換，這些網(wǎng)絡(luò)在其自身領(lǐng)域內(nèi)是特定的和相關(guān)的，同時(shí)也與外部領(lǐng)域的ECU進(jìn)行通信。由于一個(gè)域中的網(wǎng)絡(luò)可能與另一個(gè)域中的網(wǎng)絡(luò)不同，因此網(wǎng)關(guān)起到了橋梁作用。

下圖說明了一個(gè)具有基于域的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的車輛。在這個(gè)圖中，有一個(gè)中央網(wǎng)關(guān)模塊連接到汽車的不同領(lǐng)域。每個(gè)域都執(zhí)行幾個(gè)功能。域控制器（例如動(dòng)力系統(tǒng)）包括網(wǎng)關(guān)功能。該域網(wǎng)關(guān)幫助在支持相關(guān)域的ECU之間以及從域到車輛其他部分進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

域控制器還集成了ECU，通過集成通常通過多個(gè)ECU實(shí)現(xiàn)的功能，有助于最大限度地降低系統(tǒng)成本。有些芯片具備很強(qiáng)用于處理數(shù)據(jù)的原始處理能力，一個(gè)芯片可以用于實(shí)時(shí)控制和千兆位時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）和以太網(wǎng)交換機(jī)用于高速網(wǎng)絡(luò)。

介紹一下區(qū)域架構(gòu)

如果汽車是一個(gè)房間，而ECU是聚集在這個(gè)房間里討論不同話題的人，那么一個(gè)領(lǐng)域架構(gòu)就相當(dāng)于混亂地安排這些人，使他們向房間對(duì)面的討論組中的其他人喊話。

一個(gè)區(qū)域架構(gòu)根據(jù)ECU在車內(nèi)的位置將其組織起來，并增加一個(gè)車輛計(jì)算模塊。車輛計(jì)算模塊是一臺(tái)具有較大處理能力的計(jì)算機(jī)，可以執(zhí)行所有的計(jì)算，而不考慮功能。這種結(jié)構(gòu)還可以包括一個(gè)網(wǎng)關(guān)模塊來管理網(wǎng)絡(luò)流量。

下圖描述了汽車不同區(qū)域的區(qū)域模塊和相關(guān)的區(qū)域衛(wèi)星模塊，以及中央網(wǎng)關(guān)和車輛計(jì)算模塊。汽車的某些處理器是為網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)量身定做的，包括在汽車中安全可靠地移動(dòng)數(shù)據(jù)的功能。處理器包括具有集成PCIe交換機(jī)和千兆位TSN以太網(wǎng)交換機(jī)的器件，可用于計(jì)算平臺(tái)、中央網(wǎng)關(guān)和區(qū)域模塊。

可以使用低帶寬網(wǎng)絡(luò)，如CAN，用于不同區(qū)域模塊和中央網(wǎng)關(guān)/計(jì)算模塊之間的通信。然而，高速網(wǎng)絡(luò)如以太網(wǎng)或PCIe也是一個(gè)很好的選擇，因?yàn)樗鼈冊(cè)诟鞣N汽車溫度下都能提供高可靠性和平穩(wěn)運(yùn)行。

區(qū)域架構(gòu)的動(dòng)力優(yōu)勢(shì)

工程師們也在利用ECU的這種重組來優(yōu)化動(dòng)力架構(gòu)--特別是重新設(shè)計(jì)智能接線盒，也叫動(dòng)力分配模塊，將動(dòng)力分配給車輛中的不同負(fù)載和ECU。電源分配箱在某種程度上是針對(duì)汽車模型的，每個(gè)電源分配箱將電源分配給一組特定的負(fù)載。

由于大多數(shù)電源分配箱設(shè)計(jì)使用繼電器和保險(xiǎn)絲，如果需要更換保險(xiǎn)絲，它們必須易于接近。在一個(gè)區(qū)域架構(gòu)中，配電箱被分配，以便每個(gè)區(qū)域都有自己的配電裝置，為相應(yīng)區(qū)域的模塊供電。

下圖顯示了區(qū)域架構(gòu)中的配電概念，可以看到每個(gè)區(qū)域的配電模塊功能與管理網(wǎng)絡(luò)流量和本地區(qū)域衛(wèi)星的區(qū)域模塊的整合。

另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，整個(gè)車輛的配電模塊設(shè)計(jì)可以是類似的。使用半導(dǎo)體解決方案，如智能高壓側(cè)開關(guān)，而不是機(jī)械繼電器和保險(xiǎn)絲，可以實(shí)現(xiàn)更合理的配電模塊設(shè)計(jì)，將模塊放在離負(fù)載更近的地方，而不是更遠(yuǎn)的地方，這樣它們就更容易被替換。

下文是豐田關(guān)于自動(dòng)駕駛車輛軟件和高算力平臺(tái)架構(gòu)的挑戰(zhàn)