如何簡化汽車的ECU?

在任何功能的背后，都必須有硬件的支撐，就像數(shù)碼相機(jī)僅僅有鏡頭還不夠，也需要機(jī)身里的那塊 CMOS 或 CCD 芯片，而且，在數(shù)碼時(shí)代，這個(gè)芯片水平如何，直接決定了相機(jī)的檔次。

而在汽車上，需要用到比照相機(jī)里多得多的芯片，它們被稱為“電子控制單元”，也就是 ECU(Electronic Control Unit)。很多人認(rèn)為 ECU 特指發(fā)動(dòng)機(jī)程序，但事實(shí)上，整個(gè)車子的電子系統(tǒng)由非常多的 ECU 組成，它們分別用來控制車子的各種功能，比如車燈、娛樂系統(tǒng)、防盜系統(tǒng)等等。

隨著車子電子化程度越來越高，尤其是自動(dòng)駕駛、主動(dòng)安全等功能的增加，車子的 ECU 會(huì)急速增加，有預(yù)測說，在未來五年里，車子里的 ECU 平均會(huì)達(dá)到 50-70 個(gè)，而現(xiàn)在一些電子結(jié)構(gòu)復(fù)雜的車子，ECU 數(shù)量早就超過了一百。

但是，這篇文章聊的不是ECU 到底能多到什么程度，而是怎么把 ECU 簡化。

從一對(duì)一到一對(duì)多

討論這個(gè)話題，咱們以現(xiàn)在最火的自動(dòng)駕駛舉例子。在一輛自動(dòng)駕駛車?yán)?，可能包括激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、中距離雷達(dá)、前攝像頭、后攝像頭等不同的傳感器，而通常的做法是，每一個(gè)傳感器都由一個(gè)芯片負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)。

支撐起自動(dòng)駕駛的數(shù)據(jù)量、運(yùn)算量都是巨大的，而這些芯片，都要在一張 CAN 總線的網(wǎng)絡(luò)上去部署(特斯拉使用的以太網(wǎng)和它們相比太超前了)，它的問題在于：這個(gè)網(wǎng)本身就慢。到底有多慢?可以看下面這張圖：

網(wǎng)絡(luò)本來就慢，再加上這些芯片是分散排布，數(shù)據(jù)交換是快不起來的，芯片越多，效率越低。這樣還怎么玩自動(dòng)駕駛?

把一對(duì)一變成一對(duì)多就成了一種解決方式，把這些芯片集中到一起，用數(shù)量更少的芯片組或者是一個(gè)運(yùn)算能力超強(qiáng)的芯片作為神經(jīng)中樞，去配合那些傳感器進(jìn)行工作，在汽車電子網(wǎng)絡(luò)部署上，這就意味著簡化。

如果按照傳統(tǒng)的汽車電子架構(gòu)，想加更多功能，就要掛更多的 ECU 上去，要加強(qiáng)運(yùn)算能力，也得通過加更多 ECU 的方式，但是，隨著數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜萘恳笤絹碓酱?，靠增?ECU 的數(shù)量就行不通了。

這種先天和后天的優(yōu)劣，有過裝修經(jīng)驗(yàn)的人應(yīng)該懂，就像做水電改造一樣，前期打好基礎(chǔ)的話，后續(xù)的升級(jí)改造都會(huì)輕松不少。

這種一對(duì)多的方式，在車子里可以稱為“多域控制器”(Multi-Domain Controllers)，但是目前并沒有被應(yīng)用在量產(chǎn)車?yán)?。在零部件供?yīng)商德爾福的上海總部參觀時(shí)，我看到了一個(gè)多域控制器樣品：

如果你這兩年比較關(guān)注汽車電子，應(yīng)該知道奧迪展出過名為“zFAS”的自動(dòng)駕駛控制模塊，這其實(shí)就可以理解為德爾福那個(gè)多域控制器的“奧迪定制版”。奧迪先后展示過兩個(gè)版本的 zFAS，第二版比第一版更精簡，集成度更高。

它看起來像一塊主板，以二代為例，上面集成的芯片包括：Altera’s Cyclone V SoC FPGAs、32 位 TriCore Tm based multicore uController、Mobileye EyeQ3、NVIDIA Tegra K1 處理器，可以實(shí)現(xiàn)完整的數(shù)據(jù)、規(guī)劃、決策處理，而且，從傳感器到這個(gè)“主板”，使用的是以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)。而且，除了自動(dòng)駕駛功能，它還集成進(jìn)了很多和車輛控制有關(guān)的功能。

德爾福的工程師還舉了一個(gè)例子：當(dāng)液晶儀表盤和中控屏幕使用同一個(gè)處理芯片時(shí)，它們就會(huì)更緊密的成為一個(gè)整體，分工配合的去顯示不同的內(nèi)容，提供更好的 HMI 體驗(yàn)。

集成化到底有多重要?

其實(shí)，這個(gè)原因不難理解。

可能我們平時(shí)買車、用車看的只是外觀、動(dòng)力、操控，但事實(shí)上，在這些東西背后，汽車的電子電氣架構(gòu)才是真正的“骨骼”。現(xiàn)在的大部分車子還是用的那套老舊骨骼，但現(xiàn)實(shí)是，汽車的智能化程度要越來越高，傳統(tǒng)的電子架構(gòu)很難滿足這種需求(前面已經(jīng)說過)，于是，就需要車子用一種全新的架構(gòu)來應(yīng)對(duì)這種智能化趨勢。

當(dāng)然，更強(qiáng)的計(jì)算能力是必須的。

而從另一個(gè)角度來說，也正是因?yàn)橹悄芑潭鹊奶岣?，車子?duì)于電子安全方面的要求越來越高，更集成化的架構(gòu)，有助于更好的去部署防御機(jī)制。

芯片的集成化意味著車子真正變成了一個(gè)整體。如果說未來的汽車是一個(gè)電腦+四個(gè)輪子，那么“一個(gè)電腦”就意味著把原來散步的處理芯片都集合到一起(當(dāng)然，并不是所有 ECU 都可以集成進(jìn)來)。都喜歡說“體制”，這其實(shí)就是體制上的改變。

再聊回到自動(dòng)駕駛上，隨著自動(dòng)駕駛等級(jí)的不斷提升，芯片集成化的趨勢會(huì)越來越明顯。