首先來看寶馬的底盤總線部分,和奔馳一樣,寶馬底盤總線都堅持采用高可靠性的 Flexray 總線。
上圖為寶馬 Flexray 總線拓撲。1 為 8 缸發(fā)動機 ECU,2 為車身域控制器,3 為調(diào)節(jié)后軸差分鎖 GHAS,4 為后防滾穩(wěn)定器 EARSH,5 為后軸滑動角度控制器,6 為垂直動態(tài)平臺,7 為被動安全 ECU,8 為 ADAS 域控制器,9 為制動執(zhí)行器,10 為電子助力轉(zhuǎn)向,11 為 6 缸發(fā)動機 ECU,12 為前防滾穩(wěn)定器 EARSV,12 為 8 缸發(fā)動機 ECU(8 缸發(fā)動機雙 ECU)。?Flexray 總線最早由奔馳在 2000 年提出,2009 年 Flexray 總線標準改為 ISO17458,F(xiàn)lexray 協(xié)會也就此解散。Flexray 的核心成員是奔馳、寶馬、通用、沃爾沃、大眾、NXP、博世、Vector。Flexray 總線收發(fā)器由 NXP 壟斷 90%的市場,開發(fā)工具則由 Vector 壟斷,導致其整體成本遠高于 CAN 總線,只有對安全比較重視的奔馳、寶馬和沃爾沃愿意使用,國內(nèi)吉利的領克系列技術源自沃爾沃,因此也使用了 Flexray 總線。
Flexray 是目前最先進最可靠的成熟的總線系統(tǒng),TSN 更先進,但還未進入實用狀態(tài),TSN 與 Flexray 相比主要是帶寬遠超 Flexray。但是在底盤領域,帶寬優(yōu)勢完全無法發(fā)揮,10Mbits 足夠了,因此將來 TSN 也不會取代 Flexray 在底盤領域的地位,而 TSN 更適合骨干網(wǎng)。
Flexray 的優(yōu)點如下:
1)Flexray 高達 10Mb/s 的帶寬為高精度控制的車輛控制器提供了更大的便捷,能夠?qū)崿F(xiàn)多個 ECU 之間參數(shù)的迅速交互和實時性控制。
2)Flexray 兩條獨立的通道 CHA/CHB 在物理層上能實現(xiàn)完全的解耦,可實現(xiàn)更大傳輸速率的要求或是實現(xiàn)冗余傳輸以保證數(shù)據(jù)傳輸的安全性。
3)Flexray 的時間片長度可以在一定范圍內(nèi)自由設置,區(qū)別于 CAN 消息每幀 8byte 的限制,F(xiàn)lexray 幀數(shù)據(jù)段長度可在 0~255byte 之間自由變動。
4)Flexray 是時間觸發(fā)的網(wǎng)絡,各個節(jié)點均有其本地的時鐘,并與全局時鐘相對應,對于實時性功能的實現(xiàn)有很大幫助。
5)Flexray 的通訊段內(nèi)包含靜態(tài)段和動態(tài)段兩個部分,可以同時實現(xiàn)時間觸發(fā)的實時性和精確性以及事件觸發(fā)的靈活性和可配置性。
6)Flexray 支持多種形式的拓撲結構,對于較為簡單的網(wǎng)絡,一般可采取和 CAN 網(wǎng)絡類似的被動總線型拓撲結構;而對于安全性要求較高,或是多個模塊之間進行的數(shù)據(jù)傳輸,可采用主動星型拓撲結構,對數(shù)據(jù)進行選擇性的主動截斷或者發(fā)送,可防止一個模塊出現(xiàn)故障時導致整個網(wǎng)絡的癱瘓。
上表為常見總線對比
在執(zhí)行器方面,寶馬新車型使用 VIP 即 VirtualIntegration Platform,老車型使用 DSC,也就是電子車身穩(wěn)定系統(tǒng) ESP 的另一種叫法。VIP 實際就是德國大陸汽車的 MK-C1,結合線控制動和 ESP 為一體的執(zhí)行器,比特斯拉用的博世 iBooster 先進得多(iBooster 頻發(fā)故障,分體式設計成本高,可靠性低)。
博世與 MK-C1 同一層次的執(zhí)行器,iBooster 的升級版執(zhí)行器是 IPB,卡迪拉克在 2019 年上市的 XT4 是全球第一個用博世 IPB 的量產(chǎn)車型,比亞迪即將在 2020 年上市的“漢”是中國第一個使用博世 IPB 的量產(chǎn)車型。相信特斯拉在大改款后也會用上 IPB。不過那估計至少要等 3 年以上了。
上圖為寶馬 ADAS 架構,1 為前右側短距離毫米波雷達,2 為前長距離雷達加熱器(極端低溫下,毫米波雷達會失效,軍事領域常見有雷達加熱裝置,民用設備上是第一次見到),3 為前成距離雷達,4 為前左側短距離毫米波雷達,5 為前右側配電盒保險,6 為右倒車鏡 LED 信號燈,7 為車身域控制器,8 為右后配電盒保險,9 為自動泊車控制器,10 為右后側短距離毫米波雷達,11 為左側后短距離毫米波雷達,12 為駕駛員一側門交換器,13 為駕駛員一側門連接,14 為智能安全報警即一鍵緊急呼叫,15 為音頻運作單元,16 為轉(zhuǎn)向柱上開關總成,17 為駕駛員側安全帶卡扣檢測,18 為被動安全 ECU,19 為通訊控制器,20 為中控顯示,21 為 HU-H3,22 為儀表,23 為駕駛員監(jiān)測攝像頭,24 為左倒車鏡 LED 信號燈,25 為 ADAS 控制器(SAS),26 為電子助力轉(zhuǎn)向,27 為制動執(zhí)行器,28 為雨霧水滴霧氣凝結傳感器,29 為 CAN 終端電阻,30 為電子變速箱控制,31 為 CAN 終端電阻,32 為三目攝像頭系統(tǒng),33 為攝像頭加熱系統(tǒng)(檢測到有霧氣凝結或下雨即啟動電阻加熱,防止攝像頭鏡頭模糊),34 為發(fā)動機 ECU,35 為 CAN 終端電阻。
寶馬 ADAS 頂配構成
低配車型沒有 SAS,只有高配車型才有,SAS 連接了所有傳感器。四個短距離毫米波雷達也就是角雷達采用一正一副的本地 CAN 連接,四個角雷達由安波福提供,型號為 SRR-03,采用 77GHz 設計,有效距離 75 米,水平 FOV 達 100 度。前長距離雷達為大陸的 ARS410,比特斯拉的 ARS-4B 略好一點點,與眾不同的是長距離雷達有加熱裝置,且是用以太網(wǎng)直接連接 SAS,這非常罕見,寶馬可能是取雷達的原始信號進行最高等級的傳感器融合,也可能只是覺得 CAN 的帶寬太低,大部分廠家包括特斯拉都是用 CAN 連接,CAN 連接只能輸出已經(jīng)刨除所有靜態(tài)目標的數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)只是速度、角度和方位角,這是已經(jīng)多次處理過的數(shù)據(jù),而寶馬似乎是取原始數(shù)據(jù)自己處理,這勢必增加處理器的負擔。雷達的快速 FFT 是很消耗計算資源的。此外,前長距離雷達還有單獨的加熱電路,并且是放在保險杠內(nèi)部,而不是大多數(shù)企業(yè)那樣裸露在外。SAS 很可能采用了英特爾的 Atom 處理器以及英飛凌的 TC297T MCU。SAS 應該也是安波福供應。
攝像頭部分,寶馬高配車型采用德國 ZF 的三目攝像頭,跟特斯拉一樣,F(xiàn)OV 分別是 28、52 和 152 度,分別對應 250、120、20 米距離內(nèi)目標。處理器自然是 Mobileye 的 EyeQ4。此外還有一個攝像頭通過 LVDS 與自動遠近光車燈控制器(FLA)連接,達到自動遠近光功能,F(xiàn)LA 連在 PT-CAN 線上。
駕駛員監(jiān)測系統(tǒng) DCS 接線如上圖,DCS 有兩路以太網(wǎng)接口,一路連接儀表,一路連接 HU-H3,與車身域控制器有 CAN 線連接。DCS 實物如下圖,攝像頭放在儀表盤中央靠上的位置,由安波福提供。
寶馬的自動泊車系統(tǒng)也有比較大的提升。
自動泊車系統(tǒng)構成如上圖,包括博世提供的 360 環(huán)視(TRSVC),PMA 自動泊車控制器,12 個超聲波傳感器。超聲波傳感器也由博世供應。
寶馬自動泊車接線圖如上。1 和 15 是遠距超聲波傳感器,16 和 2 是近距超聲波傳感器。3、12、17、25 是 4 個環(huán)視攝像頭,26 是 360 環(huán)視控制器,13 是自動泊車控制器(PMA),4、5、6、7 分別對應發(fā)動機、轉(zhuǎn)向、制動和變速箱。19、20、21、22、23、24 分別對應 HU-H3、中控、自動泊車按鍵與 360 環(huán)視按鍵、被動安全 ECU、轉(zhuǎn)向柱開關總成和儀表。?TRSVC 通過以太網(wǎng)與 4 個 130 萬像素攝像頭連接(有一點比較奇怪,寶馬單獨把后視攝像頭命名為 RFK,似乎這個攝像頭不是魚眼鏡頭,而是普通 FOV 的攝像頭),然后進入博通的 BCM89501 以太網(wǎng)交換機,然后經(jīng) NXP 的 i.mx6 雙核處理器拼接,再用以太網(wǎng)輸出到車身域控制器中轉(zhuǎn)到 HU-H3 中控。同時還有一路本地 CAN 直接與自動泊車控制器 PMA 相連,PMA 連接 12 個超聲波傳感器,同時通過 K-CAN 與車身域控制器連接。?考慮到 i.mx6 的處理能力,想讓其識別車位是不可能的,更不用說識別行人或車輛了。因此這個 360 環(huán)視只是在自動泊車中讓駕駛者可以全景監(jiān)控的。目前國內(nèi)幾乎所有 360 環(huán)視都是基于美信的 GMSL 設計的,即 MAX96705 加 MAX9286,這主要是成本因素,寶馬從 2012 年就開始用以太網(wǎng)做 360 環(huán)視,實時性比 GMSL 略好。
寶馬將 T-Box 稱為 TCB,即 TelematicCommunication Box。目前寶馬的 TCB 發(fā)展到第三代,稱之為 TCB3,TCB3 在寶馬 Z4 上是放在后備箱里,某些車型上是放在車頂?shù)孽忯~鰭里。語音識別、語音短信發(fā)送、聯(lián)網(wǎng)服務、寶馬遠程服務、緊急呼叫都要靠 TCB 完成,TCB3 支持 LTE 4.5G,最高速率 300MBit/s,內(nèi)部不再包含 WLAN。
TCB3 見上圖,1 為 GPS 天線,2 為 4G 天線,3 為 Telematics 天線,4 為連接器,包括以太網(wǎng)連接器,K-CAN 連接和駕駛員側麥克風連接。5 為無線充電連接,6 為緊急 GSM 天線,7 連接緊急揚聲器、電源、緊急呼叫鍵、緊急呼叫 LED??赡苁强紤]到 4G 信號覆蓋不夠好,所以加了緊急 GSM 天線。?
上圖為 TCB3 連接圖。1 為緊急呼叫按鍵和 LED,2 為車身域控制器,3 為車身域配電盒保險,4 為被動安全 ECU,5 為中控顯示,6 為 HU-H3,7 為無線充電,8 為 CAN 控制器,9 為 GPS 天線,10 為 Telematics 天線,11 為 4G 天線,12 為音頻接收模塊 RAM,13 為 TCB3,14 為緊急 GSM 天線,15 線性放大器,16 為緊急揚聲器,17 為轉(zhuǎn)向柱開關總成,18 為儀表,19 為駕駛員側麥克風。?TCB3 通過以太網(wǎng)與 HU-H3 相連,再通過 HU-H3 內(nèi)的以太網(wǎng)交換機與 RAM 相連。
這里需要介紹一下寶馬的 FZD,即車頂功能中心,這個功能中心有警報、調(diào)整天窗、手勢識別、麥克風語音輸入、緊急呼叫按鍵。雖然跟閱讀燈在一個殼體內(nèi),但是 FZD 和閱讀燈沒聯(lián)系。FZD 兩側是麥克風,F(xiàn)ZD 正中間是手勢識別攝像頭,手勢識別系統(tǒng)由安波福提供,據(jù)說是 TOF 攝像頭,感覺可能性不大。因為攝像頭邊緣有明顯的紅外 LED 顆粒,應該還是傳統(tǒng)攝像頭。手勢識別有 NXP 的 4 核 i.mx6 完成,使用瑞薩的 RH850 做 MCU。RH850 通過 K-CAN4 輸出到車身域控制器。K-CAN4 與 HU-H3、TCB3 和 RAM 連接。
?寶馬新一代電子架構復雜,這里只是簡要介紹。汽車電子架構實際由上游硬件供應商決定,現(xiàn)在遠未到完全脫離硬件只說軟件的地步,未來十年恐怕都不可能。電子架構留給汽車廠商發(fā)揮的空間有限,特斯拉這種不太在乎車規(guī)的廠家發(fā)揮會更自由一些,但即便如此,也要受制于硬件,很多模擬或混合界面 IC 不是挖幾個人想做就能做出來的,那需要最少 15 年以上的模擬 IC 經(jīng)驗。若要先進且可靠必定就會導致成本增加,特斯拉不是先進,是不太在乎車規(guī)而已,即便如此,它也不能跟奔馳寶馬比先進程度,畢竟特斯拉更在意成本。?
在特斯拉看來,將錢花在百萬分之一甚至千分之一的 CornerCase 上完全沒必要,所以特斯拉不用激光雷達。馬斯克用市場化的工業(yè)級標準替代未充分競爭的航天級標準做了 SpaceX,成本自然降低極多。但是在傳統(tǒng)車廠看來,百萬分之一的可能也要考慮到,這非常有必要,這是對生命的敬畏,每一個生命都該被拯救。