汽车走向电动化和智能化的过程中,我们总在说汽车电子电气架构变了,那现在已经变成什么样了?

这两年的慕尼黑上海电子展上,大企业关注的应用方向焦点普遍涵盖了汽车、新能源、机器人,其中一个典型代表是TI(德州仪器)。在消费电子过去两年式微的当下,这也很好理解:从TI 2023年报来看,这家公司75%的营收来自工业与汽车市场。年报中,TI还提到“相信这些市场在未来几年,相比于整体半导体市场也会增长得更快”。

汽车市场占到TI年度营收的34%,工业则为40%。这与TI在慕展上的布置做到了完整的对应。本文将关注点放在TI的汽车领域,看看TI推进下的汽车电子电气架构革新,以及软件定义汽车趋势走到了哪里。

 

当代汽车电子电气架构

过去几年我们总在说电动化、智能化、网联化,正促成汽车电子电气架构从此前的分散走向更加集中的趋势——这个过程当然是分阶段、分步骤的。TI展位有一面墙相对具象地展示了当代汽车的电子电气架构,当然重点展示TI参与和关注的部分,如下图所示:

“从传统燃油车到现在的新能源汽车,汽车的电子电气架构经过了数度迭代。”德州仪器中国区技术支持总监师英在演讲中说,“为了让软件定义汽车成为现实,很多优秀的客户对汽车电子电气架构做出了创新。”总体表现为“分布式ECU集中到了几个区域”。

“现在我们习惯将汽车分成3个大的域,一是座舱和娱乐的域(IVI Compute),一是辅助与自动驾驶域(ADAS Compute),还有一个是车辆控制(Vehicle Control Unit)。”“在此基础上,因为存在大量实时数据的交换需求,还需要中央网关。”

“车身底盘部分,很多主机厂将分布式的车身或底盘控制ECU集中到3个或4个区域控制器。这些区域控制器在汽车的智能化线控、安全性、功率分配与管理方面都会起到很大的作用。”

现代化的电子电气架构实现了更清晰的区域划分和功能集成,是软件定义汽车的硬件基础。“通过这样创新的架构,我们可以实现全车数据的管理融合,实现包括云端聚合、全车OTA等。”

德州仪器中国区技术支持总监 师英

师英表示,TI在软件定义汽车实践上,提供的技术和产品主要分成几块,(1)首先当然是MCU,支持区域控制器和ECU,“不管是主域还是区域控制器,也包括三电系统、车身或底盘控制系统”;(2)其次是MPU或高性能处理器,如应用于ADAS高级辅助驾驶系统的,“对来自毫米波雷达、摄像头、激光雷达等传感器的数据采集、融合、运算、决策、控制、驱动,整个链路的管理”;

(3)高速互联部分,除了传统的CAN、LIN,还有车载以太网、PCIe,和TI力推的非常适用于汽车的FPD-Link连接支持——主打高速实时安全通信;(4)PMIC电源管理芯片;(5)以及TI这次特别谈到的智能保险丝产品——这种电子保险丝可优化配电布线,相比熔断型保险丝更加智能。

 

汽车相关产品展示:ADAS是亮点

中央网关在电子电气结构图的中央位置:核心部分是TI的SoC DRA821U-Q1,“是软件定义汽车非常关键的组成部分”。这颗SoC为双核Arm Cortex-A72,四路Cortex-R5F;IO是其中关键,涵盖多口车载以太网和PCIe交换机,以及CAN、LIN支持等。“一些主机厂已经在量产这样的中央网关方案。”

诸如AM263x之类的实时控制器,并非TI这次谈的重点——相对的,应用于诸如ADAS系统、对来自不同传感器的数据做融合、计算、决策与驱动的SoC芯片则是这次展示的关键。

比如说TDA4VH——这颗处理器用上了8个Arm Cortex-A72核心,最多配4个深度学习MMAv2加速器实现32TOPS的AI算力,“一颗就可以实现多摄像头和毫米波雷达传感器融合和计算,实现高性价比的高速或城区道路NOA。”师英介绍说,“我们很多主机厂的量产方案都是基于TDA4VH的。”

TI展位演示的是基于TDA4VH-Q1的“高性价比行泊一体方案”,实现L2+或更高的自动驾驶,在功能安全的基础上,反复强调其应用于自动驾驶时的性价比和低成本。

当然这只是ADAS域控制器实践的一个例子。下面这张图展示的是来自Nullmax的前视一体机方案——Nullmax是TI TDA4的算法合作伙伴,也就是基于TDA4做ADAS解决方案——此处展示的MaxDrive是Nullmax打造的智能驾驶解决方案,其中也用到AM62A7-Q1。

师英介绍说这套方案基于1个200万像素摄像头+毫米波雷达——“最多可扩展到5个毫米波雷达传感器”,“完成行车场景的ADAS功能”。

AM62A7-Q1是一颗多核Cortex-A53处理器,除了R5F之外,也配有深度学习加速器、视频编解码加速器和视觉预处理加速器。其AI算力在2TOPS水平线上,能够基于视觉做障碍物、车辆、行人、行车与交通标志等的判断。“我们在其中提供高性价比的处理器,配合Nullmax的融合控制和视觉感知软件,为客户更快实现ADAS系统设计和量产”。

“有些客户已经在考虑做1200万像素的摄像头,加上毫米波雷达的点云信号之类的大量数据,这些数据如何传输到域控制器?”这就涉及到连接了。架构图中靠右侧有个DS90UB9764-Q1串行器/解串器视频聚合的部分,就是其中示例。

“有时需要这样的串行器/解串器(SerDes),将并行信号转为串行信号,通过同轴电缆或双绞线将其传输到中央域单元。”师英说,“DS90UB9764是FPD-Link的SerDes Hub,可以将四个摄像头接入到这一个器件里,编串以后通过同轴电缆输送到另外一端,进行接串和运算。”

如前文所述,演讲中谈到TI在汽车电子领域提供的不同产品和技术,还有个智能保险丝。

“汽车功率分配,或者任何相关功率的组成部分,都需要对应的安全保护。”师英说,“最传统的手段就是保险丝,达到熔断能量时保险丝就会熔断。”TI的智能保险丝解决方案具备可配置线保护及可复位输出功能。

展示中的主板与多个子卡一起使用,可将单个主机EVM用于具有不同导通电阻和功能的各种不同高侧开关。师英提到,保险丝有个关键参数I²T,电流的平方×时间“表征能量”,“当能量达到一定阈值,开关就会关断”。

“智能保险丝每个器件每个通道的I²T都是可配置的,从而实现智能的电气安全。”

最后再简单谈谈TI在推进汽车电气化方面的努力。这些在汽车电子电气结构框图中也多有体现。这部分,TI提及的重点包括BMS电池管理系统、无线BMS、牵引逆变器、OBC与DCDC转换器。

有关BMS,电动车“装了大量锂电池,就需要对每个电芯的电压、电流做监测,对电池的容量、充放电、健康状态及各种关键物理特性做监控”;“牵引逆变器是新能源汽车的心脏;当然车载充电器、以及各种双向高压低压间的直流转换器也都很重要”;而TI的无线BMS解决方案,我们此前在其他展会上也多次见到过了。

总的来说,在汽车电动化方向上,TI期望达成的是延长续航里程、提高安全性、实现更快的充电速度、让电动汽车更经济实惠。

这些应当只是TI在汽车电子领域的一部分产品和技术展示。以TI在汽车新能源、智能驾驶、智慧座舱等方面的参与度和市场份额,这家企业的技术和产品始终是我们了解汽车电子发展现状的重要窗口。

值得一提的是本次慕展上,TI还联手德赛西威发布了CRD03H角雷达产品,其中用到TI的AWR2944毫米波雷达传感器;另外TI和中车电驱,联合发布电机控制器电驱主控平台,采用TMS320F280039-Q1微控制器——是德州仪器C2000产品系列的一员。

 

更多展台照片:

分别展示48V/16V基于GaN的电机驱动器和C2000 F28P65x实时MCU

机器人展示区域的自动冰淇淋机,其中用到了TI的电流传感器、栅极驱动器等芯片

“设计智能、经济实惠且功能安全的处理系统”,其中用到了AM62A视觉SoC,用于产品缺陷检测

能源基础设施部分,TI参与的一整条链路…其中也有一些合作伙伴的产品,例如正浩创新基于TI的GaN器件和C2000 MCU所做的800W超充…

责编:Illumi
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