安波福:SVA架構解析


為了滿足自動駕駛和電氣化對整車E/E架構高安全性、高數據吞吐能力等的要求,安波福提出了SVA(smart vehicle architecture)架構。在SVA中,至少有兩份蓄電池和供電電路確保關鍵部件的供電安全,通過優先考慮安全相關的數據流量,來確保網絡的穩定性,此外多路徑拓撲保證數據在主路徑異常的情況下,能通過備用路徑傳輸至目標控制器。


對于大多數OEM來說,直接切換到一種全新的E/E架構幾乎是不可能的,所以可以對現有E/E架構中單個組件采用SVA的理念,然后逐步漸進式的推廣。

域替代分布式ECU

SVA的核心為可擴展性的網絡概念,其可以應用不同的車載控制器,且滿足L3至L5級的需求。如圖1所示,該架構由幾個主要的域控制器組成。當前采用該理念的是zFAS中央駕駛輔助控制器,它由安波福開發,并應用于奧迪A8。

安波福:SVA架構解析的圖1
圖1 SVA架構

未來類似于zFAS的高性能計算平臺將接管處理內部和外部(Car2X,網絡連接)數據的網關功能,信息娛樂功能等,同時由于其強大的性能,多個域計算平臺可以互相對安全相關的駕駛功能進行備份。另外高性能平臺可將當前架構中近100個ECU進行功能整合,降低E/E架構的復雜度。當前,由于處理器能力、功耗以及有待評估的數據量,整合至三個甚至兩個計算平臺還尚不能滿足。

現代半導體技術和具有極高帶寬的數據總線可滿足技術先決條件。高達10 Gbit/s的以太網和HDBaseT僅僅是開始。安波福已經在研究傳輸速率為20至40Gbit/s的技術。另一種方案就是在區域控制器(zonal controller)中實現無損壓縮和預評估,區域控制器主要用于接收數據,讀取傳感器的數據和控制分散在車上的執行器。安波福正在與合作伙伴一起研究以最小延遲時間進行壓縮和解壓縮的此類算法。然而,現有數據網絡的帶寬和傳感器分辨率的提高以及更高的數據量之間的競爭,將仍然是自動駕駛進一步發展的基本特征。
 
PDC區域控制器

PDC(power data centers)是安波福正在開發的一種區域控制器。理想情況下,車輛的四個角處自動駕駛相關傳感器的密度、電力需求都很高,對于安裝有自動駕駛套件的車輛來說,可以考慮在B柱附近增加兩個PDC。

PDC可以為周圍的電子系統分配電源,收集并分發大量原始傳感器數據到中央計算機,在中央計算機中對它們進行處理以實現自動駕駛命令。此外,PDC可以執行更簡單的控制功能,例如燈光,音頻系統,從而進一步減少控制單元的數量。

作為全新的系統,PDC具有帶診斷功能功能的保險絲。盡管智能保險絲要比常規保險絲貴,但它的診斷能力提高了安全性,此外可配置的保險絲特性可以減小線束的平均截面積。

例如,PDC具有診斷供電電壓的能力,通常SVA會有兩個獨立且隔離的蓄電池,它們能提供不能的電壓(例如12V和48V),由于電源是通過環形拓撲分配到PDC,并從PDC分配給各子系統,因此PDC的智能熔斷器可以通過快速準確地分析電流行為來檢測短路,并關閉、隔離相關的網段。
 
靈活的數據交互
 
傳感器、PDC和多域計算機之間的數據交互采用環形拓撲,因此在出現故障時,可以保證通過環形拓撲的另一分支進行供電和數據交互。安波福首選的傳輸技術是HDBaseT技術(8Gbit/s)或10Gbits以太網。此外,PDC通過星形CANFD網絡鏈接到中央網關,因此在“喚醒”車輛后可以快速響應某些功能。

此外,SVA中為重要的傳感器提供了交叉連接。例如,即使右前側的PDC發生故障,右前側的雷達傳感器仍可以傳送數據,因為它已連接到電源和左前側的PDC。這種傳感器群集使車輛的每個部分都能保持足夠的信息深度。即使PDC發生故障,車輛也可以繼續以受控方式安全停車-例如,停至停車場。

除了診斷能力,智能安全概念和能源管理之外,安波福的SVA還提供了功能安全性的特性,如圖2所示。分區劃分(因此減少了線束的使用)以及標準組件的廣泛使用可以簡化自動化生產,這也符合許多OEM的期望(他們不僅期望布線系統生產中更高水平的自動化,而且期望更高的制造質量和更低的成本)。最后,制造工藝和參數的可追溯性得到了改善。

安波福:SVA架構解析的圖2
圖2 SVA架構的功能安全特性

總結展望

由于對電子設備的高要求,首批全自動或輔助駕駛汽車的成本可能達六位數。借助SVA,安波福希望大幅降低L4級或L5級兼容E/E架構的成本。安波福認為,與目前的布線系統相比,完全實施SVA會使成本最高增加30%。

安波福:SVA架構解析的圖3
圖3 SVA發展路普

第一個支持SVA的組件已經開始研發,如圖3。 預計PDC大約需要五年SOP

大小約為平裝本大小。從下個十年中期開始,第一批OEM可以實施全新的SVA。自動駕駛的出租車將擔起先鋒角色,由于最初將其大量用作車隊車輛,因此很可能會計入最初的高昂成本。一旦智能架構經歷了其第一個優化循環和成本下降后,就應考慮在下個十年的后半場將其廣泛用于L4級私家車。


安波福:SVA架構解析的圖4
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