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V2X量产周期,车载远程信息的硬件设计面临哪些挑战?

高工智能汽车
2020-07-15 · 13:10
[ 亿欧导读 ] 车载远程信息硬件设计所面临的挑战正在被逐渐攻破。
福特C0V2X,车载硬件,V2X,车载信息

文章来源于:高工智能汽车,作者:高工智能汽车,图片来自“亿欧网”

【编者按】车载信息娱乐系统(AVN)与车载信息控制单元(TCU)集成后连接到车联网服务平台,形成了车载信息服务终端,随着其复杂性不断增加,所面临的挑战也越来越多。

本文来自“高工智能汽车”公众号;由亿欧汽车整理,供业内人士参考。


车联网应用最开始以车载信息服务的形式进入汽车行业,正如移动互联网应用最开始以信息服务的形式进入消费者市场一样。

其中,车载信息服务控制单元内连电子控制系统,外连车联网信息服务平台,可用于实现车辆监控、管理、ECU软件更新等远程控制类业务。

V2X协同通信单元集成,可实现网联协同驾驶和协作式智能交通。同时,它与中控台的车载信息娱乐系统共同组成了车载信息服务终端。

车载信息服务终端由汽车中控台发展而来。中控台加装音视频与导航一体化的车载主机构成了车载信息娱乐系统。

随蜂窝移动通信与移动互联网的发展,车载信息娱乐系统(AVN)通过与车载信息控制单元(TCU)集成后连接到车联网服务平台,最终形成了车载信息服务终端。

而通过车联网服务平台、车载信息控制单元TCU,以及车载信息娱乐系统,驾驶员可获取车载信息服务,也可通过USB/WIFI或HDMI接口将智能手机与汽车相连。

而车身以内的不同网络或控制器间的交互,大多会通过CAN/LIN总线实现。随着越来越多的电子控制单元(ECU)在车辆中实施,汽车电气系统的复杂性不断增加。

这些ECU在更广泛的层面上共享实时数据,从而增加了对网络带宽的需求,以太网便登上了车联网的舞台。

目前,一些量产车型已出现百兆、千兆的以太网接口。未来,以太网将逐渐成为V2X的主流接口。

另外,基于车载信息控制单元,也可构成独立的商业运输服务终端,为车队或驾驶人员提供商业运输服务。

为了保障车联网信息网络安全,一些整车厂有时会将车载信息控制单元与车载信息娱乐系统在物理上独立设置,此时,TCU也称为车载信息控制终端,简称T-BOX。

T-BOX相关硬件的设计挑战及解决方案

在T-BOX中,硬件的设计具有挑战性。

首先便是音频系统的表现。例如,ecall的基础是通话功能,而如何保证高质量的通话质量是非常关键的,对于其中的硬件设计有诸多考量:ADC的采样精度、器件的噪音参数、功放输出的信噪比等因素都会影响音频系统的质量。

在音频方面,德州仪器推出了92 dB (ADC) / 102 dB (DAC), 96 kHz低功率单声道音频编解码器,可通过均衡信号改善音频质量,同时支持高清语音/宽带音频;

编解码器不需要增加额外的模拟电路,降低了物料成本;同时还提供灵活的接口和能力,多路复用。同时也保障了ADC的最大动态范围。

其中,3104-Q1与3109-Q1之间的插头兼容性可以很大程度减少设计间的迁移工作量;为客户提供的Wettable和non-wettable的成型技术也增加了设计的灵活性。

另外,德州仪器还推出了8-W单声道,带有负载转储和I2C诊断功能的车规D级功放芯片,可极大程度帮助供应商缩短研发成本。

而总体来看,整个T-BOX的控制器需要满足低静态电流与高工作效率的要求。因为T-BOX往往需要电池常电供电,在车辆非驾驶期间被唤醒进行信息交互,以实现远程监控或者远程操作;

另一方面,ecall功能启用时,需要满足备用电池供电条件下保持要求的最短通话时间。因此,不论是初级的电源还是常电下休眠的芯片都需要保持尽量低的电流消耗。

另外,EMC对于每个零部件来讲都是一个非常重要的指标。

EMC测试又叫做电磁兼容,指的是对电子产品在电磁场方面干扰大小(EMI)和抗干扰能力(EMS)的综合评定,是产品质量最重要的指标之一。

“远程通讯解决方案中的通讯模块越多,EMI面临的挑战会更加大,所以我们需要在一些基础的器件方面找到新的方法提高整体EMI的表现。” 德州仪器技术支持工程师邓国辉表示。

对此,德州仪器为汽车应用提供了EMI优化的降压转换器,通过扩展频谱特性、创新封装、优化布线布局等方法,用更小的芯片体积支持更宽的输入电压与更高的效率。

其中,为了提高产品封装的焊接质量和满足产线检测的要求,德州仪器应用了wettable flank的封装工艺。该工艺可保证焊点处可靠连接,同时方便实现生产过程中对焊接质量的视觉检查,提高生产效率。

相较之下, 过去的电源芯片并没有对整体电源模块的布局和走线做更多的考虑,无法做出完全优化的设计。而在德州仪器新的电源中,在管脚定义和分布方面,产品线做了非常多的考虑。

“在一些新的器件上,我们不仅考虑到了器件本身,也考虑到了周围的被动元器件的布局和走线。这些有助于工程师快速方便地完成性能优异的设计。”邓国辉强调。

而降低设计成本,节省设计资源也是十分必要的。

据此前高工智能汽车发布《2020年一季度前装4G T-BOX新车搭载量市场报告 》显示,1-3月自主及合资品牌前装搭载4G T-Box共计127.94万台(搭载率为41.67%),同比上年同期增长46.07%。。

此外,国内很多供应商有能力做T-Box方面的设计,也希望可以参与其中。为此,德州仪器推出了Easy of Design的方案,可帮助部分新晋厂商更快上手,加速产品落地的进程。

多核异构,实现芯片物尽其用

由于半导体工艺的极限限制,继续制造高性能的单核处理器将成为一道难以跨越的坎儿。随之带来的功耗与散热问题也难以得到解决。

在此情况下,越来越多的半导体厂商倾向于制造功耗更低、性能均衡的多核处理器以提高处理器的综合性能。

按照内核架构是否相同,可以分为多核同构与多核异构。

德州仪器采用的是多核异构的方案。该方案常见于特殊应用,如信号处理,采用功能不同的处理器。

在异构方式下,一部分处理器用于管理调度,另外一些处理器用于特定的性能加速。每个内核针对不同的需求而设定,可提高应用的计算性能或实时性能。

德州仪器的Jacinto ™ 7系列首先面世了两款汽车级芯片,分别应用于ADAS的TDA4VM处理器与应用于网关系统的DRA829V处理器,包含用于加速数据密集型任务的专用加速器,如计算机视觉和深度学习。

其中, DRA829V处理器主要负责数据的传输与交换,同时能够帮助客户在下一代软件定义汽车上起到基础作用。

众所周知,传统汽车使用的传统网络主要连接CAN/LIN等低速接口,这些低速接口严重阻碍了整车中所有电控单元的升级效率。

而如今,汽车过渡到了分域结构,每个域之间需要非常高速的连接总线。

DRA829V系列的出现极大程度满足了高速率的传输要求。它无缝集成了现代汽车网关系统所需的计算能力,其创新方案可以总结为三点:

一、于业界是首款集成了片上PCIe交换机的处理器,在整个汽车系统中实现更快的高性能计算网关处理和通信;

二、将MCU域和主域分离,增强了功能安全的操作;

三、集成了支持8端口千兆支持TSN的以太网交换机,进而能够实现更快的高性能计算和整车通信。

总体上讲,DRA829V处理器为汽车网关系统带来了实际性能,其最核心的优势在于保障高性能的同时,大大降低了所需功耗。有助于降低系统成本,从而实现技术的大众化和普及化。

本文经授权发布,版权归原作者所有;内容为作者独立观点,不代表亿欧立场。如需转载请联系原作者。

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