不久前,BAO师傅有幸参加了大陆集团150周年在中国的小型庆典。这里BAO师傅并不想为这次庆典的细节大书特书,但是现场大陆集团发布的对未来的思考,却是让BAO师傅有了醍醐灌顶般的收获——对于未来汽车可能的样子,有了一个大致的判定。
未来汽车会是什么样子?BAO师傅在2013年的时候提出了一个观点——移动智能终端。具体翻译成人话,就是比手机更智能,比手机具备更多的应用场景,同时具备车的移动属性。但这只是一个抽象的概括。近些年来,随着汽车新四化变革的如火如荼,这个模糊的概念正变得越来越清晰,特别是此次大陆在150周年庆典上公布的一系列研发成果,让这个概念未来可能的样子呈现出了大致的轮廓。
软件定义汽车的开端
首先,BAO师傅想聊聊软件定义汽车。最近两年,有越来越多的车企和一级供应商,在发布会上提到这个概念。但注意,BAO师傅这里用的词是概念,因为在BAO师傅看来目前上市的车型当中,几乎没有这样的产品。软件定义,意味着太多的内容。首先一点,就是软件与硬件的解耦。为什么要把软件和硬件解耦?因为如果要让软件能够定义汽车,就需要一个通用的硬件平台,至少这些硬件可以让主机厂(整车企业)与第三方可以自行开发软件。但是现行的车辆,大多采用传统的分布式电子电气架构,车上仍然存在着大量的ECU,通常是70-300个之间,在传统的电子电气架构中,每个ECU都有着一套封闭的软件系统。尽管有一些中间层软件在其中疏通,但整体的沟通效率仍然低下。所以让ECU控制的零件变成单纯的执行者,或者发挥信息的输入输出智能,不用再单独配备一个子系统;所有零件的调配,只要符合一个统一端口的标准,都可被整车厂或第三方的软件进行调用。这就好比一台电脑,无论是用什么样的内存或显卡,都不影响电脑软件的安装。
总传统的分布式电子电器架构
而目前车辆的电子电气架构,经历这样的变革。在这次庆典活动上,大陆集团车联网及信息中国区负责人兼车联网事业部亚洲区负责人经明就明确表示:“传统分布式架构已经没有办法支撑未来智能网联汽车的智能化和全面网联化的需求,不断推出新的服务,未来的智能网联汽车需要往面向服务器的架构去转变。”
那什么是服务器式架构(SOA——Service-Oriented Architecture,又称面向服务式的架构)?SOA架构的出现主要就是为了解决上述的问题,在SOA架构中,整车的ECU控制器被抽象为两层,服务层和传感-执行器层。在传感-执行器层,将传统的ECU简化成最基础、简单的I/O(Input/Output)端口或执行器,而在服务层,则需要一个高算力的计算单元(也可以叫“域控制器”,“车载应用服务器(ICAS, In Car Application Service)”等等)实时处理不同传感器提供的数据和向不同的执行机构发出指令,成为新的整车功能应用层的载体。
这样做的好处,一方面解决了电子电气架构过于冗杂效率低下的问题,另一方面从架构层面解决了软件与硬件解耦的障碍,并为软件定义汽车铺设了一个统一、简洁的硬件基础。
当然,这样的转变也给整车企业带来了巨大的挑战,因为此前的子系统调用程序都要集中到中央计算单元或者域计算单元中,很多软件必须要主机厂这个层面去掌握,这就是为什么越来越多的车企在筹建自己的软件研发中心。当然,在硬件层面,SOA架构需要更强大的算力支持,才能“一身多能”兼备那么多传统ECU的功能,这期间需要它兼容更多种类的的通讯协议、具备更高的功能安全等级,这些都需要具备足够的技术和开发能力。而这些计算单元,无疑将取代发动机,变速箱,成为未来汽车最重要的核心部件之一。
大陆集团无疑在这一领域走在了整个产业的前列。大家所熟知的大众ID.3车型,就采用了大陆面向SOA架构而研发出的车载应用服务器ICAS1。这一服务器采用了HPC架构,不同于特斯拉的左车身、右车身、中间控制单元的划分,这一架构下,按照车身控制、自动驾驶、智能座舱分成了三个域,在信息安全层面做到了部分“物理隔离”,无疑为软件定义汽车开启了特斯拉之外的另一条更加安全的思路。
未来汽车不仅是计算单元与电子电气架构的进化
有了更先进更快速的架构,以及更强大算力的计算单元,未来汽车还需要的,是更适合这套基础设施的执行机构。或许这么说不接地气,那我们换一种说法。也就是说我们平时用到的方向盘、油门、刹车也需要更加的智能。
举个例子,当下的车辆大都采用了电子油门,也就是说踩下油门后,油门的末端已经没有了那根与节气门开度相连的拉线。油门的加速感已经可以由软件和传感器进行控制,而未来,随着软件定义汽车的范围越来越大,方向盘与刹车系统,也在想这样的电控形式迈进。
大家所熟悉的线控转向,在多年前已然量产,这意味着在方向盘与车轮间已经没有传统的转向柱进行硬,前轮的转向角度,由方向盘末端的位置传感器来探知驾驶员的转向意图,并将其转化为电子信号传递给转向拉杆,以调整前轮的转向角度。这样做的好处是多样的,一方面实现解除人对自动驾驶之间的硬件层面的干扰,另一方面,可以更好地实现软件定义汽车。
举个例子,我们可以通过软件,来根据车速调整方向盘的传动比,例如在赛道上可以用一个比较小的角度来打方向,就能转过一个发卡弯,而在慢速的时候可以更加精细的控制车头的方向,让车辆能够在狭窄的空间内实现精准的闪转腾挪。同时,软件还可以实现不同的转向手感,无论是高路感,还是强调舒适性,力度偏重或是力度轻巧,所有的调整都可以通过软件一秒实现。
当然,最让BAO师傅欣喜的,是刹车系统的软件定义。在这次大陆的150周年庆典上,大陆公布了他们面向未来的制动系统FBS(第一代产品是在2016年投产的MK C1)。这套系统区别于传统刹车系统的地方在于,它不需要任何制动助力器,也不再需要真空泵,所有的调控都是由电机完成,还适用于新能源汽车,支持100%能量回收,L2辅助驾驶。这套系统的优点有很多,其中之一是加快了整套系统的反应速度,去掉了传统的机械传统环节,配合线控转向、电子油门、电磁悬架,可以让整车的操作响应时间,以电的速度来完成,不再受传统机械传导形式的拖累。其二是可以大幅减轻刹车系统的重量,为车身轻量化做出贡献,这也就是为什么这套技术目前在高性能车上开始大量应用。其三是这套系统给软件定义汽车铺设了硬件的基础。当转向、油门、刹车、悬架以及动力总成控制都可以由软件来控制后,再配和更高性能的计算单元,车辆可以实现通过OTA升级,来实现同一辆车,在安装了不同的软件后,实现不同性能的转变。
这里BAO师傅可以举个例子,在这套软硬件基础的支持下,未来的汽车可以实现如下的功能。假如我们购买了一辆标准版的高尔夫,但是可以通过付费下载的形式,下载高尔夫R的软件包,在安装了这个软件包后,车辆可以实现高尔夫R的性能,由于这套软件可以按日计费,所以当我们平日上下班时并不需要高尔夫R的高性能,但是在周末需要下赛道或者跑山时,可以随时让功能启动,这项功能只有在启动后才开始计费。这样的设计不仅在性能层面满足我们的需求,在成本方面也大幅降低了门槛。人们不必再为高性能进行一次性付费,这无疑将大大增加人们购买高性能产品的愿望。目前,根据BAO师傅的了解,未来大众汽车将实现全集团统一的硬件架构,而上述的设想也并非虚构。而这一切都将归功于未来汽车电子电气架构与执行机构的进化。
写在最后:
所以在这次大陆集团的150周年庆典上,BAO师傅看到的不仅仅是一家150年企业展现出的辉煌,更是他们对于未来汽车行业发展的深度思考。并且这些思考已经有很大一部分依然转变为了现实。这些现实正在一步步将未来汽车的模样勾勒清楚,它们将不仅更加环保、更加智能、更加安全,也更加贴近消费者的实际使用需求,更加经济。