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拆解:大众高尔夫8凭什么成为最畅销的德系车型?

2021-05-20 14:39:42 Junko Yoshida,Maurizio Di Paolo Emilio 阅读:
大众高尔夫8并不是什么酷炫的超跑,却因为很多华丽的配置而成为最畅销的高产德系车型。大众汽车公司是怎样做到在不改变汽车核心电气/电子(E/E)架构的情况下推出了看起来很先进的ADAS车型?这让人很想一探究竟。

大众高尔夫8并不是什么酷炫的超跑,却因为很多华丽的配置而成为最畅销的高产德系车型。它自称配备了一系列先进的驾驶辅助系统(ADAS)功能,并能够始终保持连接性,如V2X车连万物通信和用于汽车安全访问的超宽带(UWB)接入。2j0ednc

高尔夫8还是一款带锂离子电池的轻度混合动力汽车,其最新型号采用了48V技术的新型电力驱动系统。2j0ednc

法国的技术和成本分析公司System Plus Consulting的首席执行官Romain Faux称,大众汽车公司在“如此小巧的大众市场汽车”中采用了“大量的创新功能”,因而吸引了他们的注意。System Plus Consulting是市场/技术研究公司Yole Développement的子公司,我们将跟随它一探高尔夫8的内里乾坤。2j0ednc

无中央计算处理

通过对高尔夫8的拆解可以看到,它并没有使用像英伟达的Xavier或特斯拉的自动驾驶SoC那样强大的中央计算系统。取而代之的是一系列处于车身不同位置的ECU,各自管理着汽车的不同功能。大众汽车公司是怎样做到在不改变汽车核心电气/电子(E/E)架构的情况下推出了看起来很先进的ADAS车型?这让人很想一探究竟。2j0ednc

还记得当年奥迪A8所引起的轰动吗?奥迪A8当初被鼓吹为业界首款具有3级自动驾驶功能的汽车,但却从未真正投入生产。由于面临监管规则的约束,奥迪放弃了在A8旗舰轿车上采用自动驾驶技术,驾驶员仍然不能在驾驶时移开他们的视线。2j0ednc

相比之下,高尔夫8已经大量投放市场,其ADAS内核绝对不是纸上谈兵。2j0ednc

通过对高尔夫8进行内部探索,我们领略到了大众公司的巧思独创,同时也感受到了大众公司的工程师所面临的挑战。随着大众公司努力向全电动和高度自动化车辆转型,他们需要开发可扩展的E/E平台,将多个ECU整合到更少的域(Domain)甚或区(Zone)中,并制定出前后一致的系统级软件策略。2j0ednc

尽管高尔夫8的基本软件不在此次拆解范围之内,但大众汽车遇到的各种软件问题已经不是什么秘密。去年大众汽车就因为用来启动紧急呼叫的软件错误推迟了最新车型的发布,今年大众又召回了56,000个高尔夫车型,因为软件故障影响了其信息娱乐系统和倒车摄像头。2j0ednc

各种模块组合

高尔夫8最醒目的功能恐怕就是集成的各种模块,每个模块都执行不同的功能,从前方辅助、后方交通预警,到变道辅助、盲点监测和停车辅助。每种ADAS功能都由独立的传感器模块实现,这些模块分别由不同的一级供应商设计,包括Valeo、博世和Hella。2j0ednc

此外,每个传感或连接模块都搭载由不同MCU供应商设计的ECU,这些供应商包括英飞凌、瑞萨和恩智浦。2j0ednc

所以,从本质上说,高尔夫8是由不同供应商的模块组合而成的。2j0ednc

MQB平台

值得注意的是,高尔夫8是在大众集团MQB平台上建造而成的,但MQB并不是为大众的新型E/E架构而设计的平台。MQB平台旨在促进大众集团旗下的各个品牌(包括奥迪、大众、西亚特和斯柯达)共享模块设计架构。2j0ednc

System Plus Consulting公司首席执行官Faux解释道:“这是大众公司增强其购买力的方法。”高尔夫8中的许多硬件单元也可用于大众汽车同样使用MQB平台的其他品牌车辆——显然,这是高尔夫8在汽车市场中广受欢迎的秘密武器。2j0ednc

高尔夫8具有全数字化驾驶舱并能始终保持连接性(包括基于DSRC的V2X通信标准),它实际上就是一辆联网的流行掀背车。高尔夫8具有一系列先进的驾驶辅助系统,这些先进的技术解决方案目前只在高端车型中可见。2j0ednc

轻度混合动力汽车

System Plus Consulting首席执行官解释了这款车型的优势和技术性能,并强调新型高尔夫8还包含轻度混合动力(mHEV)系统,结合了48V发电机-启动器、48V电池和DC/DC变换器,可以支持内燃机(柴油和汽油)工作。mHEV系统架构更简单,价格更便宜,与其他类型的混合动力汽车(如帕萨特和高尔夫GTE的插电式混合动力汽车)相比,其前期成本更低。2j0ednc

高尔夫8集成了最新的Travel Assist功能,它采用自动车距控制ACC(纵向控制)和车道辅助(横向控制)功能实现高速辅助驾驶。另外,系统可以利用导航系统中的路线数据和GPS数据,计算出汽车的位置,在到达弯道、环岛、路口、限速和城市中心区前降低车速。2j0ednc

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图1:高尔夫8配备了多种驾驶辅助系统。(图片来源:System Plus Consulting)2j0ednc

图1显示高尔夫8配备了多种驾驶辅助系统。2j0ednc

ADAS

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高尔夫8配备的前方碰撞预警系统(包含在前方安全辅助系统Front Assist中)可以监测交通状况,并在汽车可能发生追尾的情况下发出声音和图示预警。碰撞检测功能可以增加制动压力,从而启用自主紧急制动。行人监控功能则是在行人穿过汽车前方时发出警告,在某些情况下,汽车还会对警告做出响应。2j0ednc

如图2所示,高尔夫8的前置摄像头辅助系统包含搭载英特尔/Mobileye EyeQ4M的上一代Valeo前置摄像头板、Omnivision CIS 1.3 Mpixel传感器和瑞萨电子的RH850/P1H-C系列微控制器(MCU)。RH850/P1H-C系列MCU具有如下特性:32位双核CPU、安全技术、代码闪存、数据闪存、RAM模块、DMA控制器、汽车中常用的许多通信接口、A/D转换器、计时器单元等。2j0ednc

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图2:高尔夫8的前置摄像头辅助系统。(图片来源:System Plus Consulting)2j0ednc

OV10642 Omnivision传感器采用低功耗外形尺寸,它利用OmniBSI技术将动态范围扩展至120dB。这款1/2.56英寸的传感器可以支持1280×1080像素的有源阵列,每秒输出达到60帧。2j0ednc

前置雷达系统则采用博世第5代77GHz技术,系统板上包含英飞凌单芯片MMIC 3Tx4Rx和AURIX MCU(嵌入式闪存40nm TC397QA),搭载了4个300MHz内核和5472 KBytes嵌入式RAM,功耗低于2W(图3)。2j0ednc

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图3:前置雷达系统采用博世第5代77GHz技术。(图片来源:System Plus Consulting)2j0ednc

Hella RS4为高尔夫8提供盲点监控、变道辅助和后方路口预警功能。如图4所示,电路板包含英飞凌的TC26x Tricore MCU和意法半导体的STRADA431 MMIC。STRADA431是用于汽车雷达的单芯片收发器,能够覆盖24至24.25 GHz的频段,适合ISM频段应用。2j0ednc

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图4:Hella RS4为高尔夫8提供盲点监控、变道辅助和后方路口预警功能。(图片来源:System Plus Consulting)2j0ednc

图5所示为高尔夫8的后置摄像头,倒车时如果有其他车辆靠近,它将发出警告,必要时甚至可以帮助刹车。该功能由博通的BCM8910X支持,这款BroadR-Reach摄像头端点微控制器(MCU)是专为汽车视觉应用(包括后视和侧视摄像头)设计的。其内置ARM Cortex内核通过实时操作系统(RTOS)支持低延迟中断处理。2j0ednc

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图5:高尔夫8的后置摄像头。(来源:System Plus Consulting)2j0ednc

高尔夫8的停车传感器由博世PZT传感器和ASIC组成。Fraux指出,博世为此特别设计了一个集成电路来执行停车控制中的某些操作。其传感器是厚度为微米级的圆形陶瓷传感器,图6是该传感器的X射线图。由于它采用的材料吸收一些能量便能够自己产生电压,因此压电传感器电路不需要外部电源。2j0ednc

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图6:博世超声波传感器的X射线图。(图片来源:System Plus Consulting)2j0ednc

高尔夫8在后保险杠或前保险杠中配置有一定数量的超声波传感器,可监测车辆后方或前方(具体视车型而定)最远150厘米的范围。当车辆挂入倒档或以非常低的速度行驶时,系统开始工作。2j0ednc

连接性

图7显示了高尔夫8所实现的连接性,即V2X、GNSS和UWB。基于Wi-Fi的V2X技术是欧盟车联网标准的基础,该标准被用于车辆到车辆(vehicle-to-vehicle)和车辆到基础设施(vehicle-to-infrastructure)通信。2j0ednc

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图7:高尔夫8的连接性。(图片来源:System Plus Consulting)2j0ednc

汽车采用V2X技术的目的是为了与其他车辆和相关基础设施进行通信,从而使道路上的每辆汽车都尽可能智能。驾驶员可以通过有关V2X接收恶劣天气、事故或交通拥堵等的通知,V2X还可以自动缴付通行费和停车费,使驾驶变得更加轻松。2j0ednc

在全球供应商和汽车制造商构成的强大生态系统中,V2X的研发、测试和标准化已经成熟,在各种道路和交通状况下都具有较高的可靠性。V2X的另一个优势是可用性,它独立于随用随付的蜂窝服务,在任何情况下,其他蜂窝技术都可以添加到基于Wi-Fi的V2X系统中。2j0ednc

高尔夫8利用恩智浦提供的一系列解决方案,如ARM Cortex-A9双MPU、用于V2X的64位基带处理器以及V2X RF收发器,实现LG Electronics DSRC V2X收发器卡(图8)。TEF5100收发器架构是基于发射器和接收器之间的直接转换,因此不需要采用昂贵的外部滤波器。RF和BB内部采用数字控制的增益级,接收器具有低噪声系数和大动态范围。2j0ednc

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图8:高尔夫8采用的LG Electronics DSRC V2X收发器。(图片来源:System Plus Consulting)2j0ednc

超宽带(UWB)系统已经出现在iPhone 11中,大众汽车等汽车制造商也正在为下一代汽车应用定义UWB标准。高尔夫8将Microchip的UWB收发器与瑞萨电子的16位MCU结合使用,实现UWB功能来发送和接收脉冲射频能量信号(图9)。UWB功能能够克服其他定位系统的一些问题,相比其他室内定位系统的5米精度,它可以实现20厘米的水平定位精度和30厘米的垂直定位精度。2j0ednc

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图9:高尔夫8将Microchip的UWB收发器与瑞萨电子的16位MCU结合起来实现UWB功能。(图片来源:System Plus Consulting)2j0ednc

高尔夫8利用高通的MDM9240芯片组和Qorvo的前端解决方案,在一块板子上实现了GNSS技术(图10)。这块板子还搭载了美光的NAND & LPDDR2 MCP存储器以及Realtek的以太网交换机控制器。2j0ednc

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图10:利用高通的MDM9240芯片组和Qorvo的前端解决方案,在一块板子上实现GNSS技术。(图片来源:System Plus Consulting)2j0ednc

mHEV技术

高尔夫8是大众汽车第一款采用e-TSI发动机及轻度混合动力技术的车型(图11),48V技术也是在大众汽车上首次出现。汽车系统的工作电压增加到48V之后,相同功率下的电流强度降低了,从而减少了线路发热。2j0ednc

在高尔夫8低速行驶时,e-TSI发动机使用锂离子电池为发动机提供动力,减少了燃料消耗与排放。电池的充电是通过刹车和滑行产生的能量来实现的。2j0ednc

轻度混合动力系统属于轻型mHEV系统,其交流发电机/反向启动器(BES)与热机协同工作提供额外的动力,从而降低能耗与排放。2j0ednc

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图11:高尔夫8采用了轻度混合动力技术。(图片来源:System Plus Consulting)2j0ednc

DC-DC板由伟创力设计,包含的主要器件有Si MOSFET,例如意法半导体的MOSFET 80V、安森美的MOSFET 60V以及意法半导体的SPC560B54x系列32位MCU(图12)。意法半导体的是N沟道功率MOSFET,利用STripFET F7技术和增强的沟槽栅极结构实现超低导通电阻,同时减少了内部电容和栅极电荷,从而实现了更快、更有效的切换。安森美的是单路N沟道60V/1.5mΩ/235A NTMFS5C612NLWF。2j0ednc

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图12:由伟创力设计的DC-DC板,主要器件有Si MOSFET。(图片来源:System Plus Consulting)2j0ednc

在刹车过程中,轻度混合动力汽车会回收刹车产生的能量,为48V电池充电。发电机/启动器在转换阶段和加速阶段为内燃机提供支持,在需要时提供更多动力,并在松开油门以及刹车时为电池充电,它最多可再生40%的动能。另外,系统还提供FMA模式(Freewheel Motor Off),当汽车以恒定速度行驶且能量再生达不到预期时,它将关闭发动机。48V锂离子电池位于前排乘客座椅下方,与处理传统电气系统的12V电池并排放置。2j0ednc

(原文刊登于EDN姐妹网站EETimes美国版,参考链接:Under the Hood: the Innovation-Rich Golf 8,由Jenny Liao编译。2j0ednc

本文为《电子技术设计》2020年6月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里2j0ednc

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