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全球最先進(jìn)的量產(chǎn)車電子電氣架構(gòu)——奔馳STAR3分析

2022/05/12
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奔馳在2020年推出的新一代S級轎車,代號W223,E/E架構(gòu)采用了奔馳最新的STAR3架構(gòu),2021年的新C級,代號W206也采用了STAR3架構(gòu),奔馳所有車型都將升級到STAR3架構(gòu),這也是目前最先進(jìn)的汽車E/E架構(gòu),全球唯一的SOA(服務(wù)導(dǎo)向)架構(gòu),也是全球最先進(jìn)的量產(chǎn)車架構(gòu)。

STAR3架構(gòu)

圖片來源:互聯(lián)網(wǎng)

上圖是STAR3架構(gòu)簡介,部分德語部分英語,深藍(lán)色是標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備,淺藍(lán)色是特殊設(shè)備。Zentraler就是Central,Domane就是Domain,Antrieb就是Powertrain,Telematik就是Telematics,F(xiàn)ahr就是Drive。這與上一篇路虎的EVA2.0架構(gòu)類似,奔馳更強(qiáng)調(diào)以太網(wǎng)交換機(jī)的作用。

圖片來源:互聯(lián)網(wǎng)

奔馳STAR3架構(gòu),還是英語和德語混合,F(xiàn)ahrwerk就是底盤Chassis。

                      

圖片來源:互聯(lián)網(wǎng)

與SOA對應(yīng)的是信號導(dǎo)向型架構(gòu),典型如特斯拉的Model 3,也就是左圖。這是奔馳以舒適網(wǎng)絡(luò)ECU做的對比,服務(wù)導(dǎo)向型與信號導(dǎo)向型對比。還是德語和英語混雜,德語的k基本可對應(yīng)英語的c,Bedien是Operator,anforderungen就是requirement。奔馳升級網(wǎng)關(guān)ECU到帶有多個以太網(wǎng)交換器的ECU,內(nèi)部包含了任務(wù)調(diào)度功能。

圖片來源:互聯(lián)網(wǎng)

理解SOA需要深入了解AUTOSAR。上圖就是用AUTOSAR的方式解釋SOA。AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)制定的目標(biāo)之一,是希望在應(yīng)用程序級別能做到可復(fù)用性,也就是說,我們可以基于現(xiàn)有的模型去創(chuàng)建更多,更復(fù)雜,或者基于特定項(xiàng)目需求的模型資源,而無需從零開始設(shè)計(jì)每一個部分?;谶@個想法,衍生出了類型-原型(type-prototype)的概念。同時,開發(fā)人員也能創(chuàng)建出軟件組件的分層模型,無論你的設(shè)計(jì)有何種的復(fù)雜度,軟件組件SWC的任意設(shè)計(jì),都不會對整個系統(tǒng)運(yùn)行時的行為有任何影響,實(shí)際行為完全定義在一個個獨(dú)立的軟件組件當(dāng)中。

SWC有三個級別,最高層級的級別,也是最抽象的級別,是VFB,在這個級別當(dāng)中,描述了組件基本的通信屬性以及通信關(guān)系。其次是RTE級別,在RTE級別中,可以來描述某一AtomicSwComponentType的行為,也即SwcInternalBehavior,例如RTE Event和Runnable Entity。最后是Implementation Level描述了針對于給定SwcInternalBehavior的具體實(shí)現(xiàn),也即SwcImplementation。

Autosar的通訊相比于傳統(tǒng)的通訊架構(gòu)發(fā)生了根本性的變化。其核心模塊就是多出了PDU Router。PDU Router在ECU通訊中的作用和網(wǎng)絡(luò)里的路由器的功能很類似,就是對一個又一個I-PDUs(Interaction Layer Protocol Data Units,可以理解為數(shù)據(jù)包,由數(shù)據(jù)、長度和I-PDU ID組成。)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā),連接通信服務(wù)層與ECU抽象層。PDU是Autosar通訊中重要的概念,每個PDU包含著SDU和PCI,每個PDU擁有獨(dú)自的ID用于互相區(qū)分。非TP層的I-PDU數(shù)據(jù)不應(yīng)超過8字節(jié)的長度。這確保了可以在單個CAN消息中發(fā)送I-PDU。

要理解Eventgroup,需要了解SomeIP,SomeIP (Scalable service-Oriented MiddlewarE over IP) 是車載以太網(wǎng)的一種通信協(xié)議。對于熟悉CAN通信的開發(fā)者而言,CAN通信一般屬于周期或者觸發(fā)的形式在總線上傳輸?shù)?,而SomeIP則不同,它是在接收方有需求的時候才發(fā)送,是一種以服務(wù)為導(dǎo)向的數(shù)據(jù)通信方式。這也是SOA架構(gòu)的由來。

SomeIP數(shù)據(jù)包主要包括兩大部分,分別是Header和Data。在傳輸?shù)倪^程中可以通過TCPUDP兩種通信數(shù)據(jù)協(xié)議進(jìn)行傳輸。SomeIP定義的通信方式主要包括四大類: 1) Methods: Methods包含了請求后有應(yīng)答的Method,和請求后沒有應(yīng)答的Method(Fire&Forget); 2) Event:當(dāng)某種事情發(fā)生后,服務(wù)端向客戶端發(fā)送的Message; 3) Field:Get/Set/Notifier某種屬性或者狀態(tài); 4) EventGroup:用來進(jìn)行publish/subscribe處理Events and Fields的通信的邏輯組。

這里的服務(wù)也是AUTOSAR的概念,在AUTOSAR軟件架構(gòu)中,汽車嵌入式系統(tǒng)軟件自上而下分別為應(yīng)用軟件層(Application Software Layer,ASW)、運(yùn)行時環(huán)境(Runtime Environment,RTE)、基礎(chǔ)軟件層(Basic Software Layer,BSW)和微控制器(Microcontroller)。為保證上層與下層的無關(guān)性,在通常情況下,每一層只能使用下一層所提供的接口,并向上一層提供相應(yīng)的接口。目前AUTOSAR規(guī)范定義最為詳細(xì)的部分就是基礎(chǔ)軟件層。而且判斷某個軟件架構(gòu)是否遵守AUTOSAR規(guī)范的主要依據(jù)就在于基礎(chǔ)軟件層。

基礎(chǔ)軟件層(Basic Software Layer,BSW)又可分為四層,即服務(wù)層(Services Layer)、ECU抽象層(ECU Abstraction Layer)、微控制器抽象層(Microcontroller Abstraction Layer,MCAL)和復(fù)雜驅(qū)動(Complex Drivers)。服務(wù)層(Service Layer)又由一系列基礎(chǔ)軟件組件構(gòu)成,包括系統(tǒng)服務(wù)(System Services)、存儲器服務(wù)(Memory Services)、通信服務(wù)(Communication Services)等。它們主要用于提供基礎(chǔ)軟件服務(wù),包括標(biāo)準(zhǔn)化的系統(tǒng)功能和功能接口。這就是圖里所說的Services。

圖片來源:互聯(lián)網(wǎng)

圖片來源:互聯(lián)網(wǎng)

A26/17在W223上就是NTG7,之所以和發(fā)聲器控制連接在一起是奔馳W223跟路虎衛(wèi)士一樣配備到了RNC主動降噪技術(shù)。CANI主要是針對柴油機(jī)的。

       

車身一域主要是車門和天窗。

圖片來源:互聯(lián)網(wǎng)

車身二域主要是座椅。

圖片來源:互聯(lián)網(wǎng)

車身三域?yàn)榘踩珟Ш秃笪蚕洹?/p>

圖片來源:互聯(lián)網(wǎng)

Infotainment一域,A40/12即AR-HUD,N123即無線充電

圖片來源:互聯(lián)網(wǎng)

Infotainment二域,主要是后排。

圖片來源:互聯(lián)網(wǎng)

氛圍燈是奔馳特色,搞得非?;ㄇ危埠軓?fù)雜。

圖片來源:互聯(lián)網(wǎng)

底盤和懸掛域,依然是FlexRay總線。

圖片來源:互聯(lián)網(wǎng)

A40/13就是立體雙目系統(tǒng),A89是主毫米波雷達(dá)。

圖片來源:互聯(lián)網(wǎng)

這只是一級網(wǎng)絡(luò),W223的NTG7主機(jī)(新C級還是NTG6主機(jī))和后排娛樂系統(tǒng)相連,整個系統(tǒng)擁有4片以太網(wǎng)交換器,即Marvell的88EA6321-TFJ2,這是一顆以太網(wǎng)交換機(jī)芯片,沒錯,就是特斯拉用在自動駕駛系統(tǒng)上那顆,實(shí)際上這顆芯片是為座艙系統(tǒng)設(shè)計(jì)的。Marvell 第一代車載以太網(wǎng)交換機(jī)88EA6321,是7端口以太網(wǎng)千兆性能交換機(jī),完全符合IEEE802.3車載標(biāo)準(zhǔn),支持AVB音頻/視頻橋接功能),并支持低能耗以太網(wǎng),可降低功耗。該款7端口以太網(wǎng)交換機(jī)集成了2個IEEE 10/100/1000BASE-T/TX/T端口、2個RGMII/xMII(這2個端口可配置成1個GMII)端口和1個SGMII / Serdes端口。

奔馳的E/E架構(gòu)非常先進(jìn)且可靠性極高,軟件復(fù)用性很強(qiáng),但缺點(diǎn)是硬件成本很高,以太網(wǎng)Phy和交換機(jī)大量使用,這些芯片又比較緊缺,價格持續(xù)飛漲,注重成本的豐田或特斯拉無論如何都不可能采用這種架構(gòu)。未來奔馳只能放棄低價車型,零售價估計(jì)都要在50萬人民幣以上了。

梅賽德斯-奔馳

梅賽德斯-奔馳

戴姆勒(戴姆勒股份公司)一般指梅賽德斯-奔馳集團(tuán)股份公司。戴姆勒股份公司(Daimler AG),總部位于德國斯圖加特,是全球最大的商用車制造商,全球第一大豪華車生產(chǎn)商、第二大卡車生產(chǎn)商。公司旗下包括梅賽德斯-奔馳汽車、梅賽德斯-奔馳輕型商用車、戴姆勒載重車和戴姆勒金融服務(wù)等四大業(yè)務(wù)單元。

戴姆勒(戴姆勒股份公司)一般指梅賽德斯-奔馳集團(tuán)股份公司。戴姆勒股份公司(Daimler AG),總部位于德國斯圖加特,是全球最大的商用車制造商,全球第一大豪華車生產(chǎn)商、第二大卡車生產(chǎn)商。公司旗下包括梅賽德斯-奔馳汽車、梅賽德斯-奔馳輕型商用車、戴姆勒載重車和戴姆勒金融服務(wù)等四大業(yè)務(wù)單元。收起

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