Automobilelektronik- und Elektrizitätsarchitekturen im Jahr 2022 und darüber hinaus

Author Rick Wang | 24. Januar 2022 | Alle, Automobil

In diesem Artikel enthüllen wir die Geheimnisse von Tesla. Okay, nicht wirklich. Aber das obige Meme hat kürzlich die Aufmerksamkeit der Menschen in den sozialen Medien auf sich gezogen und die Neugier geweckt, wie ein modernes Auto innen aussieht.

Neben mechanischen Teilen, die sich in den letzten 20 Jahren nicht grundlegend verändert haben, gibt es auch Automobilelektronik. Heutige High-End-Autos werden mit mehr als hundert elektronischen Steuergeräten (ECUs) gebaut. Steuergeräte sind eingebettete Systeme, die für ein oder mehrere Systeme oder Subsysteme eines Fahrzeugs verantwortlich sind. Es gibt verschiedene Arten von Steuergeräten, darunter Motorsteuermodule, Antriebsstrangsteuermodule, Getriebesteuermodule, Bremssteuermodule und mehr.

Elektronische Systeme bieten mehr Bedienbarkeit, Effizienz und Leistung als die mechanischen Systeme der Vergangenheit – daher ist die Anzahl der Steuergeräte pro Auto sprunghaft angestiegen. Diese über hundert Steuergeräte sind über eine hochentwickelte fahrzeuginterne Vernetzung miteinander verbunden. In Premiumfahrzeugen könnte das Gewicht dieser Elektronik- und Elektrizitätsarchitektur (E/E-Architektur) 100 kg (mehr als 200 Pfund) überschreiten (Abbildung 2).

Mit der Zunahme elektronischer Systeme steigen auch unsere Rechnungen in der Reparaturwerkstatt. Aber auch die Probleme für die Automobilhersteller nehmen zu: erhöhtes Gewicht, Platzmangel, Interoperabilität, komplexes Lieferkettenmanagement und Kosten.

ECU-Konsolidierung

Die Automobilindustrie hat mit der Konsolidierung von Steuergeräten begonnen, bei der sich die E/E-Architektur in zentralisierte, einheitliche Systeme verwandelt. Die verschiedenen kleinen Steuergeräte eines Autos für verschiedene Aufgaben werden in einem Domänencontroller zusammengefasst, der mehrere verwandte Funktionen in einer Hardwareplattform integriert. Anstelle mehrerer kleiner Prozessoren kann ein Domänencontroller mehrere Aufgaben auf einem (höherwertigen) Prozessor ausführen und eliminiert viele redundante Komponenten wie Verkabelung und einzelne Netzteile.

Jedes Auto kann mehrere Domänencontroller enthalten, die für verschiedene Anwendungsgruppen verantwortlich sind. Ein aktuelles Beispiel ist der In-Car Application Server (ICAS), der in der ID-Serie von Volkswagen zum Einsatz kommt. Fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme (ADAS) erfordern die sekundenschnelle Erfassung, Verarbeitung und Analyse von Daten. Ein ADAS-Domänencontroller führt alle ADAS-Funktionen aus, z. B. den Empfang von Eingaben von Sensoren rund um das Fahrzeug, die Sensorfusionsverarbeitung, das Treffen von Entscheidungen und das Generieren von Anweisungen. Da eine enge Integration in ADAS ohnehin von entscheidender Bedeutung ist, ist die Bereitstellung all dieser Anwendungen auf einem Domänencontroller sinnvoll. Funktionen von Infotainmentsystemen werden zunehmend in einem Domänencontroller zusammengefasst. In modernen Fahrzeugen können Telematik und Konnektivität auch von einem Domänencontroller verwaltet werden.

Diese domänenzentrierte Architektur reduziert die Anzahl der Steuergeräte erheblich und löst einige der oben genannten Probleme. Es wird erwartet, dass dieser Konsolidierungstrend im nächsten Jahrzehnt bis 2030 anhält (Abbildung 3).

Domänencontroller benötigen Speicher mit hoher Dichte

Bei diesem Schritt hin zu einer stärkeren Konsolidierung verbrauchen moderne Fahrzeugarchitekturen mehr Rechen-, Speicher- und Speicherressourcen. Das ICAS und jeder serverähnliche Domänencontroller benötigen mehr Speicher für seine Sammlung von Aufgaben und Anwendungen. Gleichzeitig werden mehr und qualitativ hochwertigere Funktionen eingeführt – Navigation, Multimedia, Sprach- und Gestenerkennung, Biometrie, Unterhaltung auf den Rücksitzen, Heads-up-Display, Kombiinstrumente, drahtlose Konnektivität und so weiter.

Dieser Wandel zeigt sich in der Entwicklung und Gestaltung von Infotainmentsystemen. Im herkömmlichen Infotainmentsystem verfügten das Kombiinstrument und die Headunit jeweils über eigene Mikrocontrollereinheiten und Speicher. Dies hat sich jedoch seit der Einführung des geändert Cockpit-Domänencontroller, eingeführt im Jahr 2018 für die neuere domänenzentrierte Architektur. Seitdem verfügen und werden moderne Fahrzeuge über immer fortschrittlichere Domänencontroller verfügen (Abbildung 4).

Ziel der Cockpit-Domänencontroller-Hardware ist es, den Fahrern ein nahtloses und umfassendes Benutzererlebnis für verschiedene Anwendungen wie Musik, Statusanzeige, Navigation, Sprachbefehle, Telefonanrufe und alle anderen Mensch-Maschine-Schnittstellen im Infotainment-Bereich zu bieten. Hinter all diesen Systemen steckt ein leistungsstarker SoC und Speicher mit hoher Dichte.

Neue Architektur, neuer Speicherstandard

Da die Anforderungen an die Rechenleistung sprunghaft anstiegen, schlossen sich einige Anbieter von SoCs für den Smartphone-Markt der Automobilpartei an. Das ergab durchaus Sinn: Die Leistung und Rechenleistung eines High-End-Telefons ist den Anforderungen eines Domänencontrollers sehr ähnlich.

Aber lassen Sie es uns für eine Weile umgekehrt machen. Im mobilen Computing entwickelten sich die Schnittstellen zwischen SoCs und Speicher von eMMC zum leistungsfähigeren UFS, das erstmals 2013 von auf den Markt gebracht wurde Qualcomm und Toshiba. UFS bot die dreifache Leistung von eMMC, sodass Datenübertragungen, Multitasking und das Laden von Apps zum Kinderspiel wurden und es schnell zum neuen Standard wurde.

Gleichzeitig entwickelten SoC-Hersteller Automobillösungen auf Basis der Plattformen, die sie bereits für Mobilgeräte nutzten. Diese SoC-Spieler steigerten ihren Marktanteil, insbesondere bei fahrzeuginternen Infotainmentsystemen, und trugen dazu bei, das Wachstum und die Einführung von UFS in der Automobilindustrie voranzutreiben. Und leistungsstärkere Schnittstellen müssen mit hochdichtem Speicher gekoppelt werden, um verschiedene Anwendungen und Funktionen optimal zu unterstützen. Heutzutage sind UFS in der Automobilelektronik praktisch unverzichtbar und daher hochwertig NAND-Flash-Controller und Speicherlösungen.

Als Unternehmen, das seit vielen Jahren eng mit Automobilkunden zusammenarbeitet, können wir diese Entwicklung der Automobil-E/E-Architektur in Echtzeit miterleben und ihnen beim Übergang von eMMC zu UFS helfen

Die nächste Phase der Fahrzeug-E/E-Architekturen wird höhere Konsolidierungsgrade, riesige Datenmengen, Hochgeschwindigkeits-Ethernet-Backbones und natürlich leistungsfähigere serverähnliche Hardwaresysteme mit sich bringen. Das bedeutet höhere Anforderungen an Speicherdichte und Leistung für Infotainmentsysteme, autonomes Fahren, Energieeffizienz, Komfort und Sicherheit.