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全球最先進的量產車電子電氣架構——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架構采用了奔馳最新的STAR3架構,2021年的新C級,代號W206也采用了STAR3架構,奔馳所有車型都將升級到STAR3架構,這也是目前最先進的汽車E/E架構,全球唯一的SOA(服務導向)架構,也是全球最先進的量產車架構。

STAR3架構

圖片來源:互聯網

上圖是STAR3架構簡介,部分德語部分英語,深藍色是標準設備,淺藍色是特殊設備。Zentraler就是Central,Domane就是Domain,Antrieb就是Powertrain,Telematik就是Telematics,Fahr就是Drive。這與上一篇路虎的EVA2.0架構類似,奔馳更強調以太網交換機的作用。

圖片來源:互聯網

奔馳STAR3架構,還是英語和德語混合,Fahrwerk就是底盤Chassis。

                      

圖片來源:互聯網

與SOA對應的是信號導向型架構,典型如特斯拉的Model 3,也就是左圖。這是奔馳以舒適網絡ECU做的對比,服務導向型與信號導向型對比。還是德語和英語混雜,德語的k基本可對應英語的c,Bedien是Operator,anforderungen就是requirement。奔馳升級網關ECU到帶有多個以太網交換器的ECU,內部包含了任務調度功能。

圖片來源:互聯網

理解SOA需要深入了解AUTOSAR。上圖就是用AUTOSAR的方式解釋SOA。AUTOSAR標準制定的目標之一,是希望在應用程序級別能做到可復用性,也就是說,我們可以基于現有的模型去創(chuàng)建更多,更復雜,或者基于特定項目需求的模型資源,而無需從零開始設計每一個部分?;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,無論你的設計有何種的復雜度,軟件組件SWC的任意設計,都不會對整個系統(tǒng)運行時的行為有任何影響,實際行為完全定義在一個個獨立的軟件組件當中。

SWC有三個級別,最高層級的級別,也是最抽象的級別,是VFB,在這個級別當中,描述了組件基本的通信屬性以及通信關系。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的具體實現,也即SwcImplementation。

Autosar的通訊相比于傳統(tǒng)的通訊架構發(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通訊中的作用和網絡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,可以理解為數據包,由數據、長度和I-PDU ID組成。)進行轉發(fā),連接通信服務層與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擁有獨自的ID用于互相區(qū)分。非TP層的I-PDU數據不應超過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) 是車載以太網的一種通信協議。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的,而SomeIP則不同,它是在接收方有需求的時候才發(fā)送,是一種以服務為導向的數據通信方式。這也是SOA架構的由來。

SomeIP數據包主要包括兩大部分,分別是Header和Data。在傳輸的過程中可以通過TCPUDP兩種通信數據協議進行傳輸。SomeIP定義的通信方式主要包括四大類: 1) Methods: Methods包含了請求后有應答的Method,和請求后沒有應答的Method(Fire&Forget); 2) Event:當某種事情發(fā)生后,服務端向客戶端發(fā)送的Message; 3) Field:Get/Set/Notifier某種屬性或者狀態(tài); 4) EventGroup:用來進行publish/subscribe處理Events and Fields的通信的邏輯組。

這里的服務也是AUTOSAR的概念,在AUTOSAR軟件架構中,汽車嵌入式系統(tǒng)軟件自上而下分別為應用軟件層(Application Software Layer,ASW)、運行時環(huán)境(Runtime Environment,RTE)、基礎軟件層(Basic Software Layer,BSW)和微控制器(Microcontroller)。為保證上層與下層的無關性,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的接口。目前AUTOSAR規(guī)范定義最為詳細的部分就是基礎軟件層。而且判斷某個軟件架構是否遵守AUTOSAR規(guī)范的主要依據就在于基礎軟件層。

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

圖片來源:互聯網

圖片來源:互聯網

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。CANI主要是針對柴油機的。

       

車身一域主要是車門和天窗。

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車身二域主要是座椅。

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車身三域為安全帶和后尾箱。

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

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Infotainment二域,主要是后排。

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氛圍燈是奔馳特色,搞得非?;ㄇ?,也很復雜。

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底盤和懸掛域,依然是FlexRay總線。

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A40/13就是立體雙目系統(tǒng),A89是主毫米波雷達

圖片來源:互聯網

這只是一級網絡,W223的NTG7主機(新C級還是NTG6主機)和后排娛樂系統(tǒng)相連,整個系統(tǒng)擁有4片以太網交換器,即Marvell的88EA6321-TFJ2,這是一顆以太網交換機芯片,沒錯,就是特斯拉用在自動駕駛系統(tǒng)上那顆,實際上這顆芯片是為座艙系統(tǒng)設計的。Marvell 第一代車載以太網交換機88EA6321,是7端口以太網千兆性能交換機,完全符合IEEE802.3車載標準,支持AVB音頻/視頻橋接功能),并支持低能耗以太網,可降低功耗。該款7端口以太網交換機集成了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架構非常先進且可靠性極高,軟件復用性很強,但缺點是硬件成本很高,以太網Phy和交換機大量使用,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。未來奔馳只能放棄低價車型,零售價估計都要在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商、第二大卡車生產商。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等四大業(yè)務單元。

戴姆勒(戴姆勒股份公司)一般指梅賽德斯-奔馳集團股份公司。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商、第二大卡車生產商。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等四大業(yè)務單元。收起

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