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ST:软体定义汽车它创造新使用者体验与新商业价值
 

【作者: 王岫晨】2023年02月01日 星期三

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在新冠疫情爆发之前,戴姆勒(Daimler,德国汽车制造商)的执行长接受了采访,其中一个问题就是他将如何提升其公司汽车的品牌价值。他毫不犹豫地回答,他正在努力将宾士(Mercedes-Benz)转型为软体定义汽车。这是一个既具启发性,又充满智慧的回答。软体定义汽车并不是一个新概念,它已正在改变及改造汽车产业。



图一 :   ST朝软体定义汽车和电动汽车迈进
图一 : ST朝软体定义汽车和电动汽车迈进

意法半导体汽车和离散元件产品部(ADG) 车用MCU事业部总监Davide Santo指出,软体定义汽车带来了两个主要的变化。第一,它创造了新的使用者体验;第二,它创造了新的商业价值。这意味着一方面,软体定义汽车对车辆进行了再造,让使用者能够灵活地使用软体定义功能,享受更好的性能,包含人身及网路连线安全的保障。使用者还可以不断为汽车增加各种新功能及服务,因此,汽车的价值也随着时间不断增加。



图二 :   软体定义汽车
图二 : 软体定义汽车

另一方面,从原始设备制造商的角度来看,由於他们可以决定汽车的生命周期,让汽车的生命周期延长许多,因此提高了服务品质。除此之外,原始设备制造商亦提供个人化的售後服务,除了带来额外的收入以及经常性收入外,也完成了由过去传统「汽车模式」到无限用途开发周期的转型。虽然这个转变确实增加了投资成本,但也提供了更高的回报。



图三 :  软体定义汽车将逐渐重塑汽车
图三 : 软体定义汽车将逐渐重塑汽车

从ST的角度来看,我们坚信,所有软体定义的汽车都必须建立在非常坚实的基础之上。而这个基础由三大支柱支撑。首先,所有的软体定义汽车都要尽可能地确保人身安全,绝不容许任何安全事故发生。其次,软体定义汽车需要确保资讯安全。对於原始设备制造商而言,确保汽车能够追踪和收集资料极为重要。因此,安全不仅包括车用元件的安全,还包括车主的人身安全,以及其个人资料的安全。最後一点,也可能是最具挑战性的一点,就是这些汽车需要能够「顺应未来」。因为原始设备供应商想要进行无限用途的开发,以产生经常性收入,为此,原始设备制造商需要拥有能顺应未来的基础,以满足未来对资源、灵活性和应对新挑战能力的需求。



图四 :   软体定义汽车硬体平台
图四 : 软体定义汽车硬体平台

这个设想中的硬体平台,基本上就像是一个航空枢纽、一个大型机场,里面会有小飞机降落,小飞机会将乘客及行李运往另一个更大的机场,然後再进行长途运输。同样地,我们可以想像在汽车的新架构当中,汽车周边的所有感测器及驱动设备将聚合和分发的资料传输至中央资讯和高性能运算中心,而这个运算中心将在抽象层面决定下一步行动。因此,软体定义车辆的基本原理便是获取即时资料,并分区管理配电,进而实践采用软体重新配置汽车运行模式的想法。



图五 :   硬体平台扮演着枢纽的角色
图五 : 硬体平台扮演着枢纽的角色

为了与ST的平台一同运作,因此开发了Stellar平台。首先,Stellar平台由负责即时物件控制的微控制器(MCU) 和具有应用级能力的微处理器(MPU)组成。MCU的特点是,第一,在实际使用过程中,汽车需要能够即时制动、转向和加速,而MCU能够以最低功耗提供最隹的即时性能。第二,在同一个MCU内可以整合不同的硬体和软体,也就是说同一个MCU中,我们可以将曾经隔离的软体应用像是制动软体、转向软体和车身软体整合在一起。



图六 :   ST Stellar MCU
图六 : ST Stellar MCU

第三,能够确保自我调整功能安全和先进的资料安全。我们可以选择需要多少种安全功能、使用何种方式、何种演算法以保证资料安全。并可以在车辆使用寿命内动态调整这些选择。第四,我们有高速连接及资料传输能力。资料是软体定义汽车的核心,因此需要快速又有效率地储存、管理和传输资料。最後,我们拥有此领域兼具创新及改革性的软体无线更新技术。



图七 :   统一的软体定义汽车平台
图七 : 统一的软体定义汽车平台

除了MCU,ST亦研发了MPU(微处理器)系列,以增加Stellar产品家族的扩充性。MPU系列不仅能提供即时性能,还具有应用级能力,能够让运算、人身安全和资料安全、 以及架构达到最隹组合方式。这让我们在与自己开发的即时产品类别相同的产品中添加以服务为目标的应用,以及支援人工智慧和机器学习的演算法。这实际上是专为软体定义汽车架构而做的大规模设计。



图八 :   通用架构软体整合平台
图八 : 通用架构软体整合平台

这最终形成了一系列的元件与产品,从上到下依序为高性能的Stellar UP,其能够进行服务导向的应用级运算;接下来是P/G系列,这是一个即时整合平台,而P指的是传统的内燃机及新的动力传动系统,G 则是闸道功能;接下来是电动化专门的产品家族Stellar E,此系列涵盖高性能运算及驱动能力,它们拥有相同的架构基础,并采用基於Arm运算引擎,具有同水准的人身及资料安全,采用同样的通讯系统和软体工具,是一款非常强大的统一架构。



图九 :   迈向动车新时代
图九 : 迈向动车新时代

接下来聚焦於电动汽车。汽车电动化有时也被称作电气化,它是意法所采取的新路线。电动化的发展速度主要取决於汽车产业因应多重挑战的能力。一方面,我们需要确保性能和安全,这一点非常重要,我们不仅要确保驾驶电动汽车的趣味性,还要确保这些汽车的安全性,并持续加以改进。另一方面,我们也需要消除民众对於电动汽车的恐惧及疑虑。有些人可能认为新的电动汽车没有传统的汽车好,尤其是电动汽车的续航力及充电时间。最後一点是,由於人人都可能有买车的需求,因此车的价格必须要是负担得起的。



图十 :   政府政策推动碳中和
图十 : 政府政策推动碳中和

在汽车电动化的领域,ST一直走在产业前面,二十多年以来,ST持续投资包含碳化矽等基础技术,及早为电源变革做好准备。意法拥有许多先进技术,其中包括碳化矽技术、专用於相变记忆体的FD-SOI技术、让我们开发一流的软体无线更新(OTA)功能。ST也拥有完整的产品组合,从功率元件、包括软体基础层在内的数位技术类比驱动器。意法提供的不仅只是技术和产品,而是解决方案。



图十一 :   ST引领汽车电动化潮流
图十一 : ST引领汽车电动化潮流

Stellar MCU平台能够因应新电动汽车不同的挑战。第一,新车配备了大电池并定会产生大量资料的负担,而Stellar MCU平台能够将更多软体整合到相同的MCU中,进而降低资料移转复杂性及所需的电线数量,并减少车辆的线束和重量。第二个挑战,可能也是最重要的,就是能源管理。在一个致力於减少污染,且积极实践环保的世界里,能够协调车辆策略,有效率地开发能精准监控及电池平衡的电池管理系统,同时不会消耗太多电量,也不会让系统耗散能源,这是变得更为环保的基础。受益於FD-SOI技术及讯号路径,带有低功耗模式的平台能够高效率地进行运算,以进一步提升能源管理效率。



图十二 :   Stellar平台提升电动车效率
图十二 : Stellar平台提升电动车效率

接下来的三个挑战与先前谈论到人们的某些恐惧心理及??虑相关。首先,快速充电非常重要。当人们前去度假、探亲时,通常不会愿意花几个小时等待充电再继续旅程。为此,我们推出的产品家族拥有更快速的控制??路、更高的开关频率,以及快速的控制器等,加上车载充电及 DC-DC转换器技术,能有效加速汽车的充电时间。与此同时,汽车体积也变得更小、重量更轻,价钱也更加实惠。



图十三 :   Stellar平台的快充开发
图十三 : Stellar平台的快充开发

技术持续进步,目标便是要创造更高效率、更小节点,使用更轻的材料,而目前也已实践多年,且投入到实际生产当中。而当所有系统控制器在都整合在一个微控制器中,其尺寸将会变得越来越小。


最後,我们能够延伸自己的使命。最後但也很重要的是,当驾驶暂时不使用汽车时,我们甚至能将汽车中的能源送回家里。因此,系统的整合程度将会变得越来越高,而我们也将从我们所生活的城市和地区,乃至整个生态系统来审视汽车所扮演的角色。


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