新一代宝马电子架构：远超更晚设计的特斯拉

来源：半岛在线登录官网    发布时间：2024-02-14 00:14:21

  宝马新一代电子架构于 2016 年初开始设计，2018 年 9 月正式量产，大量使用以太网和域控制器，设计先进程度远超更晚设计的特斯拉Model 3。

  上图为宝马新一代整车电子架构图。KOMBI：仪表。DCS：驾驶员状态监控系统。TCB：即 T-box。RAM：音频接收系统。Booster：高级音响系统。RSE：后座娱乐系统。TRSVC：360 环视。KAFAS：前视三目 ADAS 系统。FRS：前雷达。FRSF：前长距离雷达。SAS：ADAS 域控制器。SRSNVR：前右侧雷达。SRSNVL：前左侧雷达。HRSNL：后左侧雷达。HRSNR：后右侧雷达。PMA：自动泊车系统。DSC/VIP：制动执行器。WCA：无线充电。ZGM：中央网关。ACSM：被动安全控制器。FLEL：前左灯。FLER：前右灯。EGS：电子变速箱控制。

  灰色代表以太网节点，深红色代表 Flexray 节点，橙色代表 CAN 节点，CAN 总线再分为本地 CAN、K-CAN 和 PT-CAN。K 是 Kommunikation 的缩写，即德语的通讯，跟英语的 Communication 差不多。PT 是 PowerTratin 缩写。K-CAN5 连接 FBD（遥控接收）、无线充电和 NFC。K-CAN4 连接 FZD（车顶功能中心，包括基于 TOF 相机的手势识别系统）、Headunit、TCB 和 RAM。K-CAN2 主要是座椅和拖车系统。K-CAN6 为车灯控制。本地 CAN 主要是毫米波雷达与控制器之间连接。PT-CAN 分两路，一路是仪表到 BDC，DME，发动机管理系统到 BDC。另一路主要是变速箱和 NVE 夜视系统。

  每个域控制器核心是以太网交换器和网关，在 360 环视也就是 TRSVC 里，也有一个以太网交换器。宝马用的以太网交换器由博通提供，型号可能是 BCM89501（2011 年）或 BCM89531（第二代，2015 年），特别支持 802.1AS 协议，即精准时间同步协议，这也是 TSN 网络的关键部分。

  反观特斯拉用的是针对车载娱乐系统的 EAVB（起自 2005 年，2012 年 11 月 EAVB 取消，改为 TSN）系统，使用 EAVB 交换器 88E6321，没有 802.1AS，这本是 Marvell LINK-STREET 系列中特别分出了一个针对汽车音视频娱乐应用的 EAVB 系列新产品。宝马底盘系统用的 Flexray 总线具备安全备份、时间触发功能，安全性也远在特斯拉用的 CAN（无备份，事件触发，低可靠性）总线之上。

  上图为宝马新一代座舱电子架构，即第五代 MGU（Media Graphics Unit）， 其 Headunit，宝马内部代号 HU-H3。以欧美市场为例，早期宝马的中控或者说 Infotainment 将导航与基础功能分开，1、2、3、4 系列和 X1、X2、X3、X4 系列目前仍然如此，入门车型不带导航。高端的 5、6、7 和 X5、X6、X7 和 8 系列是合二为一。宝马自 2001 年导入操作系统 idrive，简称 ID。

  第五代 MGU 有了重大改变，放弃了 QNX 操作系统，改用宝马再开发的 LINUX 系统，也就是 GENIVI+LINUX。GENIVI 是一个联盟，致力于将 LINUX 和其他开源软件用于汽车座舱电子中，主要 OEM 成员包括宝马、现代、本田、戴姆勒、日产、PSA 和上汽。主要 Tier1 包括阿尔派、安波福、歌乐（佛吉亚）、电装、现代摩比斯、LG 和博世。芯片厂家包括 NXP、瑞萨、英伟达、联发科、ADI、ARM 和 Telechips。中间件与软件厂家包括东软、风河、QT、KPIT、绿山。MGU 也是宝马首次用 LINUX 系统。MGU 最早用在 2019 年的 3 系顶配上，然后是 7 系全系列、Z4、X5 和 X7 以及 8 系上。未来会全面引入。

  MGU 放弃 MOST 总线，改用 OABR （OPEN Alliance BroadR-Reach）车载以太网，联盟由宝马、现代、NXP、飞思卡尔、HARMAN、意法半导体、博通在 2011 年发起成立。OPEN 是 One Pair Ethernet Network 的缩写，OABR 已经由 IEEE 标准化，并命名为 100BASE-T1。传统的百兆以太网的名字是 100BASE-TX，二者在物理层上差别很大。二者最显著的区别就是，100BASE-T1 在物理连接上使用了一对双绞线实现全双工的信息传输，而 100BASE-TX 则使用了两对双绞线实现全双工，一对用于收，另一对用于发。100BASE-T1 利用所谓的回音消除技术（echo cancellation）实现了在一对双绞线上的全双工通信。

  回音消除技术的大概过程是这样的，作为发送方的节点将自己要发送的差分电压加载到双绞线上，而作为接收者的节点则将双绞线上的总电压减去自己发出去的电压，做减法得到的结果就是发送节点发送的电压。BroadR-Reach 是 Broadcom 公司针对自己车载以太网产品的专用商标。因此能认为 100BASE-T1=OABR=BroadR-Reach。不过缺点是 OABR 主要支持点对点通讯，双向 100MBits，在 OBD2 里仍然使用传统以太网。反观特斯拉用的是针对车载娱乐系统的 EAVB 系统，使用 EAVB 交换器 88E6321，这本是 Marvell 针对 SOHO 办公的 LINK-STREET 系列产品。

  在 HU-H3 的侧后方有一个 USB 供电接口，在正后方则是主要 8 个接口，见上图。1 为蓝牙空中接口，2 为 WLAN 空中接口，3 为 USB Type-A 接口，4 为 USB Type-C 接口，5 为外接 CD 的 USB 接口，6 为 APIX 显示接口，连接中控屏（Central Information Display，CID），7 为 CAN 连接，8 为以太网接口。MGU 在某些国家，如东欧或俄罗斯，采用内置 CD 机设计（中国人早就把 CD 机淘汰了，欧洲人特别俄罗斯还是用 CD 多），但没有导航功能。 因为是 2016 年初开始设计，因此还是用机械硬盘做主要存储，硬盘容量 320GB，其中导航占 160GB，娱乐占 34GB，联网音乐 16GB，可用空间 34GB。

  上图为宝马第三代即 NBT 的架构，目前德州仪器的 DRA44X 系列芯片（即 J6）已经不公开销售。NBT EVO 可能改用了 DRA71x 系列。图中还少了一颗做显卡的芯片，即英伟达的 EMP9。入门级产品则用 FPGA 取代德州仪器的 DRA44X。宝马持续沿用这种架构设计，英特尔的 ATOM E660（NBT 是使用 E660，MGU 使用一颗保密型号 J626C159，推测是英特尔 A3930，特斯拉是 A3950）主要负责操作系统和联网服务。J6 负责导航与外设。

  上图为 RAM，1 为 CAN 连接，2 为以太网连接，3 为 SDRAS 空中接口连接，4 为 AM/FM 收音空中接口。在 MGU 上，延续这种双处理器设计，但是也有很大不同。宝马将音频接收和导航单独放在 RAM 一个单独的盒子里，物理上分开。HU-H3 盒子里和 NBT 就没有改动，还是英特尔的 Atom 和瑞萨的 RH850 MCU，这种设计保留了原来的设计成果，也增加了灵活性，可谓相当先进，就是硬件成本大幅度增加。HU-H3 里也包含 WLAN 和蓝牙，采用博通的蓝牙与 WLAN 二合一模块 91UWM255。

  宝马对音响系统尤其重视，共分三个版本，标准版（SA676）的功率是 205 瓦，包括 3 个高音，5 个中音，2 个低音单元。中级版（SA688）是哈曼卡顿环绕声，功率 464 瓦，包括 5 个高音，5 个中音，2 个低音单元。高级版（SA6F1）是 Bowers&Wilkins 钻石环绕声，功率 1200 瓦，包括 7 个高音，7 个中音，2 个低音。RAM 里的导航板设计复杂，采用瑞萨的 R-CAR H3 做主芯片。

  宝马不惜成本疯狂使用以太网，可能是希望线束精简，在线束上减少相关成本，减轻线束重量。根据连线 可能使用了两路以太输出，一路是音频转以太网输出给 Booster，这有点大材小用，音频实时性和带宽需求都不高。另外一路是视频输出转换为以太网输出，H3 有 4 路视频输出，包括一路模拟视频、一路 LVDS 和两路 HDMI，MGU 使用了三路，估计分别是 CID、仪表和 HUD。RAM 需要将这三路都转换为以太网格式，HDMI 转以太网也就是 IP 格式很容易，LVDS 略微麻烦，然后加一个小型以太网交换器。

  这两路都加了一个 Marvell 的以太网 Phy 芯片。销售到日本的 MGU 会添加一个 V2X 芯片，因为日本基本建成了一套称之为 VICS 的 V2X 系统，硬件上需要加一个 VICS 解码芯片。VICS 基于 DSRC 技术，VICS 并不逊色于目前非常火爆但始终未落地的 5G V2I。最重要的是日本几乎所有新车都配备了 VICS。

  为保证音质，宝马 MGU 采用三片 NXP 的 TDF8546 功率放大模块，每个模块可输出 4 路 45 瓦的音频功率，TDF8546 采用高音质的桥式推挽 BTL 电路，而不是目前主流的 D 类功率放大，D 类功率放大虽然成本低效率高，但是音质生硬尖冷，没有音响爱好者会认同 D 类的声音。BTL 虽然效率略低于 D 类，但音质远在 D 类之上。除了豪华车，基本上没有厂家在意音质。

  CID 有 10.25 英寸和 12.3 英寸两种，分辨率都是 1920*720。宝马新一代顶配车型仪表为 12.3 英寸全液晶仪表，由博世提供，显示屏由 LG 提供。

  上图为宝马的 HUD 与仪表之间连接图，HU-H3 通过 APIX2 系统与 CID 连接，同时与仪表以太网连接，仪表再通过 APIX2 与 HUD 抬头显示器连接。APIX（AutomotivePixel link）是德国 Inova Semiconductorsnova 开发的多通道技术，类似于美信的 GMSL 和德州仪器的 FPDLINK，可能有宝马的投资吧，宝马全系列都使用 APIX 技术，是 Inova 的主要客户，捷豹、大众和沃尔沃部分车型也有使用。全新 APIX3 版本通过单独双绞线（STP）可实现高达 6Gbps 的传输速度，通过四双绞线Gbps。

  下篇主要分析宝马的 ADAS 系统、驾驶员监控系统、手势识别系统、语音识别系统、自动泊车系统、以太网构成的 360 环视系统。敬请期待。

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