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特斯拉电子电气架构的演变

 tftmtgh 2018-12-15

...突然想把这张图贴上来,致敬下马斯克(自己的公众号就是这么任性啊)


...

2008年2月,第一辆Roadster下线;

2012年6月,第一辆Model S下线;

2015年9月,第一辆Model X下线;

2017年9月,第一辆Model 3下线;

2017年11月,第一辆Semi Truck和Roadster 2.0...发布。


在短短...emmm不对,在长达15年的时间里,特斯拉以及马斯克创造了一个又一个的神迹,其一举一动、一颦一笑牵动着世界范围内电动车行业业内人士的神经,而社会各界人士更是从性能到实测、从专利到功能、从电池包到热管理、从Autopilot到线束...可以说扒的体无完肤,鞭辟入里...

但是对隐藏在幕后的载体,电子电气架构,大家可能知之甚少。架构服务于功能,摸清楚特斯拉架构演变的脉络,或许能一窥其电子设计的精髓。


今天,我们就从特斯拉Model S、Model X以及Model 3 - 分别代表特斯拉量产的三代大众化车型 - 分析下特斯拉的电子电气架构的演变。


一、Model S

我们先看下基本面(股社区文章看多了...):

1、大量使用CAN/LIN用作主干网、支干网,速率包括125kbps、500kbps;Ethernet也有使用,但仅用于IC与Center Display之间以及诊断接口;

2、较为明显的域划分,包括动力域PowerTrain、底盘域Chassis、车身域Body以及一路低速容错Body FT;

3、72个控制器ECU节点,其中44个CAN节点、28个LIN节点与中大型豪华电动轿车相符。


...如果只有上面这些是不是有点平平无奇?我们继续。

4、ADAS模块横跨PT与CH,因为高级辅助功能对动力和制动转向的实时性需求;

5、天窗模块SCM为CAN节点,2014年6月特斯拉曾经通过OTA更新了天窗舒适停止的位置“Comfort setting on pano roof has changed from 80% to 75%”,可能与节点选型相关;另外一方面也看出来供应链的区别:目前国内该类控制器多选型为LIN节点;

6、量产车型仍留下诊断接口???调试接口在试制、下线以及售后都可以发挥不小的作用,特斯拉为了追求极致的效率可以说是...很棒了;

喏,就是这货(这不是我的手,我的手比这个漂亮...)。

说到以太网,我们有注意到特斯拉使用的是传统以太网,可能是Center Display投射到IC地图的需求,而较短的走线则抵消了EMC干扰及价格重量的劣势。

7、Center Display横跨多个网段,充分接入更多节点,集成了GW、HU、T-BOX...等诸多功能,俨然汽车大脑级的存在;这种设计理念搁现在可能没啥,但是别忘了,这是6年前横空出世的Model S!加上2~3年的车型开发周期也就是说至少8年前特斯拉的设计!而自行开发的决定则和创始灵魂艾伯哈德、施特劳贝尔的背景一脉相承。

按照博世的EEA(Electric Electronic Architecture,电子电气架构)进化,针对Center Display来说Model S可是一步跨到了Vehicle Computer的层级!

当然特斯拉愿不愿意往上靠是另外一回事了。


二、Model X

...不知道大家看到Model X的拓扑与Model S对比什么感觉?

在我看来就一个感觉:这就是一个模子里面出来的呀!

我们来看下,

1、4个网段、主要通信类型CAN/LIN都没变吧;

2、主要节点都没变化吧(这个是废话了...);

3、增加的Falcon CAN(鸥翼门相关功能)还是挂在Body CAN下面也是憋屈的没谁了...

4、Thermal CAN单独接入一路到Center Display&Gateway;

5、其他的诸如座椅控制器、车门控制器的增多主要用于二排联动、主驾电吸门等控制逻辑;

6、诊断接口继续发扬...增加了Thermal CAN与Falcon CAN;

7、注意跨网段的趋势,比如中央车身控制器Central Body Control Module横跨底盘Chassis、车身低速容错Body FT以及车身Body,这一点在Model 3上面会大爆发。


总体来说虽然Model X相比Model S车型有跨越,但是针对电子电气架构来说没有太大的变动,可以说是平台的变种。


三、Model 3

Model 3的拓扑...我是谁?我在哪儿???

1、动力域?车身域?娱乐域?不存在的,映入眼帘...emmm夺人眼球的是3大块:一个是自动驾驶及娱乐控制模块Autopilot & Infotainment Control Module,二个是右车身控制器BCM RH,三个是左车身控制器BCM LH;

2、...你们猜的没错,这三大概率都是特斯拉自行开发;

3、自动驾驶及娱乐控制模块Autopilot & Infotainment Control Module这次彻底接管了所有辅助驾驶相关的sensor,摄像头camera、毫米波雷达Radar,超声波雷达除外,主要用于泊车为低速场景由右车身控制器BCM RH完成;注意了浓眉大眼的特斯拉也是有车内摄像头Cabin Camera的嗷,虽然没启用但是大概率为驾驶员监测系统(DMS,Driver Monitor System)做预留(责任评判...);

4、右车身控制器BCM RH,初步判断集成了自动驶入驶出AP(Automatic Parking/Autonomous Pull Out)、热管理、扭矩控制等;事实上,这里正是特斯拉厉害的地方:硬件抽象(硬件和软件的分离)。我们回头看下S和X:热管理几乎都是独立的控制器模块,扭矩控制几乎都运行在Center Display中,也就是说之前的code完美地移植到了3的右车身控制器BCM RH中!

有没有似曾相识的感觉?

上图是在电子电气架构方面一向激进、开放的宝马规划的下一代EE架构。

殊途同归。

5、左车身控制器BCM LH,与右模块相同的是横跨多个网段,不同的是左模块负责了内部灯光、进入部分;事实上这里面有个特斯拉的思考那就是分区域的控制模块,举个典型的例子:驻车卡钳(没错EPB的功能...由左右车身控制器瓜分了);

6、还有一个特立独行的模块:低压电源分配模块Power Distribution Unit,48个PIN脚(除去CAN/LIN/GND),其中Sensor供电6个,包含各种液位、温度等传感器;Actuator/Drv供电/驱动30个,覆盖各种锁、电机、泵、电磁阀等阀门以及灯光;ECU供电12个,包含主要控制器,其余部分由主控制器分级供电。目测其功能一是实现用电器更精准的供电管理,二是可控的供电时序…如果能够干掉保险丝盒...那可能会是一大收益;

7、右车身控制器BCM RH横跨Drive Inverter与底盘Chassis,为刚升级的赛道模式「Track Mode」提供了架构支撑;

8、关于冗余设计,可以先看下特斯拉自动驾驶技术路线,

基于视觉的渐进式路线,传感器方面没有选择LiDAR、更多的毫米波雷达,而在底盘域的关键传感器除了扭矩(疑似)有双路采集,其他的都没有;事实上其电子转向助力模块Power Steering ECU像极了博世华域的PP3.2平台;再加上iBooster、ABS的通信备份...往大了可以说特斯拉Model 3做好了制动、转向的冗余设计;

9、关于星型网络,我的看法是单从架构拓扑无法评判,得看具体的功能分配;事实上,自动驾驶及娱乐控制模块Autopilot & Infotainment Control Module、右车身控制器BCM RH以及左车身控制器BCM LH亦可以看做网状网络,而在接口都具备的情况下功能的分配(互为备份)则仅仅是软件的问题,而软件正好是特斯拉的强项;

9、胎压监测模块TPMS,一个接收端居然没集成到车身控制器中与遥控钥匙共用RF模块,这个是我比较疑惑的地方;至于诊断接口,Model 3则只剩下...Ethernet。


...

从Model S的中规中矩、软件的纵向整合能力初露头角,到Model X的负重前行,再到Model 3的全面放飞;纵观特斯拉三代车型,Model S、Model X再到Model 3的演变,实质是功能的重分配,不断把功能从供应商手中拿回来自行开发的过程。从电池管理系统到热管理、从Center Display到Autopilot、从AP到驻车制动、从电源分配到扭矩控制...特斯拉深刻诠释了什么TMD叫“软件定义汽车”。

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