全面解析新一代寶馬電子架構

首先來看寶馬的底盤總線部分，和奔馳一樣，寶馬底盤總線都堅持采用高可靠性的 Flexray 總線。

上圖為寶馬 Flexray 總線拓撲。1 為 8 缸發動機 ECU，2 為車身域控制器，3 為調節后軸差分鎖 GHAS，4 為后防滾穩定器 EARSH，5 為后軸滑動角度控制器，6 為垂直動態平臺，7 為被動安全 ECU，8 為 ADAS 域控制器，9 為制動執行器，10 為電子助力轉向，11 為 6 缸發動機 ECU，12 為前防滾穩定器 EARSV，12 為 8 缸發動機 ECU（8 缸發動機雙 ECU）。Flexray 總線最早由奔馳在 2000 年提出，2009 年 Flexray 總線標準改為 ISO17458，Flexray 協會也就此解散。Flexray 的核心成員是奔馳、寶馬、通用、沃爾沃、大眾、NXP、博世、Vector。Flexray 總線收發器由 NXP 壟斷 90%的市場，開發工具則由 Vector 壟斷，導致其整體成本遠高于 CAN 總線，只有對安全比較重視的奔馳、寶馬和沃爾沃愿意使用，國內吉利的領克系列技術源自沃爾沃，因此也使用了 Flexray 總線。

Flexray 是目前最先進最可靠的成熟的總線系統，TSN 更先進，但還未進入實用狀態，TSN 與 Flexray 相比主要是帶寬遠超 Flexray。但是在底盤領域，帶寬優勢完全無法發揮，10Mbits 足夠了，因此將來 TSN 也不會取代 Flexray 在底盤領域的地位，而 TSN 更適合骨干網。

Flexray 的優點如下：

1）Flexray 高達 10Mb/s 的帶寬為高精度控制的車輛控制器提供了更大的便捷，能夠實現多個 ECU 之間參數的迅速交互和實時性控制。

2）Flexray 兩條獨立的通道 CHA/CHB 在物理層上能實現完全的解耦，可實現更大傳輸速率的要求或是實現冗余傳輸以保證數據傳輸的安全性。

3）Flexray 的時間片長度可以在一定范圍內自由設置，區別于 CAN 消息每幀 8byte 的限制，Flexray 幀數據段長度可在 0~255byte 之間自由變動。

4）Flexray 是時間觸發的網絡，各個節點均有其本地的時鐘，并與全局時鐘相對應，對于實時性功能的實現有很大幫助。

5）Flexray 的通訊段內包含靜態段和動態段兩個部分，可以同時實現時間觸發的實時性和精確性以及事件觸發的靈活性和可配置性。

6）Flexray 支持多種形式的拓撲結構，對于較為簡單的網絡，一般可采取和 CAN 網絡類似的被動總線型拓撲結構；而對于安全性要求較高，或是多個模塊之間進行的數據傳輸，可采用主動星型拓撲結構，對數據進行選擇性的主動截斷或者發送，可防止一個模塊出現故障時導致整個網絡的癱瘓。

上表為常見總線對比

在執行器方面，寶馬新車型使用 VIP 即 VirtualIntegration Platform，老車型使用 DSC，也就是電子車身穩定系統 ESP 的另一種叫法。VIP 實際就是德國大陸汽車的 MK-C1，結合線控制動和 ESP 為一體的執行器，比特斯拉用的博世 iBooster 先進得多（iBooster 頻發故障，分體式設計成本高，可靠性低）。

博世與 MK-C1 同一層次的執行器，iBooster 的升級版執行器是 IPB，卡迪拉克在 2019 年上市的 XT4 是全球第一個用博世 IPB 的量產車型，比亞迪即將在 2020 年上市的“漢”是中國第一個使用博世 IPB 的量產車型。相信特斯拉在大改款后也會用上 IPB。不過那估計至少要等 3 年以上了。

上圖為寶馬 ADAS 架構，1 為前右側短距離毫米波雷達，2 為前長距離雷達加熱器（極端低溫下，毫米波雷達會失效，軍事領域常見有雷達加熱裝置，民用設備上是第一次見到），3 為前成距離雷達，4 為前左側短距離毫米波雷達，5 為前右側配電盒保險，6 為右倒車鏡 LED 信號燈，7 為車身域控制器，8 為右后配電盒保險，9 為自動泊車控制器，10 為右后側短距離毫米波雷達，11 為左側后短距離毫米波雷達，12 為駕駛員一側門交換器，13 為駕駛員一側門連接，14 為智能安全報警即一鍵緊急呼叫，15 為音頻運作單元，16 為轉向柱上開關總成，17 為駕駛員側安全帶卡扣檢測，18 為被動安全 ECU，19 為通訊控制器，20 為中控顯示，21 為 HU-H3，22 為儀表，23 為駕駛員監測攝像頭，24 為左倒車鏡 LED 信號燈，25 為 ADAS 控制器（SAS），26 為電子助力轉向，27 為制動執行器，28 為雨霧水滴霧氣凝結傳感器，29 為 CAN 終端電阻，30 為電子變速箱控制，31 為 CAN 終端電阻，32 為三目攝像頭系統，33 為攝像頭加熱系統（檢測到有霧氣凝結或下雨即啟動電阻加熱，防止攝像頭鏡頭模糊），34 為發動機 ECU，35 為 CAN 終端電阻。

寶馬 ADAS 頂配構成

低配車型沒有 SAS，只有高配車型才有，SAS 連接了所有傳感器。四個短距離毫米波雷達也就是角雷達采用一正一副的本地 CAN 連接，四個角雷達由安波福提供，型號為 SRR-03，采用 77GHz 設計，有效距離 75 米，水平 FOV 達 100 度。前長距離雷達為大陸的 ARS410，比特斯拉的 ARS-4B 略好一點點，與眾不同的是長距離雷達有加熱裝置，且是用以太網直接連接 SAS，這非常罕見，寶馬可能是取雷達的原始信號進行最高等級的傳感器融合，也可能只是覺得 CAN 的帶寬太低，大部分廠家包括特斯拉都是用 CAN 連接，CAN 連接只能輸出已經刨除所有靜態目標的數據，數據只是速度、角度和方位角，這是已經多次處理過的數據，而寶馬似乎是取原始數據自己處理，這勢必增加處理器的負擔。雷達的快速 FFT 是很消耗計算資源的。此外，前長距離雷達還有單獨的加熱電路，并且是放在保險杠內部，而不是大多數企業那樣裸露在外。SAS 很可能采用了英特爾的 Atom 處理器以及英飛凌的 TC297T MCU。SAS 應該也是安波福供應。

攝像頭部分，寶馬高配車型采用德國 ZF 的三目攝像頭，跟特斯拉一樣，FOV 分別是 28、52 和 152 度，分別對應 250、120、20 米距離內目標。處理器自然是 Mobileye 的 EyeQ4。此外還有一個攝像頭通過 LVDS 與自動遠近光車燈控制器（FLA）連接，達到自動遠近光功能，FLA 連在 PT-CAN 線上。

駕駛員監測系統 DCS 接線如上圖，DCS 有兩路以太網接口，一路連接儀表，一路連接 HU-H3，與車身域控制器有 CAN 線連接。DCS 實物如下圖，攝像頭放在儀表盤中央靠上的位置，由安波福提供。

寶馬的自動泊車系統也有比較大的提升。

自動泊車系統構成如上圖，包括博世提供的 360 環視（TRSVC），PMA 自動泊車控制器，12 個超聲波傳感器。超聲波傳感器也由博世供應。

寶馬自動泊車接線圖如上。1 和 15 是遠距超聲波傳感器，16 和 2 是近距超聲波傳感器。3、12、17、25 是 4 個環視攝像頭，26 是 360 環視控制器，13 是自動泊車控制器（PMA），4、5、6、7 分別對應發動機、轉向、制動和變速箱。19、20、21、22、23、24 分別對應 HU-H3、中控、自動泊車按鍵與 360 環視按鍵、被動安全 ECU、轉向柱開關總成和儀表。TRSVC 通過以太網與 4 個 130 萬像素攝像頭連接（有一點比較奇怪，寶馬單獨把后視攝像頭命名為 RFK，似乎這個攝像頭不是魚眼鏡頭，而是普通 FOV 的攝像頭），然后進入博通的 BCM89501 以太網交換機，然后經 NXP 的 i.mx6 雙核處理器拼接，再用以太網輸出到車身域控制器中轉到 HU-H3 中控。同時還有一路本地 CAN 直接與自動泊車控制器 PMA 相連，PMA 連接 12 個超聲波傳感器，同時通過 K-CAN 與車身域控制器連接?？紤]到 i.mx6 的處理能力，想讓其識別車位是不可能的，更不用說識別行人或車輛了。因此這個 360 環視只是在自動泊車中讓駕駛者可以全景監控的。目前國內幾乎所有 360 環視都是基于美信的 GMSL 設計的，即 MAX96705 加 MAX9286，這主要是成本因素，寶馬從 2012 年就開始用以太網做 360 環視，實時性比 GMSL 略好。

寶馬將 T-Box 稱為 TCB，即 TelematicCommunication Box。目前寶馬的 TCB 發展到第三代，稱之為 TCB3，TCB3 在寶馬 Z4 上是放在后備箱里，某些車型上是放在車頂的鯊魚鰭里。語音識別、語音短信發送、聯網服務、寶馬遠程服務、緊急呼叫都要靠 TCB 完成，TCB3 支持 LTE 4.5G，最高速率 300MBit/s，內部不再包含 WLAN。

TCB3 見上圖，1 為 GPS 天線，2 為 4G 天線，3 為 Telematics 天線，4 為連接器，包括以太網連接器，K-CAN 連接和駕駛員側麥克風連接。5 為無線充電連接，6 為緊急 GSM 天線，7 連接緊急揚聲器、電源、緊急呼叫鍵、緊急呼叫 LED?？赡苁强紤]到 4G 信號覆蓋不夠好，所以加了緊急 GSM 天線。

上圖為 TCB3 連接圖。1 為緊急呼叫按鍵和 LED，2 為車身域控制器，3 為車身域配電盒保險，4 為被動安全 ECU，5 為中控顯示，6 為 HU-H3，7 為無線充電，8 為 CAN 控制器，9 為 GPS 天線，10 為 Telematics 天線，11 為 4G 天線，12 為音頻接收模塊 RAM，13 為 TCB3，14 為緊急 GSM 天線，15 線性放大器，16 為緊急揚聲器，17 為轉向柱開關總成，18 為儀表，19 為駕駛員側麥克風。TCB3 通過以太網與 HU-H3 相連，再通過 HU-H3 內的以太網交換機與 RAM 相連。

這里需要介紹一下寶馬的 FZD，即車頂功能中心，這個功能中心有警報、調整天窗、手勢識別、麥克風語音輸入、緊急呼叫按鍵。雖然跟閱讀燈在一個殼體內，但是 FZD 和閱讀燈沒聯系。FZD 兩側是麥克風，FZD 正中間是手勢識別攝像頭，手勢識別系統由安波福提供，據說是 TOF 攝像頭，感覺可能性不大。因為攝像頭邊緣有明顯的紅外 LED 顆粒，應該還是傳統攝像頭。手勢識別有 NXP 的 4 核 i.mx6 完成，使用瑞薩的 RH850 做 MCU。RH850 通過 K-CAN4 輸出到車身域控制器。K-CAN4 與 HU-H3、TCB3 和 RAM 連接。

寶馬新一代電子架構復雜，這里只是簡要介紹。汽車電子架構實際由上游硬件供應商決定，現在遠未到完全脫離硬件只說軟件的地步，未來十年恐怕都不可能。電子架構留給汽車廠商發揮的空間有限，特斯拉這種不太在乎車規的廠家發揮會更自由一些，但即便如此，也要受制于硬件，很多模擬或混合界面 IC 不是挖幾個人想做就能做出來的，那需要最少 15 年以上的模擬 IC 經驗。若要先進且可靠必定就會導致成本增加，特斯拉不是先進，是不太在乎車規而已，即便如此，它也不能跟奔馳寶馬比先進程度，畢竟特斯拉更在意成本。

在特斯拉看來，將錢花在百萬分之一甚至千分之一的 CornerCase 上完全沒必要，所以特斯拉不用激光雷達。馬斯克用市場化的工業級標準替代未充分競爭的航天級標準做了 SpaceX，成本自然降低極多。但是在傳統車廠看來，百萬分之一的可能也要考慮到，這非常有必要，這是對生命的敬畏，每一個生命都該被拯救。

編輯：hfy