一輛特斯拉 Model 3型車在硬件改造后解體

Sensors for ADAS applications

特斯拉 Model 3型設(shè)計(jì)的傳感器組件包括：8個(gè)攝像頭，可在250米半徑內(nèi)提供汽車周圍360度的可視性；12個(gè)超聲波傳感器，可完成這一視覺系統(tǒng)。它們共同允許在一定距離內(nèi)檢測(cè)硬物體和軟物體，精度幾乎是以前系統(tǒng)的兩倍。該軟件包還集成了一個(gè)具有改進(jìn)處理能力的前向雷達(dá)系統(tǒng)。它提供了關(guān)于周圍環(huán)境的額外數(shù)據(jù)，其冗余波長(zhǎng)可以穿透大雨、大霧、灰塵，甚至超越以前的汽車。             

在攝像機(jī)正面，有四個(gè)攝像機(jī)面向前方，支持雷達(dá)，具有不同的特點(diǎn)。主要的一個(gè)，覆蓋250米，但視角很窄，還有一些覆蓋較短的距離（150米、80米和60米），但具有汽車周圍環(huán)境的廣角視角，是用來閱讀路標(biāo)的。其他四個(gè)攝像頭面向汽車的側(cè)面和后部，可以看到100米以外的地方。             

另一方面，聲納利用超聲波探測(cè)汽車周圍8米半徑范圍內(nèi)的障礙物。它可以以任何速度工作，還可以控制盲點(diǎn)。聲納收集的數(shù)據(jù)也被自動(dòng)駕駛儀用來管理超車時(shí)的自動(dòng)換道。最后，利用GPS來檢測(cè)汽車相對(duì)于道路的位置。

特斯拉 Model 3型是一款三年前的車型。然而，通過軟件更新和硬件交換（從HW 2.5到HW3.0），特斯拉承諾保持特斯拉 Model 3的相關(guān)性，并為未來的全自動(dòng)駕駛做好準(zhǔn)備。             

至少，這是他們的承諾。             

硅谷有一批懂技術(shù)的消費(fèi)者，他們對(duì)特斯拉有點(diǎn)狂熱，他們對(duì)特斯拉的興趣不夠。他們喜歡這輛車，他們喜歡它的電力推進(jìn)，他們虔誠(chéng)地關(guān)注著埃隆·馬斯克的微博。             

最重要的是，他們欣賞特斯拉干凈、優(yōu)雅的汽車結(jié)構(gòu)，從頭設(shè)計(jì)。通過空中傳送（OTA）軟件的更新，特斯拉幾乎可以神奇地增加新功能，甚至提升汽車性能。其他汽車原始設(shè)備制造商（他們的汽車與傳統(tǒng)平臺(tái)捆綁在一起）都沒有設(shè)計(jì)出如此全面的基于軟件的汽車更新方法。             

特斯拉的粉絲們對(duì)特斯拉備受爭(zhēng)議的“自動(dòng)駕駛儀”功能的擔(dān)心往往會(huì)減少。他們既不關(guān)注它做什么，也不關(guān)注它不做什么。他們更喜歡關(guān)注自動(dòng)駕駛儀將來會(huì)變成什么樣子，就像特斯拉承諾的那樣。除了一系列的軟件更新外，特斯拉去年還推出了一項(xiàng)硬件交換計(jì)劃——從特斯拉的HW2.5到HW3.0——來提高賭注。             

對(duì)于HW3.0，Elon Musk在一條推特中聲稱：“所有生產(chǎn)的汽車都擁有完全自動(dòng)駕駛所需的所有硬件，包括計(jì)算機(jī)等?！蔽覀儗⒖吹健巴耆詣?dòng)駕駛”到底是什么意思。             

引起我們興趣的是特斯拉鼓吹的向HW3.0的轉(zhuǎn)變。今天3型車的引擎蓋下是什么，它將如何改變？             

車型3是一款更小、更實(shí)惠的電動(dòng)汽車，首次生產(chǎn)于2017年年中。由于去年推出了自己的SoC，特斯拉向3型車的購(gòu)買者承諾，如果他們購(gòu)買了全自動(dòng)駕駛（FSD）軟件包，他們將獲得HW 2.5到HW 3.0的改裝，只需預(yù)約一個(gè)簡(jiǎn)單的服務(wù)中心。             

不過，為了清楚起見，今天的FSD套餐還不能讓特斯拉在沒有人為干預(yù)的情況下駕駛?，F(xiàn)在，這是一系列漸進(jìn)式自動(dòng)駕駛儀升級(jí)。此外，根據(jù)馬斯克上月在推特上發(fā)布的公告，目前7000美元的FSD套餐計(jì)劃在7月1日上漲約1000美元。             

在這個(gè)最新的“引擎蓋下”系列和System Plus Consulting（法國(guó)南特）中，我們深入了解了特斯拉 Model 3型車內(nèi)的情況，重點(diǎn)是特斯拉 Model 3型車內(nèi)部署的汽車傳感器和自動(dòng)駕駛儀電子控制單元。

算力和功耗負(fù)荷能力第一             

汽車內(nèi)部的計(jì)算能力是一個(gè)越來越重要的特征。為了實(shí)現(xiàn)最佳的駕駛員輔助和自動(dòng)駕駛以及激活安全功能，需要大量的計(jì)算能力。             

為了優(yōu)化自動(dòng)駕駛，許多汽車原始設(shè)備制造商和生產(chǎn)商正在采用各種傳感器，如攝像機(jī)、雷達(dá)、激光雷達(dá)和超聲波傳感器，以便車輛能夠檢測(cè)到周圍環(huán)境。來自傳感器的所有數(shù)據(jù)必須組合在一起，這就是控制單元發(fā)揮作用的地方。             

考慮到特斯拉所保持的“尖端”形象，如果普通大眾認(rèn)為3型車內(nèi)的所有硬件部件在技術(shù)上都是市場(chǎng)上最先進(jìn)的，那他們是可以原諒的。             

不過，System Plus首席執(zhí)行官羅曼·弗勞克斯（Romain Fraux）解釋說，從引擎蓋下窺視一下，就會(huì)發(fā)現(xiàn)特斯拉 Model 3型車的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)是降低ADAS的成本，使這款車型“價(jià)格實(shí)惠”。              

對(duì)于3型汽車傳感器，特斯拉使用了8個(gè)攝像頭、1個(gè)雷達(dá)和12個(gè)超聲波傳感器。型號(hào)3不使用激光雷達(dá)，這與馬斯克所謂的激光雷達(dá)是“傻瓜的差事”的說法是一致的SystemPlus分享了引擎蓋下3型傳感器和計(jì)算單元的亮點(diǎn)。

前置攝像機(jī)             

為了實(shí)現(xiàn)前向視覺，特斯拉公司開發(fā)了一種帶有三個(gè)半導(dǎo)體圖像傳感器的三攝像頭模塊。Model 3還使用了兩個(gè)前視側(cè)攝像頭、兩個(gè)后視鏡側(cè)攝像頭和一個(gè)后視攝像頭。

共有8臺(tái)設(shè)計(jì)成3型的相機(jī)是基于2015年on半導(dǎo)體公司發(fā)布的120萬像素圖像傳感器?！八鼈兊某杀竞艿汀Ｋ鼈兗炔皇切碌?，也不是高分辨率的，”弗勞克斯說。             

弗勞克斯指出，從同一家供應(yīng)商采購(gòu)所有8個(gè)圖像傳感器意味著“特斯拉必須努力獲得更好的采購(gòu)價(jià)格”。

特斯拉 Model 3型的三前向相機(jī)配備了三個(gè)半AR0136A上的CMOS圖像傳感器，像素大小為3.75um，分辨率為1280×9601.2Mp。它提供了一個(gè)前圖像采集系統(tǒng)高達(dá)250米，用于特斯拉 Model 3型駕駛員輔助自動(dòng)駕駛儀控制模塊單元。             

為了給特斯拉的三攝像頭模塊添加上下文，System Plus將其與最大的一級(jí)汽車供應(yīng)商之一ZF設(shè)計(jì)的三攝像頭模塊進(jìn)行了比較。ZF的s-Cam4有兩種解決方案，一種是單攝像頭，另一種是三攝像頭。             

S-Cam4是ZF模塊的三攝像頭版本，具有OmniVisionCMOS圖像傳感器和MobileEyeQ4視覺處理器。             

特斯拉使用的印刷電路板安裝技術(shù)與上圖所示的寶馬不同。寶馬更喜歡三種不同的多氯聯(lián)苯傳感器的隔離組合。相比之下，特斯拉的三前向攝像頭模塊將所有CMOS傳感器嵌入一個(gè)PCB中，而不需要處理SoC。             

ZF的s-Cam4包括Mobileye的視覺處理能力。             

通過從半導(dǎo)體上選擇成熟的圖像傳感器，不增加后處理，特斯拉使其相機(jī)模塊“不是關(guān)于有最新的圖像傳感器”，而是所有的成本，”系統(tǒng)加觀察。該公司估計(jì)，ZF的三攝像頭成本為165美元，而特斯拉的三攝像頭成本為65美元。

Tesla Computer Unit

 特斯拉已經(jīng)開發(fā)了一個(gè)由自動(dòng)駕駛儀和信息計(jì)算機(jī)組成的定制“液冷雙計(jì)算平臺(tái)”?！八麄兘⒃谕荒K的兩個(gè)不同的董事會(huì)上，”System Plus首席執(zhí)行官弗勞克斯解釋道。             

一邊是信息娛樂電子控制單元（ECU）或MCU。另一邊是自動(dòng)駕駛ECU。在最初安裝在型號(hào)3上的HW2.5中，特斯拉的自動(dòng)駕駛儀仍然由英偉達(dá)的SOC和GPU啟用。             

特斯拉集成了幾家制造商的完整模塊，這些制造商與英偉達(dá)的高性能集成電路（用于GPU）、英特爾的處理器、NXP和英飛凌的微控制器、微米技術(shù)、三星和SK Hynix的內(nèi)存和STMicroelectronics的音頻放大器相關(guān)。

Radar

特斯拉選擇了一個(gè)經(jīng)過驗(yàn)證的雷達(dá)模塊從大陸。大陸集團(tuán)的ARS4-B內(nèi)部是一個(gè)77GHz雷達(dá)芯片組和由NXP半導(dǎo)體公司提供的32位MCU。System Plus’Fraux指出，盡管包括聯(lián)發(fā)科技（MediaTek）和德州儀器（Texas Instruments）在內(nèi)的幾家芯片公司宣稱進(jìn)入汽車?yán)走_(dá)市場(chǎng)，但NXP和英飛凌是無可爭(zhēng)議的兩大巨頭。大陸集團(tuán)是雷達(dá)模塊供應(yīng)商中的一個(gè)關(guān)鍵角色。它的ARS4-B“可以找到至少15輛其他車輛，包括音頻Q3，大眾Tiguan，日產(chǎn)Rogue和其他，”Fraux解釋說。             

大陸ARS4-A雷達(dá)系統(tǒng)用于轉(zhuǎn)發(fā)碰撞警告、緊急制動(dòng)輔助、碰撞緩解或自適應(yīng)巡航控制（ACC）。一個(gè)重要的因素是同時(shí)測(cè)量長(zhǎng)距離，高達(dá)250米，精度為±0.2米，短距離，高達(dá)70米，相對(duì)速度和兩個(gè)物體之間的角度。             

該系統(tǒng)由兩塊電子板組成，包括NXP半導(dǎo)體微控制器和Broadcom以太網(wǎng)收發(fā)器。射頻（RF）板采用非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，帶有PTFE/FR4混合基板，并配有平面天線。             

NXP半導(dǎo)體77ghz多通道雷達(dá)收發(fā)芯片組由四個(gè)接收機(jī)、兩個(gè)發(fā)射機(jī)和一個(gè)相關(guān)的壓控振蕩器（VCO）組成，用作高頻發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。

Evolution of Autopilot ECU

System Plus指出，特斯拉電腦的進(jìn)化一直發(fā)生在自動(dòng)駕駛儀的電子控制單元上。在HW2.5中，特斯拉合并了兩個(gè)英偉達(dá)帕克SOC，一個(gè)英偉達(dá)帕斯卡GPU和一個(gè)英飛凌TriCore CPU。通過升級(jí)到HW3.0，特斯拉集成了兩個(gè)新設(shè)計(jì)的特斯拉SOC、兩個(gè)GPU、兩個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器和一個(gè)鎖步CPU。             

一方面，zFAS奧迪A8的中央駕駛員輔助控制器“沒有冗余，而且非常昂貴，”Fraux觀察到。另一方面，特斯拉的版本，使用其兩個(gè)soc，提供冗余。

HW2.5 vs. HW3.0

弗勞克斯說，與HW2.5（4681個(gè)組件）相比，特斯拉在同一尺寸的電路板上為HW3（4746個(gè)組件）塞滿了更多的組件             

對(duì)于HW3，處理器數(shù)量從4個(gè)Tesla SOC縮減到2個(gè)（Nvidia、Infineon）。             

Tesla SoC在HW3中使用的技術(shù)節(jié)點(diǎn)為14nm，而Nvidia的HW2.5處理器則為16nm。在HW3推出時(shí)，F(xiàn)raux觀察到，“這是14納米FinFET工藝首次在汽車上使用。”

汽車行業(yè)很少看到任何汽車制造商在內(nèi)部為自己的汽車設(shè)計(jì)asic。弗勞克斯說：“這是一個(gè)很大的風(fēng)險(xiǎn)，除非你有一個(gè)優(yōu)秀的硬件設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，考慮到當(dāng)今的汽車市場(chǎng)，這不是一個(gè)容易做出的決定。”。             

然而，特斯拉并不孤單。有許多汽車原始設(shè)備制造商都渴望像特斯拉一樣開發(fā)自己的自動(dòng)駕駛儀處理器。             

但是，僅僅為自己的車型而花費(fèi)大量的研發(fā)資金和設(shè)計(jì)自己的ASIC，真的值得嗎？             

弗勞克斯說：“如果你想保持良好的利潤(rùn)率，進(jìn)行批量生產(chǎn)，這是有意義的?！薄Ｔ谶^去的幾年里，隨著越來越多的電子元件進(jìn)入汽車市場(chǎng)，許多汽車原始設(shè)備制造商得知，像英偉達(dá)（Nvidia）和英特爾（Intel）這樣的領(lǐng)先芯片供應(yīng)商習(xí)慣于為其soc、cpu和gpu保持巨大的利潤(rùn)率，真是令人震驚。如果原始設(shè)備制造商不想在未來五年內(nèi)繼續(xù)與芯片供應(yīng)商進(jìn)行價(jià)格談判，他們可能會(huì)發(fā)現(xiàn)更容易開發(fā)自己的soc來控制自己的命運(yùn)。             

System Plus估計(jì)，特斯拉的HW2.5由三個(gè)Nvdia芯片和英飛凌MCU組成，售價(jià)280美元。相比之下，特斯拉的HW3.0基于特斯拉的兩個(gè)SOC，售價(jià)190美元。             

弗勞克斯指出，假設(shè)一家汽車制造商花1.5億美元購(gòu)買自己的處理器設(shè)計(jì)成本，而零部件定價(jià)和40萬臺(tái)的年產(chǎn)量沒有變化，“我們的快速估算顯示，你可以在4年內(nèi)收回投資?！?span>