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

在攝像機正面，有四個攝像機面向前方，支持雷達，具有不同的特點。主要的一個，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，是用來閱讀路標的。其他四個攝像頭面向汽車的側面和后部，可以看到100米以外的地方。             

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

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的相關性，并為未來的全自動駕駛做好準備。             

至少，這是他們的承諾。             

硅谷有一批懂技術的消費者，他們對特斯拉有點狂熱，他們對特斯拉的興趣不夠。他們喜歡這輛車，他們喜歡它的電力推進，他們虔誠地關注著埃隆·馬斯克的微博。             

最重要的是，他們欣賞特斯拉干凈、優(yōu)雅的汽車結構，從頭設計。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。其他汽車原始設備制造商（他們的汽車與傳統(tǒng)平臺捆綁在一起）都沒有設計出如此全面的基于軟件的汽車更新方法。             

特斯拉的粉絲們對特斯拉備受爭議的“自動駕駛儀”功能的擔心往往會減少。他們既不關注它做什么，也不關注它不做什么。他們更喜歡關注自動駕駛儀將來會變成什么樣子，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硬件交換計劃——從特斯拉的HW2.5到HW3.0——來提高賭注。             

對于HW3.0，Elon Musk在一條推特中聲稱：“所有生產的汽車都擁有完全自動駕駛所需的所有硬件，包括計算機等?！蔽覀儗⒖吹健巴耆詣玉{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、更實惠的電動汽車，首次生產于2017年年中。由于去年推出了自己的SoC，特斯拉向3型車的購買者承諾，如果他們購買了全自動駕駛（FSD）軟件包，他們將獲得HW 2.5到HW 3.0的改裝，只需預約一個簡單的服務中心。             

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的情況下駕駛?，F(xiàn)在，這是一系列漸進式自動駕駛儀升級。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套餐計劃在7月1日上漲約1000美元。             

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

算力和功耗負荷能力第一             

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

為了優(yōu)化自動駕駛，許多汽車原始設備制造商和生產商正在采用各種傳感器，如攝像機、雷達、激光雷達和超聲波傳感器，以便車輛能夠檢測到周圍環(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，如果普通大眾認為3型車內的所有硬件部件在技術上都是市場上最先進的，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，就會發(fā)現(xiàn)特斯拉 Model 3型車的主要設計目標是降低ADAS的成本，使這款車型“價格實惠”。              

對于3型汽車傳感器，特斯拉使用了8個攝像頭、1個雷達和12個超聲波傳感器。型號3不使用激光雷達，這與馬斯克所謂的激光雷達是“傻瓜的差事”的說法是一致的SystemPlus分享了引擎蓋下3型傳感器和計算單元的亮點。

前置攝像機             

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

共有8臺設計成3型的相機是基于2015年on半導體公司發(fā)布的120萬像素圖像傳感器。“它們的成本很低。它們既不是新的，也不是高分辨率的，”弗勞克斯說。             

弗勞克斯指出，從同一家供應商采購所有8個圖像傳感器意味著“特斯拉必須努力獲得更好的采購價格”。

特斯拉 Model 3型的三前向相機配備了三個半AR0136A上的CMOS圖像傳感器，像素大小為3.75um，分辨率為1280×9601.2Mp。它提供了一個前圖像采集系統(tǒng)高達250米，用于特斯拉 Model 3型駕駛員輔助自動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將其與最大的一級汽車供應商之一ZF設計的三攝像頭模塊進行了比較。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，特斯拉使其相機模塊“不是關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，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

 特斯拉已經開發(fā)了一個由自動駕駛儀和信息計算機組成的定制“液冷雙計算平臺”?！八麄兘⒃谕荒K的兩個不同的董事會上，”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。另一邊是自動駕駛ECU。在最初安裝在型號3上的HW2.5中，特斯拉的自動駕駛儀仍然由英偉達的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、三星和SK Hynix的內存和STMicroelectronics的音頻放大器相關。

Radar

特斯拉選擇了一個經過驗證的雷達模塊從大陸。大陸集團的ARS4-B內部是一個77GHz雷達芯片組和由NXP半導體公司提供的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）在內的幾家芯片公司宣稱進入汽車雷達市場，但NXP和英飛凌是無可爭議的兩大巨頭。大陸集團是雷達模塊供應商中的一個關鍵角色。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Rogue和其他，”Fraux解釋說。             

大陸ARS4-A雷達系統(tǒng)用于轉發(fā)碰撞警告、緊急制動輔助、碰撞緩解或自適應巡航控制（ACC）。一個重要的因素是同時測量長距離，高達250米，精度為±0.2米，短距離，高達70米，相對速度和兩個物體之間的角度。             

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

NXP半導體77ghz多通道雷達收發(fā)芯片組由四個接收機、兩個發(fā)射機和一個相關的壓控振蕩器（VCO）組成，用作高頻發(fā)射機和接收機。

Evolution of Autopilot ECU

System Plus指出，特斯拉電腦的進化一直發(fā)生在自動駕駛儀的電子控制單元上。在HW2.5中，特斯拉合并了兩個英偉達帕克SOC，一個英偉達帕斯卡GPU和一個英飛凌TriCore CPU。通過升級到HW3.0，特斯拉集成了兩個新設計的特斯拉SOC、兩個GPU、兩個神經網絡處理器和一個鎖步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soc，提供冗余。

HW2.5 vs. HW3.0

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

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

Tesla SoC在HW3中使用的技術節(jié)點為14nm，而Nvidia的HW2.5處理器則為16nm。在HW3推出時，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部為自己的汽車設計asic。弗勞克斯說：“這是一個很大的風險，除非你有一個優(yōu)秀的硬件設計團隊，考慮到當今的汽車市場，這不是一個容易做出的決定?！?。             

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

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

弗勞克斯說：“如果你想保持良好的利潤率，進行批量生產，這是有意義的?！?。在過去的幾年里，隨著越來越多的電子元件進入汽車市場，許多汽車原始設備制造商得知，像英偉達（Nvidia）和英特爾（Intel）這樣的領先芯片供應商習慣于為其soc、cpu和gpu保持巨大的利潤率，真是令人震驚。如果原始設備制造商不想在未來五年內繼續(xù)與芯片供應商進行價格談判，他們可能會發(fā)現(xiàn)更容易開發(fā)自己的soc來控制自己的命運。             

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

弗勞克斯指出，假設一家汽車制造商花1.5億美元購買自己的處理器設計成本，而零部件定價和40萬臺的年產量沒有變化，“我們的快速估算顯示，你可以在4年內收回投資?！?span>