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ST:軟體定義汽車創造全新使用體驗與商業價值
 

【作者: 王岫晨】   2023年02月01日 星期三

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在新冠疫情爆發之前,戴姆勒(Daimler,德國汽車製造商)的執行長接受了採訪,其中一個問題就是他將如何提升其公司汽車的品牌價值。他毫不猶豫地回答,他正在努力將賓士(Mercedes-Benz)轉型為軟體定義汽車。這是一個既具啟發性,又充滿智慧的回答。軟體定義汽車並不是一個新概念,它已正在改變及改造汽車產業。



圖一 :   ST朝軟體定義汽車和電動汽車邁進
圖一 : ST朝軟體定義汽車和電動汽車邁進

意法半導體汽車和離散元件產品部(ADG) 車用MCU事業部總監Davide Santo指出,軟體定義汽車帶來了兩個主要的變化。第一,它創造了新的使用者體驗;第二,它創造了新的商業價值。這意味著一方面,軟體定義汽車對車輛進行了再造,讓使用者能夠靈活地使用軟體定義功能,享受更好的性能,包含人身及網路連線安全的保障。使用者還可以不斷為汽車增加各種新功能及服務,因此,汽車的價值也隨著時間不斷增加。



圖二 :   軟體定義汽車
圖二 : 軟體定義汽車

另一方面,從原始設備製造商的角度來看,由於他們可以決定汽車的生命週期,讓汽車的生命週期延長許多,因此提高了服務品質。除此之外,原始設備製造商亦提供個人化的售後服務,除了帶來額外的收入以及經常性收入外,也完成了由過去傳統「汽車模式」到無限用途開發週期的轉型。雖然這個轉變確實增加了投資成本,但也提供了更高的回報。



圖三 :  軟體定義汽車將逐漸重塑汽車
圖三 : 軟體定義汽車將逐漸重塑汽車

從ST的角度來看,我們堅信,所有軟體定義的汽車都必須建立在非常堅實的基礎之上。而這個基礎由三大支柱支撐。首先,所有的軟體定義汽車都要盡可能地確保人身安全,絕不容許任何安全事故發生。其次,軟體定義汽車需要確保資訊安全。對於原始設備製造商而言,確保汽車能夠追蹤和收集資料極為重要。因此,安全不僅包括車用元件的安全,還包括車主的人身安全,以及其個人資料的安全。最後一點,也可能是最具挑戰性的一點,就是這些汽車需要能夠「順應未來」。因為原始設備供應商想要進行無限用途的開發,以產生經常性收入,為此,原始設備製造商需要擁有能順應未來的基礎,以滿足未來對資源、靈活性和應對新挑戰能力的需求。



圖四 :   軟體定義汽車硬體平台
圖四 : 軟體定義汽車硬體平台

這個設想中的硬體平台,基本上就像是一個航空樞紐、一個大型機場,裡面會有小飛機降落,小飛機會將乘客及行李運往另一個更大的機場,然後再進行長途運輸。同樣地,我們可以想像在汽車的新架構當中,汽車周邊的所有感測器及驅動設備將聚合和分發的資料傳輸至中央資訊和高性能運算中心,而這個運算中心將在抽象層面決定下一步行動。因此,軟體定義車輛的基本原理便是獲取即時資料,並分區管理配電,進而實踐採用軟體重新配置汽車運行模式的想法。



圖五 :   硬體平台扮演著樞紐的角色
圖五 : 硬體平台扮演著樞紐的角色

為了與ST的平台一同運作,因此開發了Stellar平台。首先,Stellar平台由負責即時物件控制的微控制器(MCU) 和具有應用級能力的微處理器(MPU)組成。MCU的特點是,第一,在實際使用過程中,汽車需要能夠即時制動、轉向和加速,而MCU能夠以最低功耗提供最佳的即時性能。第二,在同一個MCU內可以整合不同的硬體和軟體,也就是說同一個MCU中,我們可以將曾經隔離的軟體應用像是制動軟體、轉向軟體和車身軟體整合在一起。



圖六 :   ST Stellar MCU
圖六 : ST Stellar MCU

第三,能夠確保自我調整功能安全和先進的資料安全。我們可以選擇需要多少種安全功能、使用何種方式、何種演算法以保證資料安全。並可以在車輛使用壽命內動態調整這些選擇。第四,我們有高速連接及資料傳輸能力。資料是軟體定義汽車的核心,因此需要快速又有效率地儲存、管理和傳輸資料。最後,我們擁有此領域兼具創新及改革性的軟體無線更新技術。



圖七 :   統一的軟體定義汽車平台
圖七 : 統一的軟體定義汽車平台

除了MCU,ST亦研發了MPU(微處理器)系列,以增加Stellar產品家族的擴充性。MPU系列不僅能提供即時性能,還具有應用級能力,能夠讓運算、人身安全和資料安全、 以及架構達到最佳組合方式。這讓我們在與自己開發的即時產品類別相同的產品中添加以服務為目標的應用,以及支援人工智慧和機器學習的演算法。這實際上是專為軟體定義汽車架構而做的大規模設計。



圖八 :   通用架構軟體整合平台
圖八 : 通用架構軟體整合平台

這最終形成了一系列的元件與產品,從上到下依序為高性能的Stellar UP,其能夠進行服務導向的應用級運算;接下來是P/G系列,這是一個即時整合平台,而P指的是傳統的內燃機及新的動力傳動系統,G 則是閘道功能;接下來是電動化專門的產品家族Stellar E,此系列涵蓋高性能運算及驅動能力,它們擁有相同的架構基礎,並採用基於Arm運算引擎,具有同水準的人身及資料安全,採用同樣的通訊系統和軟體工具,是一款非常強大的統一架構。



圖九 :   邁向動車新時代
圖九 : 邁向動車新時代

接下來聚焦於電動汽車。汽車電動化有時也被稱作電氣化,它是意法所採取的新路線。電動化的發展速度主要取決於汽車產業因應多重挑戰的能力。一方面,我們需要確保性能和安全,這一點非常重要,我們不僅要確保駕駛電動汽車的趣味性,還要確保這些汽車的安全性,並持續加以改進。另一方面,我們也需要消除民眾對於電動汽車的恐懼及疑慮。有些人可能認為新的電動汽車沒有傳統的汽車好,尤其是電動汽車的續航力及充電時間。最後一點是,由於人人都可能有買車的需求,因此車的價格必須要是負擔得起的。



圖十 :   政府政策推動碳中和
圖十 : 政府政策推動碳中和

在汽車電動化的領域,ST一直走在產業前面,二十多年以來,ST持續投資包含碳化矽等基礎技術,及早為電源變革做好準備。意法擁有許多先進技術,其中包括碳化矽技術、專用於相變記憶體的FD-SOI技術、讓我們開發一流的軟體無線更新(OTA)功能。ST也擁有完整的產品組合,從功率元件、包括軟體基礎層在內的數位技術類比驅動器。意法提供的不僅只是技術和產品,而是解決方案。



圖十一 :   ST引領汽車電動化潮流
圖十一 : ST引領汽車電動化潮流

Stellar MCU平台能夠因應新電動汽車不同的挑戰。第一,新車配備了大電池並定會產生大量資料的負擔,而Stellar MCU平台能夠將更多軟體整合到相同的MCU中,進而降低資料移轉複雜性及所需的電線數量,並減少車輛的線束和重量。第二個挑戰,可能也是最重要的,就是能源管理。在一個致力於減少污染,且積極實踐環保的世界裡,能夠協調車輛策略,有效率地開發能精準監控及電池平衡的電池管理系統,同時不會消耗太多電量,也不會讓系統耗散能源,這是變得更為環保的基礎。受益於FD-SOI技術及訊號路徑,帶有低功耗模式的平台能夠高效率地進行運算,以進一步提升能源管理效率。



圖十二 :   Stellar平台提升電動車效率
圖十二 : Stellar平台提升電動車效率

接下來的三個挑戰與先前談論到人們的某些恐懼心理及憂慮相關。首先,快速充電非常重要。當人們前去度假、探親時,通常不會願意花幾個小時等待充電再繼續旅程。為此,我們推出的產品家族擁有更快速的控制迴路、更高的開關頻率,以及快速的控制器等,加上車載充電及 DC-DC轉換器技術,能有效加速汽車的充電時間。與此同時,汽車體積也變得更小、重量更輕,價錢也更加實惠。



圖十三 :   Stellar平台的快充開發
圖十三 : Stellar平台的快充開發

技術持續進步,目標便是要創造更高效率、更小節點,使用更輕的材料,而目前也已實踐多年,且投入到實際生產當中。而當所有系統控制器在都整合在一個微控制器中,其尺寸將會變得越來越小。


最後,我們能夠延伸自己的使命。最後但也很重要的是,當駕駛暫時不使用汽車時,我們甚至能將汽車中的能源送回家裡。因此,系統的整合程度將會變得越來越高,而我們也將從我們所生活的城市和地區,乃至整個生態系統來審視汽車所扮演的角色。


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