Под капотом Tesla Model 3: как поменялось hardware за 3 года

Tesla Model 3 вышла три года назад. И все же, благодаря обновлениям программного обеспечения и замене аппаратного обеспечения (с HW 2.5 на HW 3.0), Tesla обещает сохранить актуальность Tesla 3 и подготовить ее к будущему с беспилотной ездой.

По крайней мере, так они обещают.

У среза подкованных в технологиях покупателей из Кремниевой Долины любовь к Tesla возведена в культ, и им всегда хочется большего. Они любят эти машины, им нравится, что они работают на электричестве, а к твитам Илона Маска они относятся как к религии.

Прежде всего, они восхищаются чистой, элегантной архитектурой автомобиля Tesla, разработанной с нуля. Tesla может добавлять новые функции и даже обновлять автомобили почти волшебным образом, по воздуху (OTA). Ни один из других OEM-производителей (их автомобили привязаны к устаревшим платформам) не разработал столь масштабный метод обновления программного обеспечения для автомобилей.

Фанаты Tesla, как правило, меньше переживают по поводу спорной функции «Автопилот». Они не концентрируются ни на том, что она делает, ни на том, что она не делает. Они предпочитают сосредоточиться на том, чем когда-нибудь автопилот может стать – исходя из обещаний Tesla. В дополнение к серии обновлений программного обеспечения, в прошлом году Tesla повысила ставки, обновив аппаратную составляющую – с Tesla HW 2.5 на HW 3.0.

С внедрением HW 3.0, Илон Маск заявил в твиттере: «Все выпускаемые автомобили имеют необходимое оборудование, (вычислительное и не только), для полностью беспилотной езды.» Посмотрим, что именно Маск имеет в виду под «полностью беспилотной ездой».

Что нас заинтриговало, так это переход на HW 3.0. Что сегодня находится под капотом Model 3, и как эта машина будет меняться?

Model 3 — это более компактный и доступный по цене электромобиль, впервые выпущенный в середине 2017 года. Благодаря представленной в прошлом году собственной системе на чипе, Tesla обещает покупателям Model 3, что если они приобретут полный комплект программного обеспечения для беспилотного управления, то они получат обновление с HW 2.5 до HW 3.0, просто посетив сервисный центр.

Чтобы внести ясность: пакет ПО для полностью беспилотной езды на сегодняшний день еще не позволяет машинам Tesla ездить без вмешательства человека. Речь идет о последовательности инкрементальных обновлений системы автопилота. Кроме того, текущую стоимость пакета FSD, равную $7,000 планируется увеличить примерно на $1,000 1 июля, согласно твиту Илона Маска в прошлом месяце.

В этом выпуске «Под капотом» с System Plus Consulting (Нант, Франция), мы углубимся в Tesla Model 3, и сфокусируемся на автомобильных датчиках и ECU Autopilot Tesla, установленном в Model 3.

Доступность прежде всего

Вычислительная мощность автомобилей становится все более важной характеристикой. Значительная вычислительная мощность необходима для обеспечения оптимальной помощи водителю и автоматизированного вождения, а также для активации функций безопасности.

Для оптимизации автоматического вождения многие производители комплектного оборудования и ведущие автопроизводители используют различные датчики, такие как камеры, радары, лидары и ультразвуковые сенсоры, которые позволяют автомобилям обнаруживать окружающее их пространство. Все данные, получаемые от датчиков, должны быть собраны воедино, и именно здесь в игру вступает блок управления.

Учитывая образ передовых технологий, который поддерживает Tesla, широкая общественность простит многое, если она поверит, что все аппаратные средства внутри модели 3 являются технически самыми передовыми и доступными на рынке.

Заглянув под капот, вы увидите, что основной целью Tesla при проектировании Model 3 было снижение стоимости систем продвинутой помощи водителю, что сделало модель «доступной», объяснил генеральный директор System Plus Ромэн Фро (Romain Fraux).

В качестве датчиков в Model 3 используются восемь камер, один радар и 12 ультразвуковых датчиков. Model 3 не использует лидары, что соответствует известному утверждению Маска о том, что лидар — это «дурацкая идея».

Далее System Plus поделятся информацией о датчиках и вычислительном блоке Model 3.

Сенсоры для ADAS

(Source: System Plus)

Набор датчиков, встроенных в Tesla Model 3, включает в себя восемь камер, которые обеспечивают 360-градусный обзор вокруг автомобиля в радиусе 250 метров и 12 ультразвуковых датчиков, которые дополняют эту систему обзора. Вместе они позволяют обнаруживать твердые и мягкие объекты на расстоянии с почти вдвое большей точностью, чем у предыдущей системы. Данный набор датчиков также включает в себя радиолокационную систему прямого обзора с усовершенствованными функциями обработки изображения. Эта система предоставляет дополнительные данные об окружающей среде на избыточной длине волны, способной видеть сквозь проливной дождь, туман, пыль и даже за пределами предыдущих автомобилей.

На передней панели расположены четыре камеры, которые поддерживают радар и обладают различными характеристиками. Основная камера охватывает 250 метров, но имеет малый угол обзора, в то время как другие охватывают более короткие расстояния (150, 80 и 60 метров), но имеют широкий угол обзора окружающей среды вокруг автомобиля и именно они используются для считывания дорожных знаков. Остальные четыре камеры смотрят на боковые и задние части автомобиля и могут видеть на расстоянии до 100 метров.

Сонар, в свою очередь, использует ультразвук для обнаружения препятствий в радиусе 8 метров вокруг автомобиля. Он работает на любой скорости, а также контролирует слепую зону. Данные, собранные сонаром, также используются автопилотом для управления системой автоматической смены полосы движения во время обгона. Наконец, GPS используется для определения положения автомобиля относительно дороги.

Передние камеры

(Source: System Plus)

Для прямого обзора компания Tesla разработала трехкамерный модуль с тремя датчиками изображения от On Semiconductor. Model 3 также использует две боковые камеры прямого обзора, две боковые камеры и камеру заднего обзора.

Спроектированные для Model 3 восемь камер основаны на тех же 1,2-мегапиксельных датчиках изображения, выпущенных компанией On Semiconductor в 2015 году. «Они недорогие. Они не новые и не отличаются высоким разрешением», — заметил Фро.

Приобретение всех восьми датчиков изображения у одного поставщика означает, что «Tesla, должно быть, стремится к лучшей закупочной цене», — отметил Фро.

Сравнение тройных камер

(Source: System Plus)

Тройная камера Tesla Model 3 оснащена тремя CMOS-датчиками изображения ON Semi AR0136A с размером пикселя 3,75 мкм с разрешением 1280×960 1,2 МП. Эта камера обеспечивает работу системы захвата переднего изображения на расстоянии до 250 метров, используемой модулем контроля автопилота и помощи водителю.

Чтобы добавить контекст к трехкамерному модулю Tesla, System Plus сравнила его с трехкамерным модулем, разработанным ZF, одним из крупнейших поставщиков автомобилей первого уровня. S-Cam4 от ZF поставляется с двумя решениями, одно с монокамерой, а другое с тройной камерой.

S-Cam4, версия модуля ZF с тройной камерой, оснащена датчиками изображения Omnivision CMOS и процессорами компьютерного зрения Mobileye’a EyeQ4.

Технология монтажа печатной платы, используемая Tesla, отличается от технологии BMW, как показано на изображении выше. BMW предпочитает изолированную комбинацию датчиков на трех различных печатных платах. В свою очередь, в трехпозиционный модуль камеры Tesla встроены все CMOS-датчики на печатной плате без использования системы на чипе.

S-Cam4 от ZF включает в себя возможности обработки зрения Mobileye.

Выбрав зрелые датчики изображения от On Semiconductor и не добавляя постобработки, Tesla сделала свой модуль камеры «не о новейших датчиках изображения, а о стоимости», — отметила System Plus. Стоимость трехкамерного модуля ZF фирма оценивает в $165, а трехкамерного модуля Tesla — в $65.

(Source: System Plus)

Радар

(Source: System Plus)

Tesla выбрала проверенный радиолокационный модуль от Continental. Continental ARS4-B содержит набор микросхем радиолокатора с частотой 77 ГГц и 32-разрядный микроконтроллер, поставляемый компанией NXP Semiconductors. Фро из компании System Plus отметил, что несмотря на то, что несколько компаний по производству микросхем, включая MediaTek и Texas Instruments, заявили о своем выходе на рынок автомобильных радаров, NXP и Infineon бесспорно представляют собой пару лидеров. Continental является ключевым игроком среди поставщиков радарных модулей. Их ARS4-B «можно найти по крайней мере в 15 других транспортных средствах, включая Audio Q3, VW Tiguan, Nissan Rogue и другие», объяснил Фро.

Радарная система Continental ARS4-A используется для предупреждения о столкновении, экстренной помощи при торможении, смягчения последствий столкновения или адаптивного круиз-контроля (ACC). Важным элементом данной системы является одновременное измерение больших расстояний (до 250 м с точностью ±0,2 м) и малых расстояний (до 70 м), относительной скорости и угла между двумя объектами.

Система состоит из двух электронных плат, включающих в себя полупроводниковый микроконтроллер NXP и приемопередатчик Broadcom Ethernet. Радиочастотная (RF) плата выполнена с асимметричной структурой с гибридной подложкой PTFE/FR4, оснащенной плоскими антеннами.

В качестве высокочастотного приемопередатчика радара используется чипсет NXP Semiconductor 77 GHz, состоящий из четырех приемников, двух передатчиков и связанного с ними генератора с регулированием напряжения (VCO).

Tesla Computer Unit

(Source: System Plus)

Tesla разработала специальную «двойную вычислительную платформу с жидкостным охлаждением», состоящую из автопилота и информационных компьютеров. Они построены на двух разных платах в одном модуле, пояснил генеральный директор компании System Plus Фро.

(Source: System Plus)

С одной стороны, имеется информационно-развлекательный электронный блок управления. С другой стороны – ECU автопилота. В HW 2.5, изначально установленном в Model 3, Автопилот Tesla все еще включался с помощью системы на чипе и графического ускорителя от Nvidia.

Tesla интегрировала полноценные модули от нескольких производителей: графические чипы от Nvidia, процессоры от Intel, микроконтроллеры от NXP и Infineon, память от Micron Technology, Samsung и SK Hynix и аудиоусилители от STMicroelectronics.

Эволюция ECU системы автопилота

(Source: System Plus)

System Plus отмечает, что эволюция компьютера Тесла связана с ECU автопилота. В HW 2.5 Tesla включила два компьютера Nvidia Parker SoC, один Nvidia Pascal GPU и один Infineon TriCore CPU. Перейдя на HW 3.0, Tesla интегрировала два новых Tesla SoC, два графических чипа, два нейросетевых процессора и один дополнительный процессор.

(Source: System Plus)

С одной стороны, центральный контроллер помощи водителю zFAS из Audi A8 — «поставляется без дублирования и действительно дорог». С другой стороны, версия Tesla, использующая две собственные системы на чипе, предлагает резервные системы.

HW 2.5 против HW 3.0

(Source: System Plus)

Фро сказал, что Tesla установила больше компонентов для HW 3 (4746 элементов) на плату того же размера, по сравнению с HW 2.5 (4681 элемент).

Для HW 3 количество процессоров сократилось с четырех систем на чипе от Tesla до двух (от Nvidia и Infineon).

Технологический узел, используемый в системе на чипе от Tesla в HW 3, составляет 14 нм, по сравнению с 16 нм в процессорах Nvidia HW2.5. Во время выпуска HW 3 Фро заметил: «Это был первый раз, когда в автомобиле использовался FinFET с процессом 14 нм».

Эволюция автопилота (Source: System Plus)

Возврат инвестиций для собственных SoCs?

(Source: System Plus)

Автомобильная промышленность редко видела автопроизводителей, разрабатывающих собственные интегральные схемы специального назначения для своих автомобилей. Это «большой риск», — сказал Фро, – «если только у вас нет талантливой команды разработчиков аппаратного обеспечения внутри компании». Учитывая современный автомобильный рынок, это будет непростое решение, добавил он.

И все же, Tesla не одиноки. Есть ряд автопроизводителей, которые стремятся сделать то, что Tesla сделали с разработкой собственного процессора для системы автопилота.

Но стоит ли на самом деле тратить много денег на исследование и разработку собственной интегральной схемы специального назначения для собственных автомобилей?

«Если вы хотите сохранить хорошую маржу и перейти на серийное производство, это может иметь смысл», — заметил Фро. За последние несколько лет, когда все больше и больше электронных компонентов устанавливается в автомобили, для многих автопроизводителей было настоящим шоком узнать, что ведущие поставщики чипов, такие как Nvidia и Intel, привыкли иметь большую маржу со своих систем на чипе, процессоров и графических чипов. Если OEM-производители не хотят продолжать переговоры о ценах с поставщиками чипов в течение следующих пяти лет, им, возможно, будет проще разработать свои собственные системы на чипе, чтобы контролировать свою судьбу.

По подсчетам System Plus, HW 2.5 от Tesla, состоящий из трех чипов Nvdia и микроконтроллера от Infineon, стоит 280 долларов. В свою очередь, HW 3.0 от Tesla, основанный на двух системах на чипе от Tesla, стоит 190 долларов.

Если предположить, что автопроизводитель потратит 150 миллионов долларов на проектирование собственного процессора, и при этом не произойдет никаких изменений в ценах на компоненты и ежегодное производство 400 000 единиц, отметил Фро: «Наша быстрая оценка показывает, что вы сможете окупить свои вложения за четыре года».

Читать еще полезные статьи:

• Бесплатные онлайн-курсы по Automotive, Aerospace, робототехнике и инженерии (50+)
• [Прогноз] Транспорт будущего (краткосрочный, среднесрочный, долгосрочный горизонты)
• Лучшие материалы по взлому автомобилей с DEF CON 2018-2019 года
• [Прогноз] Motornet — сеть обмена данными для роботизированного транспорта
• Компании потратили 16 миллиардов долларов на беспилотные автомобили, чтобы захватить рынок в 8 триллионов
• Камеры или лазеры
• Автономные автомобили на open source
• McKinsey: переосмысляем софт и архитектуру электроники в automotive
• Очередная война операционок уже идет под капотом автомобилей
• Программный код в автомобиле
• В современном автомобиле строк кода больше чем…