[Перевод] Под капотом: инновации в Volkswagen Golf 805.04.2021 18:17

Volkswagen Golf 8 — не шикарный суперкар. Но это самая продаваемая модель немецкого автопроизводителя, полная различных наворотов. Она может похвастаться множеством функций ADAS и возможностями сетевого взаимодействия — в частности речь идет о протоколе V2X (для связи между автомобилями) и UWP (для безопасного доступа к автомобилю).

Также Golf 8 — это гибридный электромобиль с литий-ионным аккумулятором. В последней модели используется новая 48-вольтовая электрическая система.

По словам генерального директора компании System Plus Consulting (Нант, Франция) Ромена Фо, очень интересно как VW удалось интегрировать такое «множество инноваций» в «такой компактный массовый автомобиль». System Plus, часть компании Yole Développement, занимающейся исследованиями рынка и технологий, из Лиона, разобрала новый Golf.

Отказ от централизации вычислений

Разборка Golf 8 показала, что в автомобиле нет мощной центральной вычислительной системы вроде Xavier от Nvidia или системы на кристалле от Tesla. Вместо этого в разных узлах используются специализированные ECU, отвечающие за различные функции. Любопытно, что VW удалось создать передовое ADAS-решение без переработки электрической и электронной (E/E) архитектуры автомобиля.
Помните шумиху вокруг Audi A8, которую называли первым легковым автомобилем с функциями автономности 3-го уровня? В реальное производство эта модель так и не попала. Столкнувшись с нормативными трудностями, Audi отказалась от планов по внедрению технологий беспилотной езды во флагманском седане A8.

В свою очередь, модули ADAS уже представленного на рынке крупногабаритного Golf 8 существует на практике, а не в теории.

Наш разбор Golf 8 не только раскроет изобретательность инженеров VW, но и представит ряд проблем, с которыми им пришлось столкнуться.

Поскольку VW стремится перейти к высокоавтоматизированным электромобилям, компании необходимо разработать масштабируемую E/E-платформу, которая позволит объединять блоки управления по зонам ответственности, а также продумать стратегию разработки программного обеспечения.

Хотя программное обеспечение, лежащее в основе Golf 8, не входило в рамки этого разбора, не секрет, что VW столкнулся с множеством проблем. В прошлом году из-за ошибок в программном обеспечении, предназначенном для вызова экстренных служб, компания VW задержала выпуск последней модели. В этом году VW отозвал 56 000 моделей Golf, чтобы исправить ошибки, влиявшие на информационно-развлекательную систему и камеру заднего вида.

Лоскутное одеяло из модулей

Одной из самых ярких особенностей Golf 8 является разнообразие модулей, выполняющий различные функции. Эти модули отвечают за мониторинг трафика, отслеживание автомобилей позади, помощь при смене полосы, контроль слепых зон и помощь при парковке. Каждая функция ADAS обрабатывается отдельным модулем — поставщиками компонентов для них стали Valeo, Bosch и Hella.

Кроме того, каждый модуль поставляется с отдельным блоком управления, разработанным различными поставщиками. Среди них Infineon, Renesas и NXP.

По сути, Golf 8 представляет собой лоскутное одеяло из модулей от различных поставщиков.

Платформа MQB

Примечательно, что Golf 8 построен на платформе Volkswagen Group MQB. MQB, впрочем, не является платформой, заточенной под новую E/E-архитектуру от VW. MQB должна стимулировать разработку различных модулей для брендов VW Group: Audi, Volkswagen, Seat и Škoda.

Генеральный директор System Plus Consulting объяснил: «Таков способ VW укрепить свою покупательную способность». Многие аппаратные компоненты, встроенные в Golf 8, также используются в автомобилях других марок VW, построенных на MQB — очевидно, это секретное оружие, которое позволило Golf 8 стать эффективным автомобилем для массового рынка.

Golf 8 можно рассматривать как напичканную электроникой версию популярного хэтчбека благодаря полностью цифровой кабине и технологиям сетевого взаимодействия (включая стандарт связи V2X на основе DSRC). В Golf 8 встроено множество передовых систем помощи водителю, выводящих на массовый рынок набор технических решений, которые до сих пор использовались в автомобилях более высокого класса.

Мягкий гибридный электромобиль

Ромен Фро объяснил преимущества и технические характеристики автомобиля, подчеркнув, что новый Golf 8 также оснащен мягкой гибридной системой (mHEV), поддерживающей двигатели внутреннего сгорания (дизельные и бензиновые) за счет использования генератора-стартера на 48 В, аккумулятора на 48 В и DC/DC-преобразователя. Система mHEV экономнее гибридов других типов (например, плагинов, установленных на Passat и Golf GTE) благодаря более простой и доступной архитектуре.

Новая функция Travel Assist, встроенная в Golf 8, обеспечивает помощь при вождении на высоких скоростях. Для этого система отслеживает расстояние от других машин с помощью системы ACC и удерживает автомобиль в полосе с помощью системы Lane Assist. Используя данные о маршруте и данные от навигационной системы, система вычисляет положение автомобиля и заранее снижает скорость перед поворотами, кольцевыми дорогами, перекрестками, зонами с ограничением скорости и центрами городов.

Golf 8 оснащен множеством систем помощи водителю, как показано на изображении выше.

ADAS

Система предупреждения о лобовом столкновении в Golf 8 (включенная в Front Assist) может следить за трафиком и предупредить вас (как звуком, так и визуально), о потенциальном ударе сзади. Эта система также активирует экстренное торможение за счет увеличения тормозного давления. Мониторинг пешеходов может предупредить вас о пешеходе, переходящем дорогу перед вами и, при определенных обстоятельствах, ваш автомобиль будет сам реагировать на эти предупреждения.

Передняя камера состоит из платы Valeo последнего поколения с модулем от Intel/Mobileye EyeQ4M, 1,3-мегапиксельным сенсором Omnivision CIS и микроконтроллером (MCU) серии RH850 / P1H-C от Renesas. RH850 / P1H-C оснащен 32-битными двухъядерными процессорами, системами безопасности, флэш-памятью для кода и данных, модулями ОЗУ, контроллерами прямого доступа к памяти, множеством интерфейсов связи, которые используются в автомобильных приложениях, аналого-цифровыми преобразователями, таймерами, и Т. Д.

В датчике OV10642 Omnivision используется технология OmniBSI для расширения динамического диапазона до 120 дБ в форм-факторе с низким энергопотреблением. ½,56-дюймовый датчик поддерживает активный массив 1280 × 1080 пикселей и скорость вывода до 60 кадров в секунду.

Передний радар использует решение от Bosch 5-го поколения с частотой 77 ГГц и единой платой, состоящей из однокристальной MMIC 3Tx4Rx Infineon и микроконтроллера AURIX со встроенной флеш-памятью на 40 нм TC397QA. Устройство имеет 4 ядра, работающие на частоте 300 МГц, и 5472 КБ встроенной оперативной памяти и потребляет менее 2 Вт.

Модуль Hella RS4 оснащен системой контроля слепых зон, ассистентом смены полосы движения и системой предупреждения о движении сзади. Как показано на рисунке ниже, плата состоит из MCU TC26x Tricore от Infineon и MMIC STRADA431 от STMicroelectronics. STRADA431 — это однокристальный трансивер для автомобильных радаров, способный покрывать диапазон частот от 24 до 24,25 ГГц, чтобы соответствовать приложениям диапазона ISM.

Задняя камера, показанная ниже, может предупредить вас об обнаруженных транспортных средствах, пересекающих вашу траекторию при движении задним ходом, и даже может помочь притормозить транспортное средство, если это необходимо. В ней используется микроконтроллер Broadcom BCM8910X, разработанный для автомобильных систем компьютерного зрения, в том числе для камер заднего и бокового обзора. Встроенное ядро ARM Cortex поддерживает обработку прерываний с малой задержкой через ОС реального времени.

Датчик парковки состоит из преобразователя PZT и ASIC от Bosch. Фро отметил, что в данном решении используется специальная интегральная схема для выполнения определенных операций по управлению парковкой. Преобразователь выполнен из керамики круглой формы (толщиной порядка мкм), как показано ниже на рентгеновском изображении. Благодаря способности материалов создавать напряжение, схемы пьезопреобразователей не требуют внешнего источника питания.

В системе используются ультразвуковые датчики, расположенные в заднем бампере (иногда их устанавливают в переднем). Датчики контролируют расстояние до 150 сантиметров позади и, в зависимости от модели, перед автомобилем. Система срабатывает при включении передачи заднего хода или на очень низких скоростях.

Connectivity

На изображении ниже показаны системы связи, используемые в Golf 8, в частности V2X, GNSS и UWB. V2X на основе Wi-Fi опирается на европейский стандарт, который был выбран для связи между автомобилями и транспортными средствами с инфраструктурой.

Технология V2X должна сделать все автомобили более умными за счет реализации возможности «общения» с транспортной системой — в том числе другими автомобилями и инфраструктурой. Водители смогут получать уведомления об опасных погодных условиях, авариях или заторах на дорогах. V2X также автоматизирует оплату дорожных сборов и мест для парковки, облегчая процесс вождения.

Поставщики довели до высокого уровня процессы исследования, разработки, испытания и стандартизации, чтобы обеспечить надежность в различных дорожных и транспортных условиях. Дополнительным преимуществом является доступность систем сетевого взаимодействия независимо от услуг сотовой связи с оплатой по факту использования. В системы V2X на базе Wi-Fi можно внедрять и другие сотовые технологии.

В Golf 8 используется трансивер LG Electronics DSRC V2X с компонентами от NXP — ARM Cortex-A9, 64-битным процессором и радиочастотный V2X-трансивером. Архитектура приемопередатчика TEF5100 основана на прямом преобразовании, что устраняет необходимость использования дорогостоящих внешних фильтров. Внутренние каскады усиления с цифровым управлением на RF и BB обеспечивают приемнику низкий коэффициент шума и большой динамический диапазон.

UWB-cистемы были представлены в iPhone 11, и автопроизводители вроде Volkswagen занимаются стандартизацией систем, которые будут использоваться для автомобилей следующего поколения. В Golf 8 используется UWB-трансивер Microchip в сочетании с 16-битным микроконтроллером Renesas, что обеспечивает функциональность для передачи и приема импульсных радиочастотных энергетических сигналов. Благодаря своим характеристикам он способен преодолевать ограничения других систем и позволяет достигать точности 20 см в плоскости и 30 см в пространстве по сравнению с точностью 5 метров, обеспечиваемой другими системами локализации в пространстве.

Также в Golf 8 используется технология GNSS с набором микросхем Qualcomm MDM9240 и внешним интерфейсом Qorvo — все на одной плате. Плата поддерживает память MCP NAND и LPDDR2 от Micron и контроллер Realtek Ethernet.

Технология mHEV

Golf 8 — первая модель Volkswagen, оснащенная двигателем e-TSI: Volkswagen впервые используют 48-вольтовые системы. Рабочее напряжение увеличено до 48 вольт, чтобы уменьшить силу тока при той же мощности и, таким образом, улучшить рассеивание тепла.

В e-TSI используется литий-ионный аккумулятор, который помогает двигателю работать на низких оборотах и снижает как расход топлива, так и выбросы. Аккумулятор заряжается за счет энергии торможения и движения накатом.

Система mHEV использует генератор переменного тока/реверсивный стартер (BES) и работает вместе с тепловым двигателем для повышения мощности и снижения уровня выбросов.

DC-DC-преобразователь разработан Flex и состоит из Si Mosfet-устройств вроде STMicro MOSFET 80V, ON Semi MOSFET 60V и 32-битного MCU STMicro серии SPC560B54x. Устройство от ST представляет собой N-канальный силовой полевой МОП-транзистор, в котором используется технология STripFET F7 с улучшенным затвором, которая обеспечивает очень низкое сопротивление в открытом состоянии, а также снижает внутреннюю емкость и заряд затвора для более быстрого и эффективного переключения. Устройство от ON Semi — это NTMFS5C612NLWF, N-канальный MOSFET-транзистор на 60 В, 1,5 МОм и 235 А.

Во время торможения автомобили с мягким гибридом восстанавливают энергию, выработанную при торможении для зарядки аккумулятора. Генератор/стартер поддерживает двигатель во время переходных фаз и фаз ускорения, обеспечивает при необходимости большую мощность и подзаряжает аккумулятор при отпускании педали газа и торможении, регенерируя до 40% кинетической энергии. Существует также режим FMA — Freewheel, Motor Off, который выключает двигатель, когда автомобиль движется с постоянной скоростью, а регенерация энергии контрпродуктивна. Литий-ионный аккумулятор на 48 В, расположенный под сиденьем переднего пассажира, находится рядом с традиционной аккумуляторной батареей на 12 В, которая поддерживает работу с традиционной электрической системой.