特斯拉Tesla Model 3整体架构解析

一辆特斯拉 Model 3型车在硬件改造后解体

Sensors for ADAS applications

特斯拉 Model 3型设计的传感器组件包括：8个摄像头，可在250米半径内提供汽车周围360度的可视性；12个超声波传感器，可完成这一视觉系统。它们共同允许在一定距离内检测硬物体和软物体，精度几乎是以前系统的两倍。该软件包还集成了一个具有改进处理能力的前向雷达系统。它提供了关于周围环境的额外数据，其冗余波长可以穿透大雨、大雾、灰尘，甚至超越以前的汽车。

在摄像机正面，有四个摄像机面向前方，支持雷达，具有不同的特点。主要的一个，覆盖250米，但视角很窄，还有一些覆盖较短的距离（150米、80米和60米），但具有汽车周围环境的广角视角，是用来阅读路标的。其他四个摄像头面向汽车的侧面和后部，可以看到100米以外的地方。

另一方面，声纳利用超声波探测汽车周围8米半径范围内的障碍物。它可以以任何速度工作，还可以控制盲点。声纳收集的数据也被自动驾驶仪用来管理超车时的自动换道。最后，利用GPS来检测汽车相对于道路的位置。

特斯拉 Model 3型是一款三年前的车型。然而，通过软件更新和硬件交换（从HW 2.5到HW3.0），特斯拉承诺保持特斯拉 Model 3的相关性，并为未来的全自动驾驶做好准备。

至少，这是他们的承诺。

硅谷有一批懂技术的消费者，他们对特斯拉有点狂热，他们对特斯拉的兴趣不够。他们喜欢这辆车，他们喜欢它的电力推进，他们虔诚地关注着埃隆·马斯克的微博。

最重要的是，他们欣赏特斯拉干净、优雅的汽车结构，从头设计。通过空中传送（OTA）软件的更新，特斯拉几乎可以神奇地增加新功能，甚至提升汽车性能。其他汽车原始设备制造商（他们的汽车与传统平台捆绑在一起）都没有设计出如此全面的基于软件的汽车更新方法。

特斯拉的粉丝们对特斯拉备受争议的“自动驾驶仪”功能的担心往往会减少。他们既不关注它做什么，也不关注它不做什么。他们更喜欢关注自动驾驶仪将来会变成什么样子，就像特斯拉承诺的那样。除了一系列的软件更新外，特斯拉去年还推出了一项硬件交换计划——从特斯拉的HW2.5到HW3.0——来提高赌注。

对于HW3.0，Elon Musk在一条推特中声称：“所有生产的汽车都拥有完全自动驾驶所需的所有硬件，包括计算机等。”我们将看到“完全自动驾驶”到底是什么意思。

引起我们兴趣的是特斯拉鼓吹的向HW3.0的转变。今天3型车的引擎盖下是什么，它将如何改变？

车型3是一款更小、更实惠的电动汽车，首次生产于2017年年中。由于去年推出了自己的SoC，特斯拉向3型车的购买者承诺，如果他们购买了全自动驾驶（FSD）软件包，他们将获得HW 2.5到HW 3.0的改装，只需预约一个简单的服务中心。

不过，为了清楚起见，今天的FSD套餐还不能让特斯拉在没有人为干预的情况下驾驶。现在，这是一系列渐进式自动驾驶仪升级。此外，根据马斯克上月在推特上发布的公告，目前7000美元的FSD套餐计划在7月1日上涨约1000美元。

在这个最新的“引擎盖下”系列和System Plus Consulting（法国南特）中，我们深入了解了特斯拉 Model 3型车内的情况，重点是特斯拉 Model 3型车内部署的汽车传感器和自动驾驶仪电子控制单元。

算力和功耗负荷能力第一

汽车内部的计算能力是一个越来越重要的特征。为了实现最佳的驾驶员辅助和自动驾驶以及激活安全功能，需要大量的计算能力。

为了优化自动驾驶，许多汽车原始设备制造商和生产商正在采用各种传感器，如摄像机、雷达、激光雷达和超声波传感器，以便车辆能够检测到周围环境。来自传感器的所有数据必须组合在一起，这就是控制单元发挥作用的地方。

考虑到特斯拉所保持的“尖端”形象，如果普通大众认为3型车内的所有硬件部件在技术上都是市场上最先进的，那他们是可以原谅的。

不过，System Plus首席执行官罗曼·弗劳克斯（Romain Fraux）解释说，从引擎盖下窥视一下，就会发现特斯拉 Model 3型车的主要设计目标是降低ADAS的成本，使这款车型“价格实惠”。

对于3型汽车传感器，特斯拉使用了8个摄像头、1个雷达和12个超声波传感器。型号3不使用激光雷达，这与马斯克所谓的激光雷达是“傻瓜的差事”的说法是一致的SystemPlus分享了引擎盖下3型传感器和计算单元的亮点。

前置摄像机

为了实现前向视觉，特斯拉公司开发了一种带有三个半导体图像传感器的三摄像头模块。Model 3还使用了两个前视侧摄像头、两个后视镜侧摄像头和一个后视摄像头。

共有8台设计成3型的相机是基于2015年on半导体公司发布的120万像素图像传感器。“它们的成本很低。它们既不是新的，也不是高分辨率的，”弗劳克斯说。

弗劳克斯指出，从同一家供应商采购所有8个图像传感器意味着“特斯拉必须努力获得更好的采购价格”。

特斯拉 Model 3型的三前向相机配备了三个半AR0136A上的CMOS图像传感器，像素大小为3.75um，分辨率为1280×9601.2Mp。它提供了一个前图像采集系统高达250米，用于特斯拉 Model 3型驾驶员辅助自动驾驶仪控制模块单元。

为了给特斯拉的三摄像头模块添加上下文，System Plus将其与最大的一级汽车供应商之一ZF设计的三摄像头模块进行了比较。ZF的s-Cam4有两种解决方案，一种是单摄像头，另一种是三摄像头。

S-Cam4是ZF模块的三摄像头版本，具有OmniVisionCMOS图像传感器和MobileEyeQ4视觉处理器。

特斯拉使用的印刷电路板安装技术与上图所示的宝马不同。宝马更喜欢三种不同的多氯联苯传感器的隔离组合。相比之下，特斯拉的三前向摄像头模块将所有CMOS传感器嵌入一个PCB中，而不需要处理SoC。

ZF的s-Cam4包括Mobileye的视觉处理能力。

通过从半导体上选择成熟的图像传感器，不增加后处理，特斯拉使其相机模块“不是关于有最新的图像传感器”，而是所有的成本，”系统加观察。该公司估计，ZF的三摄像头成本为165美元，而特斯拉的三摄像头成本为65美元。

Tesla Computer Unit

特斯拉已经开发了一个由自动驾驶仪和信息计算机组成的定制“液冷双计算平台”。“他们建立在同一模块的两个不同的董事会上，”System Plus首席执行官弗劳克斯解释道。

一边是信息娱乐电子控制单元（ECU）或MCU。另一边是自动驾驶ECU。在最初安装在型号3上的HW2.5中，特斯拉的自动驾驶仪仍然由英伟达的SOC和GPU启用。

特斯拉集成了几家制造商的完整模块，这些制造商与英伟达的高性能集成电路（用于GPU）、英特尔的处理器、NXP和英飞凌的微控制器、微米技术、三星和SK Hynix的内存和STMicroelectronics的音频放大器相关。

Radar

特斯拉选择了一个经过验证的雷达模块从大陆。大陆集团的ARS4-B内部是一个77GHz雷达芯片组和由NXP半导体公司提供的32位MCU。System Plus’Fraux指出，尽管包括联发科技（MediaTek）和德州仪器（Texas Instruments）在内的几家芯片公司宣称进入汽车雷达市场，但NXP和英飞凌是无可争议的两大巨头。大陆集团是雷达模块供应商中的一个关键角色。它的ARS4-B“可以找到至少15辆其他车辆，包括音频Q3，大众Tiguan，日产Rogue和其他，”Fraux解释说。

大陆ARS4-A雷达系统用于转发碰撞警告、紧急制动辅助、碰撞缓解或自适应巡航控制（ACC）。一个重要的因素是同时测量长距离，高达250米，精度为±0.2米，短距离，高达70米，相对速度和两个物体之间的角度。

该系统由两块电子板组成，包括NXP半导体微控制器和Broadcom以太网收发器。射频（RF）板采用非对称结构，带有PTFE/FR4混合基板，并配有平面天线。

NXP半导体77ghz多通道雷达收发芯片组由四个接收机、两个发射机和一个相关的压控振荡器（VCO）组成，用作高频发射机和接收机。

Evolution of Autopilot ECU

System Plus指出，特斯拉电脑的进化一直发生在自动驾驶仪的电子控制单元上。在HW2.5中，特斯拉合并了两个英伟达帕克SOC，一个英伟达帕斯卡GPU和一个英飞凌TriCore CPU。通过升级到HW3.0，特斯拉集成了两个新设计的特斯拉SOC、两个GPU、两个神经网络处理器和一个锁步CPU。

一方面，zFAS奥迪A8的中央驾驶员辅助控制器“没有冗余，而且非常昂贵，”Fraux观察到。另一方面，特斯拉的版本，使用其两个soc，提供冗余。

HW2.5 vs. HW3.0

弗劳克斯说，与HW2.5（4681个组件）相比，特斯拉在同一尺寸的电路板上为HW3（4746个组件）塞满了更多的组件

对于HW3，处理器数量从4个Tesla SOC缩减到2个（Nvidia、Infineon）。

Tesla SoC在HW3中使用的技术节点为14nm，而Nvidia的HW2.5处理器则为16nm。在HW3推出时，Fraux观察到，“这是14纳米FinFET工艺首次在汽车上使用。”

汽车行业很少看到任何汽车制造商在内部为自己的汽车设计asic。弗劳克斯说：“这是一个很大的风险，除非你有一个优秀的硬件设计团队，考虑到当今的汽车市场，这不是一个容易做出的决定。”。

然而，特斯拉并不孤单。有许多汽车原始设备制造商都渴望像特斯拉一样开发自己的自动驾驶仪处理器。

但是，仅仅为自己的车型而花费大量的研发资金和设计自己的ASIC，真的值得吗？

弗劳克斯说：“如果你想保持良好的利润率，进行批量生产，这是有意义的。”。在过去的几年里，随着越来越多的电子元件进入汽车市场，许多汽车原始设备制造商得知，像英伟达（Nvidia）和英特尔（Intel）这样的领先芯片供应商习惯于为其soc、cpu和gpu保持巨大的利润率，真是令人震惊。如果原始设备制造商不想在未来五年内继续与芯片供应商进行价格谈判，他们可能会发现更容易开发自己的soc来控制自己的命运。

System Plus估计，特斯拉的HW2.5由三个Nvdia芯片和英飞凌MCU组成，售价280美元。相比之下，特斯拉的HW3.0基于特斯拉的两个SOC，售价190美元。

弗劳克斯指出，假设一家汽车制造商花1.5亿美元购买自己的处理器设计成本，而零部件定价和40万台的年产量没有变化，“我们的快速估算显示，你可以在4年内收回投资。”

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