對(duì)于汽車，尤其是自動(dòng)駕駛系統(tǒng)而言，任何一次失效都可能帶來嚴(yán)重后果，因此必須選用符合車規(guī)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的硬件與軟件。那什么是車規(guī)級(jí)?什么是消費(fèi)級(jí)?為什么自動(dòng)駕駛需要車規(guī)級(jí)?

　　車規(guī)級(jí)與消費(fèi)級(jí)有何區(qū)別?

　　消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品，就是我們?nèi)粘Ｊ褂玫闹悄苁謾C(jī)、筆記本電腦或家用電器等，它們主要面向個(gè)人用戶，追求低成本、快速迭代與多樣化功能。廠商通常在有限測(cè)試環(huán)境下驗(yàn)證產(chǎn)品性能，重點(diǎn)關(guān)注用戶體驗(yàn)與開發(fā)效率。而車規(guī)級(jí)產(chǎn)品則面向汽車整車廠及其零部件供應(yīng)鏈，需要滿足更嚴(yán)格的規(guī)范，保證在極端和長(zhǎng)期使用場(chǎng)景下依舊穩(wěn)定可靠。

　　對(duì)于消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品來說，車規(guī)級(jí)的芯片和模塊要經(jīng)受更加嚴(yán)苛的溫度、濕度及振動(dòng)考驗(yàn)。汽車在夏季中控臺(tái)附近溫度會(huì)非常高，在冬季發(fā)動(dòng)機(jī)艙或底盤附近又可能低至零下，這對(duì)硬件的環(huán)境適應(yīng)性提出了非常高的要求。一般消費(fèi)級(jí)電子元件的工作溫度范圍在0℃～+70℃，而車規(guī)級(jí)元器件必須通過AEC-Q100(半導(dǎo)體)或AEC-Q200(被動(dòng)元件)等認(rèn)證，驗(yàn)證其可在–40℃到+125℃范圍內(nèi)連續(xù)、反復(fù)工作數(shù)千小時(shí)不會(huì)出現(xiàn)失效。

　　振動(dòng)與沖擊也是汽車使用環(huán)境的常態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)、道路顛簸、剎車沖擊都對(duì)電子模塊提出挑戰(zhàn)。車規(guī)級(jí)產(chǎn)品會(huì)在設(shè)計(jì)階段加入如各向多頻振動(dòng)試驗(yàn)、跌落沖擊試驗(yàn)等防振支撐、加強(qiáng)封裝與可靠性測(cè)試，確保在平均無故障時(shí)間(MTBF)大幅高于消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品。

　　車規(guī)級(jí)微控制器(MCU)或系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC)除了需要溫度、振動(dòng)等環(huán)境測(cè)試外，還需符合如CISPR 25、ISO 11452系列等電磁兼容(EMC/EMI)標(biāo)準(zhǔn)，保證在強(qiáng)電磁干擾下不會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作;同時(shí)要在發(fā)射限值內(nèi)，避免影響車載其他電子系統(tǒng)。消費(fèi)級(jí)芯片常見的EMC測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)則更寬松，不適用于汽車兩廂、發(fā)動(dòng)機(jī)艙等復(fù)雜電磁環(huán)境。

　　在質(zhì)量管理與供應(yīng)鏈方面，車規(guī)級(jí)供應(yīng)商通常必須通過IATF 16949質(zhì)量管理體系認(rèn)證，執(zhí)行嚴(yán)格的生產(chǎn)過程審核和持續(xù)改進(jìn)機(jī)制。供應(yīng)商需對(duì)每一批次產(chǎn)品進(jìn)行跟蹤，并對(duì)關(guān)鍵工藝參數(shù)、材料來源以及最終測(cè)試結(jié)果進(jìn)行記錄和追溯，很多主流汽車制造商(如大眾、奔馳、寶馬、比亞迪等)就明確要求供應(yīng)商通過該認(rèn)證才能進(jìn)入供應(yīng)鏈，未通過認(rèn)證的企業(yè)通常無法參與客戶投標(biāo)或合作。而消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品在供應(yīng)鏈管理上更側(cè)重成本與交付速度，追溯與批次一致性一般不如車規(guī)級(jí)全面。

　　從軟件層面考慮，車規(guī)級(jí)系統(tǒng)需要滿足功能安全標(biāo)準(zhǔn)《道路車輛功能安全》(ISO 26262)的要求。ISO 26262定義了從概念設(shè)計(jì)、系統(tǒng)架構(gòu)、硬件開發(fā)、軟件實(shí)現(xiàn)到驗(yàn)證確認(rèn)的全生命周期流程，并將安全目標(biāo)分為ASIL(Automotive Safety Integrity Level)A到D四個(gè)等級(jí)，對(duì)應(yīng)從低到高的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，等級(jí)的確定基于嚴(yán)重性(S)、暴露概率(E)、可控性(C)3個(gè)風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)。自動(dòng)駕駛系統(tǒng)作為對(duì)乘客生命安全影響極大的應(yīng)用場(chǎng)景，其核心功能常常需要達(dá)到ASIL D級(jí)別(最高安全要求)，這意味著在開發(fā)過程中必須進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)、故障樹分析、靜態(tài)與動(dòng)態(tài)測(cè)試等大量工程活動(dòng)，以降低隨機(jī)失效與系統(tǒng)危險(xiǎn)度。

　　相較之下，消費(fèi)級(jí)軟件并不強(qiáng)制遵循ISO 26262，而是采用常規(guī)的如敏捷開發(fā)、持續(xù)集成與自動(dòng)化測(cè)試等軟件工程流程，關(guān)注功能豐富性與用戶體驗(yàn)，對(duì)安全性也有測(cè)試，但并沒有車規(guī)級(jí)那樣的安全完整性要求和嚴(yán)格的驗(yàn)證流程。

　　從生命周期的方面考慮，汽車的生命周期一般在10～15年，有時(shí)更長(zhǎng)。而消費(fèi)電子產(chǎn)品迭代快，通常一年或更短就可能淘汰。此外，根據(jù)《汽車品牌銷售管理實(shí)施辦法》，汽車企業(yè)需確保停產(chǎn)車型零部件供應(yīng)不少于10年，以滿足售后維修需求。該規(guī)定旨在保障消費(fèi)者權(quán)益，即使車輛已退市，仍需確保配件的可獲得性，對(duì)于這一要求，消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品其實(shí)很難做到。

　　車規(guī)級(jí)產(chǎn)品為了達(dá)到要求，往往要經(jīng)歷“硬件在環(huán)”(HIL)、“整車在環(huán)”(VIL)等多層次測(cè)試，驗(yàn)證在高速場(chǎng)景、低溫環(huán)境、雨霧條件以及邊緣工況下的性能。而消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品的測(cè)試則更多集中在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境和常見使用場(chǎng)景，較少考慮極端氣候或長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后的退化情況。

　　車規(guī)級(jí)元件的單價(jià)也是消費(fèi)級(jí)的數(shù)倍甚至十倍以上。這并非廠商哄抬價(jià)格，而是因?yàn)檐囈?guī)級(jí)產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、認(rèn)證、生產(chǎn)、測(cè)試與生命周期管理等諸多環(huán)節(jié)都投入了大量成本。對(duì)于整車廠而言，這種投入是安全與可靠的保障，也是法律與品牌信譽(yù)的需要。

　　為什么自動(dòng)駕駛需要車規(guī)級(jí)?

　　自動(dòng)駕駛(組合駕駛輔助)的安全等級(jí)和復(fù)雜性遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)駕駛輔助，其涉及感知、決策與執(zhí)行三大核心環(huán)節(jié)，每一個(gè)環(huán)節(jié)的硬件與軟件失效都可能導(dǎo)致嚴(yán)重交通事故。感知層的攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)等傳感器需在霧、雨、雪、夜間等各種惡劣條件下穩(wěn)定工作;決策層的計(jì)算單元要在嚴(yán)格的實(shí)時(shí)性要求下完成海量復(fù)雜算法;執(zhí)行層的制動(dòng)、轉(zhuǎn)向控制單元要保證故障時(shí)的安全退化與冗余備份。

　　如果在以上任一環(huán)節(jié)使用消費(fèi)級(jí)硬件，就可能出現(xiàn)溫度過高導(dǎo)致芯片頻率降級(jí)，影響感知與決策準(zhǔn)確性;振動(dòng)超出容限引起連線松動(dòng)，導(dǎo)致信號(hào)中斷;電磁干擾誤觸發(fā)動(dòng)作;軟件異常后無有效安全監(jiān)測(cè)與切換機(jī)制;產(chǎn)品停產(chǎn)無法長(zhǎng)期維護(hù)與替換等風(fēng)險(xiǎn)。以上任何一種情況都足以在高速行駛中引發(fā)事故，直接威脅車內(nèi)乘客與道路行人的生命安全。

　　此外，自動(dòng)駕駛場(chǎng)景中的功能安全(Functional Safety)也離不開車規(guī)級(jí)架構(gòu)。車規(guī)級(jí)ECU(Electronic Control Unit)通常采用雙核心或多核心鎖步冗余;在主核心出現(xiàn)軟錯(cuò)誤(如高能粒子誤翻轉(zhuǎn)位)時(shí)，副核心立刻通過健康監(jiān)測(cè)線路檢測(cè)到差異，并迅速切換，將車輛狀態(tài)降級(jí)至最安全的模式(如自動(dòng)減速至停止)。消費(fèi)級(jí)系統(tǒng)大多缺乏此類硬件冗余與健康監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)。

　　車規(guī)級(jí)與消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品在環(huán)境適應(yīng)、可靠性設(shè)計(jì)、功能安全、質(zhì)量管理與生命周期支持等方面存在本質(zhì)差異。自動(dòng)駕駛系統(tǒng)因其對(duì)安全性和可靠性的極端要求，只有采用車規(guī)級(jí)方案，才能在各種復(fù)雜道路、氣候和電磁環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行，滿足法規(guī)認(rèn)證，并最終贏得用戶與社會(huì)的信任。隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的不斷成熟，車規(guī)級(jí)產(chǎn)品的成本也將逐步下降，產(chǎn)業(yè)生態(tài)也會(huì)更加完善。但作為汽車行業(yè)的參與者，必須清晰認(rèn)識(shí)到：選擇車規(guī)級(jí)才是保障自動(dòng)駕駛安全與可靠的唯一可行之路。