整車電子電氣架構中的智能執行器
發布時間:2023-04-13 來源:汽車ECU開發 責任編輯:wenwei
【導讀】還記得兩三年前,當我們談論電子電氣架構(Electrical/Electronic Architecture,EEA)的時候,還是談論分布式架構到域控架構的升級,關於中央計算單元+區域控製器架構,感覺還是遙不可及,電子電氣架構發展階段圖如下所示。
▲圖1 博世的電子電氣發展階段圖
而今,我們眼看各個主機廠的中央計算單元架構都要紛紛落地了,小鵬的X-EEA3.0中央計算平台+區域控製架構、廣汽埃安的星靈中央計算平台架構、長城的GEEP3.0計算平台架構、理想的LEEA3.0等。
在電子電氣架構的技術變革中,整車上各ECU的功能被重新分配和整合到域控製器或者是中央控製器中,比如VCU和BMSyijidianjikongzhiqidengbeizhenghechengdongliyukongzhiqi,gegecheshenkongzhideluojibeishangyizhicheshenyukongzhiqi,bochekongzhiqihexingchekongzhiqizhenghechengzhijiakongzhiqideng。yitesilaweili,qizuixinyidaidecheshenkongzhiqijiagouzhong,yonglesangecheshenyukong(左右前)來實現大多數的車上的執行器的操作從而省卻了傳統的ECU。下圖為特斯拉的前車身控製板控製的外部執行器。
▲圖2 特斯拉的前車身控製板控製的外部執行器
在這樣的變革中,當前階段看到三個問題有待解決。
第一個問題是當前的整車EE的(de)架(jia)構(gou)的(de)還(hai)在(zai)快(kuai)速(su)迭(die)代(dai)中(zhong),有(you)些(xie)智(zhi)能(neng)執(zhi)行(xing)器(qi)的(de)功(gong)能(neng)在(zai)新(xin)車(che)型(xing)上(shang)會(hui)被(bei)臨(lin)時(shi)增(zeng)加(jia),集(ji)成(cheng)的(de)車(che)身(shen)域(yu)控(kong)中(zhong)可(ke)能(neng)未(wei)必(bi)實(shi)現(xian)考(kao)慮(lv)到(dao)這(zhe)樣(yang)的(de)執(zhi)行(xing)器(qi)的(de)布(bu)置(zhi)。舉(ju)個(ge)例(li)子(zi)來(lai)講(jiang)有(you)些(xie)車(che)廠(chang)增(zeng)加(jia)了(le)自(zi)動(dong)充(chong)電(dian)小(xiao)門(men)的(de)功(gong)能(neng),或(huo)者(zhe)旋(xuan)轉(zhuan)大(da)屏(ping)的(de)功(gong)能(neng),這(zhe)些(xie)增(zeng)加(jia)的(de)功(gong)能(neng)又(you)不(bu)在(zai)原(yuan)本(ben)的(de)域(yu)控(kong)的(de)計(ji)劃(hua)內(nei),這(zhe)就(jiu)需(xu)要(yao)有(you)一(yi)個(ge)簡(jian)便(bian)的(de)智(zhi)能(neng)執(zhi)行(xing)器(qi)的(de)增(zeng)加(jia)方(fang)式(shi)。
第di二er個ge問wen題ti是shi由you於yu集ji成cheng域yu控kong的de功gong能neng過guo於yu集ji中zhong,一yi個ge在zai域yu控kong板ban卡ka上shang的de小xiao部bu件jian的de損sun壞huai會hui帶dai來lai比bi較jiao大da的de維wei修xiu成cheng本ben,包bao括kuo拆chai卸xie的de人ren工gong,故gu障zhang定ding位wei和he更geng換huan售shou後hou的de成cheng本ben。
第di三san個ge問wen題ti是shi線xian束shu的de數shu量liang。域yu控kong的de出chu現xian原yuan則ze上shang是shi減jian少shao線xian束shu的de數shu量liang,重zhong量liang和he成cheng本ben,但dan是shi事shi實shi上shang由you於yu域yu控kong需xu要yao直zhi接jie驅qu動dong各ge類lei電dian機ji,由you於yu驅qu動dong電dian流liu相xiang對dui比bi較jiao大da,往wang往wang很hen多duo需xu要yao走zou功gong率lv的de線xian束shu需xu要yao從cong域yu控kong的de接jie插cha件jian中zhong走zou出chu,事shi實shi上shang各ge類lei電dian機ji線xian束shu和he接jie插cha件jianPIN針的數量和成本並沒有大幅減少,而且還帶來了整車EMI的挑戰。
在這樣的前提下,業內對於執行器,有另一種發展的觀點就是所謂的電子智能執行器的應用。
和傳統的電機+執行機構+ECU架構不同的是,新一代的電子執行器往往做到驅動電路和位置反饋用傳感器直接集成進電機機構中,使得執行器成為一個帶有LIN總線接口或者CAN總線接口的小型化的標準器件從而大大減少傳統的ECU和電機執行機構之間的線纜連接的數量。
舉一個例子來講就是新能源汽車的隱藏式電子出風口的應用:yigedianzichufengkou,youyuyaozhichishangxiahezuoyoudefengshanbaidong,zaiyigechufengkouneiyaoanzhuanglianggebujindianji。yiliangcheqianbusigechufengkou,houbulianggechufengkou,jiuxuyaozonggongqudong12個步進電機。
▲圖3 新能源汽車隱藏式電子出風口應用
每個步進電機需要4根驅動線,如果直接采用中央域控的方案,那就需要總共48genqudongxianlaikongzhisuoyoudefengmendianji,erqiequanbudouxuyaolianjiedaoyukongdeshuchujiechajianshangmian。zheyangfangshiwulunshicongxianlandechengbenlaijiang,huozhexitongzhuangpeidefuzadulaijiang,doubushizuiyoude。
如果采用智能執行器,將步進電機和電機的驅動電路(驅動電路做集成在電機模塊內部)做成一個標準的模塊,對外信號就隻剩下12V,GND,LIN_IN和LIN_OUT,那就利用LIN的Bus Shunt Mode(BSM)來構成級聯的方式大大減少總的線纜數量。在域控上隻需要在LIN總線發對應的位置命令就可以,而不在需要去關注電機和步進電機的驅動。下圖為電子出風口中的智能執行器模塊。
▲圖4 電子出風口中的智能執行器模塊
從成本上來講,雖然每個電機都有個單獨的驅動貌似會增加一點成本,但是由於線纜的數量/長度以及域控接插件的PIN腳jiao大da為wei減jian少shao,其qi實shi總zong的de成cheng本ben反fan而er會hui減jian少shao。另ling外wai,後hou續xu的de維wei修xiu成cheng本ben也ye因yin為wei控kong製zhi部bu分fen不bu在zai域yu控kong上shang從cong而er大da大da減jian少shao。這zhe個ge就jiu是shi智zhi能neng執zhi行xing器qi所suo給gei予yu的de車che身shen域yu控kong架jia構gou的de一yi個ge很hen好hao的de補bu充chong。
類似的智能執行器,在新能源車上的應用比比皆是,比如:電子充電門,電子旋轉大屏執行器,電子水閥,AGS,大燈隨動,座椅通風電機控製等。
電子執行器的關鍵是電子控製電路需要做的很小,可以內嵌入電機執行機構中把電機變成一個標準的可以通過LIN或者CAN總線來進行直接數字控製的部件。而要做到這點,就隻有有高集成度的電機控製SoC專用芯片才能做到。
這樣的芯片,目前市麵上有的並不多,比如比利時Melexis公司的MLX81332,或者德國Micronas的HVC4223這樣的芯片。可喜的是,目前國內的半導體公司也看到這一趨勢並開發出了類似的SoC芯片來填補這一應用細分領域的國內空白,目前知道的有納芯微的NSUC1610 。
▲圖5 納芯微NSUC1610
這個芯片最大的特點就是可以用汽車12V電池直接供電並在內部集成電源,LIN總線物理層,4個半橋的驅動滿足20W以內直流有刷,直流無刷或者步進電機的直接驅動。基本上在PCB上就不在需要太多外圍元器件就可以直接搭建一個電子執行器的驅動電路。完美的滿足一個電子執行器要的全部功能。
在高集成度SoC電子芯片的推動下,智能執行器在新能源汽車的新的EE架構中可能會是後續車身域控的一個完美的補充。
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