高性能、低功耗是當(dāng)前電子技術(shù)發(fā)展的方向，對(duì)于汽車中的各種ECU來說如何實(shí)現(xiàn)低功耗呢？

一、ECU也耗油

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國汽車保有量在20000萬輛以上，由此帶來的能源消耗以及環(huán)境污染問題越發(fā)嚴(yán)峻。目前，世界各國都在從減小發(fā)動(dòng)機(jī)排量、提高發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)、發(fā)展新能源汽車等各個(gè)方面入手以降低燃油消耗。發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車中主要的耗油部件，但眾多的ECU也是隱藏的“油耗大戶”。

圖1 汽車擁堵

二、CAN總線簡(jiǎn)介

ECU通信交互使用的是CAN總線，它是一種應(yīng)用于串行通訊協(xié)議的總線，是目前世界上最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。當(dāng)前CAN總線已廣泛應(yīng)用于汽車電子、軌道交通、新能源等領(lǐng)域。多節(jié)點(diǎn)、大數(shù)據(jù)容量、節(jié)能是當(dāng)前CAN總線的發(fā)展方向。

圖2 CAN總線應(yīng)用行業(yè)

在CAN總線方向，ISO制定的國際標(biāo)準(zhǔn)有以下6部分。其中ISO11898-1、ISO11898-2、ISO11898-3都為廣大工程師熟知，本文我們重點(diǎn)認(rèn)識(shí)與ISO11898-6選擇性喚醒相關(guān)的低功耗策略。

• ISO11898-1：數(shù)據(jù)鏈路層和物理層信號(hào)

• ISO11898-2：高速接入單元

• ISO11898-3：低速容錯(cuò)接入單元

• ISO11898-4：時(shí)間觸發(fā)通訊

• ISO11898-5：低功耗的高速接入單元

• ISO11898-6：選擇性喚醒的高速接入單元

圖3 節(jié)能模式

三、為什么要低功耗

有讀者可能想問，一個(gè)ECU單元能消耗多少電量呢？值得為了功耗在它身上大費(fèi)周折嗎？首先，汽油不是免費(fèi)的。對(duì)于傳統(tǒng)車來說，車載電子單元的耗電全部來自燃油。有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，100 W ≈ 0.1 升 / 100 km。此外，1 升柴油/100 km = 26,5 g CO₂/km、1 升汽油 /100 km = 23,2 g CO₂/km，由此可見ECU工作引起的燃油損耗、空氣污染問題不容小覷。

圖4 能源節(jié)約

四、如何做到低功耗

降低ECU功耗可以從兩方面入手，一方面精心選擇低功耗電子器件，另一方面適時(shí)關(guān)閉功能單元。對(duì)于第一方面，比較好理解，我們可以從MCU的選擇、供電電壓選擇、晶振頻率等方面入手；對(duì)于第二方面，可能大部分工程師沒有做過嘗試。適時(shí)的關(guān)閉功能單元就是在功能空閑時(shí)實(shí)現(xiàn)休眠，且在需要時(shí)能及時(shí)喚醒。比如當(dāng)車速超過30Km/H時(shí)則完全可以關(guān)閉倒車?yán)走_(dá)。其實(shí)CAN收發(fā)器可以工作在深度睡眠模式（參見ISO11898-6），只有當(dāng)接收到一個(gè)特定的CAN報(bào)文后收發(fā)器才會(huì)喚醒MCU。

圖5 報(bào)文選擇性喚醒

TJA1145是專為汽車電子而設(shè)計(jì)的高速CAN收發(fā)器，提供差分發(fā)送和接收能力。TJA1145的主要特征就是低功耗和睡眠模式，支持ISO11898-6：2013選擇性喚醒。

圖6 TJA1145

五、弊端及解決方案

CAN節(jié)點(diǎn)（或者ECU）可工作在激活或深度睡眠狀態(tài)下，那么整個(gè)網(wǎng)絡(luò)工作狀態(tài)必然呈現(xiàn)多種形式。10設(shè)備= 1 024種系統(tǒng)狀態(tài)；20設(shè)備= 1 048 576種系統(tǒng)狀態(tài)。頻繁的狀態(tài)切換必將硬性到CAN總線的實(shí)時(shí)性，因此設(shè)備的分組是必要的。所謂分組就是將功能想關(guān)聯(lián)的CAN節(jié)點(diǎn)（或者ECU）綁定到一塊，同時(shí)處于休眠或激活狀態(tài)。

圖7 分組關(guān)聯(lián)設(shè)置

今天的CAN節(jié)能話題暫時(shí)聊到這里，您對(duì)CAN總線發(fā)展有哪些了解呢？不妨在留言區(qū)分享您的想法。