摘要

汽車行業(yè)正朝著軟件定義汽車（SDV）方向發(fā)展，并且與汽車電氣化趨勢(shì)相結(jié)合，這就需要采用不同的方法來(lái)設(shè)計(jì)汽車及其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。對(duì)于軟件定義電動(dòng)汽車（SDEV）而言，功能靈活性和功率優(yōu)化對(duì)于實(shí)現(xiàn)最高性能和成本效益至關(guān)重要。帶有信號(hào)改進(jìn)功能的CAN部分網(wǎng)絡(luò)（CAN SIC）有望在這一變革中發(fā)揮重要作用。

01 . 硬件和軟件可升級(jí)的汽車

如今，當(dāng)你從經(jīng)銷商處購(gòu)買一輛新車時(shí)，你可以選擇自己想要的配置，汽車制造商安裝相應(yīng)硬件后交付車輛。如果你之后想要添加額外配置，通常只能在購(gòu)車后進(jìn)行，而且成本往往很高。

軟件定義汽車的目標(biāo)之一是實(shí)現(xiàn)汽車軟件可升級(jí)，通過(guò)數(shù)字購(gòu)買和無(wú)線（OTA）更新來(lái)添加功能，而無(wú)需安裝任何新硬件。這意味著在購(gòu)車時(shí)，汽車就應(yīng)該預(yù)裝未來(lái)所有預(yù)期功能所需的硬件。這給汽車制造商帶來(lái)了新車銷售初期的額外成本，因?yàn)樗麄冧N售的是配置更多硬件選項(xiàng)的成品車。不過(guò)，這些硬件選項(xiàng)最初應(yīng)該處于禁用和斷電狀態(tài)，一旦終端客戶購(gòu)買相關(guān)功能，激活并開(kāi)啟這些額外硬件，就能迅速創(chuàng)造新的收入來(lái)源。這與在智能手機(jī)上購(gòu)買新應(yīng)用程序的情況類似。

02 . ?軟件定義電動(dòng)汽車（SDEV）需要具備動(dòng)態(tài)、選擇性地開(kāi)啟/關(guān)閉ECU的能力

將這一概念與電動(dòng)汽車（EV）面臨的挑戰(zhàn)相結(jié)合，由于電動(dòng)汽車的續(xù)航里程完全取決于電池電量和車輛的功耗，因此在不使用時(shí)，電子控制單元（ECU）不應(yīng)完全啟用和通電。否則會(huì)消耗電池電量，而且持續(xù)通電會(huì)使電子元件性能下降。相反，我們希望盡可能完全關(guān)閉這些ECU的電源，僅在需要它們?yōu)槠囂峁┨囟üδ軙r(shí)才啟用。這不僅能降低功耗（如果不是使用純綠色能源充電，還能減少二氧化碳排放）、延長(zhǎng)續(xù)航里程，還能通過(guò)盡量減少ECU組件（如微控制器、電阻、電容等）的通電時(shí)間，防止其電氣組件使用壽命縮短。

03 .選擇性ECU喚醒功能支持更先進(jìn)的應(yīng)用場(chǎng)景

利用選擇性喚醒功能，還能實(shí)現(xiàn)更先進(jìn)的應(yīng)用場(chǎng)景。想象一下共享汽車的概念（租車、共同擁有的車，甚至是汽車制造商擁有的車），車輛的每個(gè)用戶（司機(jī)或乘客）都可以有個(gè)性化的功能設(shè)置。車輛能夠識(shí)別車內(nèi)乘坐人員的身份，甚至可能識(shí)別出具體座位，并為每個(gè)人啟用個(gè)性化功能。例如，A用戶可能啟用了所有功能（導(dǎo)航、座椅加熱和通風(fēng)、座椅按摩功能、高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)功能、車內(nèi)燈光效果等），而B用戶可能只啟用了一兩個(gè)功能。無(wú)論他們使用哪輛車，這些功能對(duì)他們個(gè)人來(lái)說(shuō)總是可用的。

再想象一下類似手機(jī)低電量模式的汽車低電量模式。當(dāng)電池電量降至10%時(shí)，車輛僅保持關(guān)鍵功能啟用。當(dāng)在導(dǎo)航系統(tǒng)中設(shè)置目的地后，如果電池電量不足，汽車可以動(dòng)態(tài)選擇禁用某些功能，以確保能夠行駛到下一個(gè)充電站。

04 .開(kāi)啟/關(guān)閉ECU的實(shí)現(xiàn)方案

考慮動(dòng)態(tài)、選擇性地開(kāi)啟/關(guān)閉ECU的方法，有以下幾種可行的實(shí)現(xiàn)方案：

1、使用電子保險(xiǎn)絲進(jìn)行電源線切換：但電子保險(xiǎn)絲價(jià)格昂貴，還需要額外的電源線，這增加了車輛的成本和重量。電子保險(xiǎn)絲目前是并且仍將是電源架構(gòu)的一部分，因?yàn)樗鼈冞€支持監(jiān)測(cè)和安全功能。不過(guò)，為每個(gè)ECU都配備一個(gè)電子保險(xiǎn)絲成本過(guò)高，所以電子保險(xiǎn)絲通常為一組ECU供電，這些ECU在車輛中物理位置相近或邏輯上屬于同一區(qū)域。

2、中央ECU（如網(wǎng)關(guān)、域控制器或區(qū)域控制器）與邊緣節(jié)點(diǎn)ECU之間采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)連接，并結(jié)合支持低功耗模式的收發(fā)器：這種方式可以使ECU完全斷電。但該解決方案需要在中央ECU處設(shè)置多個(gè)數(shù)據(jù)連接和連接器，這不僅增加了成本、故障點(diǎn)（連接器容易出現(xiàn)故障），還會(huì)因?yàn)槊總€(gè)邊緣節(jié)點(diǎn)都需要單獨(dú)布線而導(dǎo)致布線更長(zhǎng)。

3、具有部分網(wǎng)絡(luò)/選擇性喚醒功能的睡眠模式收發(fā)器：這種方案在中央ECU處僅需一個(gè)連接，并允許所有邊緣節(jié)點(diǎn)通過(guò)優(yōu)化的布線進(jìn)行支線節(jié)點(diǎn)連接。不過(guò)，軟件會(huì)稍微復(fù)雜一些，因?yàn)樾枰诳刂瓶偩€功能喚醒請(qǐng)求的分支上運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)管理軟件。

05 .管理速度和拓?fù)鋸?fù)雜性

在一輛有許多ECU通過(guò)同一通信總線進(jìn)行通信的整車中，對(duì)帶寬的要求也會(huì)更高。像雷達(dá)和激光雷達(dá)這樣的傳感器會(huì)生成更精確的圖像，這需要更多的數(shù)據(jù)和帶寬。

對(duì)于經(jīng)典CAN（CAN CC）和CAN FD，雖然相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)支持最高5Mbit/s的速率，但在實(shí)際的多節(jié)點(diǎn)支線節(jié)點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，由于信號(hào)振鈴問(wèn)題，實(shí)際速率不會(huì)超過(guò)2Mbit/s。當(dāng)需要5Mbit/s的速率時(shí)，就需要降低拓?fù)鋸?fù)雜性并減少節(jié)點(diǎn)數(shù)量。在這種情況下，會(huì)創(chuàng)建許多較小的子分支，每個(gè)子分支只為車輛內(nèi)的一兩個(gè)功能服務(wù)。

隨著CAN信號(hào)改進(jìn)功能（CAN SIC）的引入，速度和拓?fù)鋸?fù)雜性之間的這種權(quán)衡在一定程度上消失了，更多的節(jié)點(diǎn)可以連接到單個(gè)分支上。然后，這個(gè)分支可以支持更多的車輛功能，并且仍然可以通過(guò)「虛擬分支」的概念分別訪問(wèn)這些功能。采用更大分支的方案有助于汽車制造商降低布線復(fù)雜性，減少微控制器上所需的CAN通道數(shù)量以及所需的連接器數(shù)量，從而直接降低成本和減輕重量。

06 .通過(guò)帶有CAN SIC的CAN部分網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化

軟件定義電動(dòng)汽車顯然需要能夠動(dòng)態(tài)、選擇性地開(kāi)啟和關(guān)閉所有ECU。這樣做可以最大限度地減少功耗，為軟件定義汽車提供功能靈活性，最大限度地減少ECU的性能下降，從而延長(zhǎng)車輛使用壽命。

CAN部分網(wǎng)絡(luò)為控制ECU提供了系統(tǒng)成本最優(yōu)化的解決方案。帶有部分網(wǎng)絡(luò)的CAN信號(hào)改進(jìn)功能通過(guò)支持在單個(gè)分支上連接更多節(jié)點(diǎn)并通過(guò)虛擬分支激活功能，實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步的優(yōu)化。這就是CAN部分網(wǎng)絡(luò)在軟件定義電動(dòng)汽車中的強(qiáng)大之處。

文章來(lái)源

本文基于Mike Van Haare（恩智浦）在第18屆國(guó)際CAN大會(huì)（iCC）的演講。已刊于《第18屆iCC會(huì)議論文集》2024版，由CiA出版。虹科智能互聯(lián)團(tuán)隊(duì)翻譯并分享，旨在與行業(yè)同仁共享前沿技術(shù)成果。????

審核編輯 黃宇