摘要

本文以國(guó)科安芯推出的ASM1042A3S車(chē)規(guī)級(jí)CAN FD芯片為例，討論在兩輪車(chē)與平衡車(chē)控制器方案中的技術(shù)應(yīng)用。通過(guò)對(duì)芯片核心技術(shù)特點(diǎn)的詳細(xì)分析，結(jié)合兩輪車(chē)和平衡車(chē)控制器的實(shí)際需求，從理論和實(shí)踐兩個(gè)層面探討其在動(dòng)力控制、傳感器數(shù)據(jù)采集交互以及系統(tǒng)集成擴(kuò)展等關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域中的表現(xiàn)，并展望未來(lái)在智能交通工具領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

一、引言

隨著電動(dòng)兩輪車(chē)和平衡車(chē)行業(yè)的快速發(fā)展，車(chē)輛智能化、輕量化的需求日益凸顯。作為車(chē)輛各系統(tǒng)間通信的關(guān)鍵技術(shù)，CAN FD協(xié)議以其高速率、高可靠性成為控制器通信鏈路的優(yōu)選方案。國(guó)科安芯推出的ASM1042A3S車(chē)規(guī)級(jí)CAN FD芯片憑借其卓越的性能和功能安全支持，在兩輪車(chē)和平衡車(chē)領(lǐng)域展現(xiàn)出了顯著的技術(shù)價(jià)值。本文將從技術(shù)特點(diǎn)、應(yīng)用需求匹配及實(shí)際案例分析等角度，全面剖析ASM1042A3S芯片的綜合性能。

二、兩輪車(chē)和平衡車(chē)控制器的技術(shù)需求

（一）高速通信需求

在兩輪車(chē)和平衡車(chē)的控制系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互對(duì)于車(chē)輛穩(wěn)定性和安全性至關(guān)重要。動(dòng)力調(diào)節(jié)、平衡控制以及傳感器監(jiān)測(cè)等任務(wù)需要在短時(shí)間內(nèi)完成數(shù)據(jù)采集與指令傳輸。傳統(tǒng)CAN協(xié)議受限于最高1Mbps的數(shù)據(jù)速率，難以滿足高頻數(shù)據(jù)交互需求。而CAN FD協(xié)議支持高達(dá)5Mbps的數(shù)據(jù)速率，顯著提升了系統(tǒng)的響應(yīng)能力。

（二）抗干擾與可靠性需求

兩輪車(chē)和平衡車(chē)多運(yùn)行于復(fù)雜電磁環(huán)境和戶外條件，對(duì)通信鏈路的抗干擾能力提出了嚴(yán)格要求。ASM1042A3S芯片符合ISO 11898-2:2016和ISO 11898-5:2007物理層標(biāo)準(zhǔn)，支持SAE J2962-2和IEC 62228-3 EMC性能要求，能夠在復(fù)雜環(huán)境中確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾院蜏?zhǔn)確性。同時(shí)，芯片通過(guò)AEC-Q100 Grade1車(chē)規(guī)級(jí)認(rèn)證，適應(yīng)-40℃至125℃的工作溫度范圍，確保了在極端氣候條件下的可靠性。

（三）低功耗需求

作為移動(dòng)設(shè)備，兩輪車(chē)和平衡車(chē)對(duì)續(xù)航能力的要求極高。ASM1042A3S芯片設(shè)計(jì)有低功耗待機(jī)模式，待機(jī)功耗低至0.5μA至5μA，并支持遠(yuǎn)程喚醒功能。這一特性能夠在車(chē)輛非工作狀態(tài)下最大限度節(jié)省電能，延長(zhǎng)續(xù)航時(shí)間。

三、ASM1042A3S芯片核心技術(shù)特點(diǎn)

（一）高速通信能力

ASM1042A3S芯片支持5Mbps數(shù)據(jù)速率，較傳統(tǒng)CAN協(xié)議速率提升顯著。其優(yōu)化的物理層設(shè)計(jì)和對(duì)稱傳播延遲時(shí)間控制（典型值110ns）確保了在有負(fù)載的CAN網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的快速傳輸。這一特性對(duì)于需要實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互的動(dòng)力控制系統(tǒng)和傳感器網(wǎng)絡(luò)尤為重要。

（二）功能安全支持

芯片提供了有助于進(jìn)行功能安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)的文檔，支持兩輪車(chē)和平衡車(chē)制造商構(gòu)建符合功能安全標(biāo)準(zhǔn)的控制器系統(tǒng)。這對(duì)于涉及用戶安全的交通設(shè)備而言，是至關(guān)重要的技術(shù)保障。

（三）電氣特性與適配性

ASM1042A3S芯片支持3.3V和5V的I/O電壓范圍，能夠與不同電壓等級(jí)的MCU靈活適配，降低了系統(tǒng)集成難度。未供電時(shí)，芯片總線和邏輯引腳處于高阻態(tài)，確保車(chē)輛啟動(dòng)和停車(chē)過(guò)程中的通信穩(wěn)定性。

（四）保護(hù)功能集成

芯片集成了IEC ESD保護(hù)（高達(dá)±15kV）、總線故障保護(hù)（±70V）、VCC和VIO電源終端欠壓保護(hù)、驅(qū)動(dòng)器顯性超時(shí)保護(hù)（TXD DTO）以及熱關(guān)斷保護(hù)（TSD）。這些保護(hù)特性有效提升了芯片自身及整個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò)的耐用性，減少了因外部異常條件導(dǎo)致的系統(tǒng)故障風(fēng)險(xiǎn)。

四、ASM1042A3S在兩輪車(chē)控制器方案中的應(yīng)用****分析

（一）動(dòng)力控制系統(tǒng)應(yīng)用

在兩輪車(chē)動(dòng)力控制系統(tǒng)中，控制器需要實(shí)時(shí)采集電機(jī)轉(zhuǎn)速、電流等參數(shù)，并迅速做出功率調(diào)節(jié)指令。ASM1042A3S芯片的高速通信能力使得電機(jī)控制數(shù)據(jù)能夠在極短時(shí)間內(nèi)完成傳輸，控制器依據(jù)精確數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)整電機(jī)工作狀態(tài)，提升車(chē)輛動(dòng)力輸出的平順性和響應(yīng)速度。同時(shí)，芯片的低延遲特性（如隱性轉(zhuǎn)顯性環(huán)路延時(shí)tPROP(LOOP1)低至100ns至160ns）進(jìn)一步優(yōu)化了動(dòng)力控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。

（二）傳感器數(shù)據(jù)采集與交互應(yīng)用

兩輪車(chē)配備了多種傳感器，如速度傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器等，用于監(jiān)測(cè)車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)。ASM1042A3S芯片構(gòu)建的CAN FD網(wǎng)絡(luò)能夠高效采集各傳感器數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)控制器與傳感器之間的雙向交互。例如，在車(chē)輛制動(dòng)過(guò)程中，控制器通過(guò)CAN FD網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)獲取制動(dòng)壓力傳感器數(shù)據(jù)，依據(jù)數(shù)據(jù)調(diào)整制動(dòng)力分配，提升制動(dòng)效果和安全性。芯片的高數(shù)據(jù)速率和低功耗特性使得傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠在保證數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量的同時(shí)，降低能耗，延長(zhǎng)車(chē)輛續(xù)航里程。

（三）系統(tǒng)集成與擴(kuò)展應(yīng)用

ASM1042A3S芯片的SOP8封裝形式和汽車(chē)級(jí)（VIO）設(shè)計(jì)，便于在兩輪車(chē)的緊湊空間內(nèi)進(jìn)行集成。其兼容多種MCU的I/O電壓范圍，為系統(tǒng)集成提供了便利。在系統(tǒng)擴(kuò)展方面，基于CAN FD協(xié)議的控制器方案便于后續(xù)功能升級(jí)，如添加智能網(wǎng)聯(lián)功能、故障診斷系統(tǒng)等。ASM1042A3S芯片的高性能和穩(wěn)定性為系統(tǒng)擴(kuò)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，降低了未來(lái)技術(shù)升級(jí)的難度和成本。

五、ASM1042A3S在平衡車(chē)控制器方案中的應(yīng)用****分析

（一）平衡控制系統(tǒng)應(yīng)用

平衡車(chē)的控制系統(tǒng)側(cè)重于傾角傳感器數(shù)據(jù)的快速處理與平衡調(diào)節(jié)。ASM1042A3S芯片將傾角傳感器采集的數(shù)據(jù)高效傳輸至控制器，控制器根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行平衡調(diào)整，確保車(chē)輛在各種路面條件下的穩(wěn)定性。芯片的高抗干擾能力避免了復(fù)雜電磁環(huán)境對(duì)傳感器數(shù)據(jù)傳輸?shù)母蓴_，保障了平衡控制的可靠性。

（二）多節(jié)點(diǎn)通信優(yōu)化

平衡車(chē)控制系統(tǒng)通常涉及多個(gè)節(jié)點(diǎn)的協(xié)同工作，如傾角傳感器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和電池管理系統(tǒng)。ASM1042A3S芯片支持的5Mbps高速通信速率和優(yōu)化的信號(hào)完整性設(shè)計(jì)，使得多節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)交互更加高效。在高節(jié)點(diǎn)數(shù)量的網(wǎng)絡(luò)中，芯片的低延遲特性和抗干擾能力確保了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。

（三）低功耗設(shè)計(jì)與續(xù)航優(yōu)化

平衡車(chē)作為便攜式設(shè)備，對(duì)續(xù)航能力的要求極高。ASM1042A3S芯片的低功耗待機(jī)模式和遠(yuǎn)程喚醒功能，在車(chē)輛非工作狀態(tài)下最大限度節(jié)省電能。同時(shí)，芯片的高效率通信能力間接降低了系統(tǒng)整體功耗，有助于延長(zhǎng)平衡車(chē)的續(xù)航時(shí)間。

六、技術(shù)對(duì)比與優(yōu)勢(shì)分析

（一）與傳統(tǒng)CAN芯片對(duì)比

相較于傳統(tǒng)CAN芯片，ASM1042A3S芯片在數(shù)據(jù)速率、抗干擾能力和功耗控制等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。其5Mbps的高速通信能力是傳統(tǒng)CAN芯片的5倍，能夠滿足現(xiàn)代智能交通工具對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互的需求。此外，芯片的EMC性能和保護(hù)功能集成度更高，顯著提升了系統(tǒng)的可靠性和耐用性。

（二）與同類CAN FD芯片對(duì)比

在同類CAN FD芯片中，ASM1042A3S芯片憑借其AEC-Q100 Grade1車(chē)規(guī)級(jí)認(rèn)證和廣泛的工作溫度范圍，在惡劣環(huán)境下的穩(wěn)定性表現(xiàn)更為突出。同時(shí)，芯片的低功耗設(shè)計(jì)和多種保護(hù)功能為其在兩輪車(chē)和平衡車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

七、結(jié)論

ASM1042A3S車(chē)規(guī)級(jí)CAN FD芯片在兩輪車(chē)和平衡車(chē)控制器方案中展現(xiàn)了顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和廣闊的應(yīng)用前景。其高速通信能力、功能安全支持、強(qiáng)大的抗干擾與保護(hù)功能以及良好的電氣適配性，使其能夠滿足兩輪車(chē)和平衡車(chē)在動(dòng)力控制、傳感器數(shù)據(jù)采集與交互以及系統(tǒng)集成與擴(kuò)展等多方面的應(yīng)用需求。通過(guò)對(duì)實(shí)際應(yīng)用案例的分析，驗(yàn)證了芯片在提升車(chē)輛性能和用戶體驗(yàn)方面的有效性。未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場(chǎng)需求的變化，ASM1042A3S芯片有望在智能交通工具領(lǐng)域發(fā)揮更為關(guān)鍵的作用，為兩輪車(chē)和平衡車(chē)的智能化發(fā)展提供有力支持。

審核編輯 黃宇