有人說:車身域亮點太少,不值得浪費筆墨。但我想說:車身電子輝煌的時候不輸現(xiàn)在的自動駕駛,輝煌過后才是總結(jié)反思的好時機(jī)。同時伴隨著域架構(gòu)的演進(jìn),車身域的功能也需要進(jìn)行梳理分工,為當(dāng)前散落一地的功能,打好硬件平臺化的基礎(chǔ)。
下文從輸出控制和輸入采集兩個角度對車身域的功能進(jìn)行簡單梳理。
輸出控制
站在整車角度,車身域的一大功能就行對整車負(fù)載進(jìn)行控制,這些需要控制的負(fù)載,大致可以分為三大類:電機(jī)類,燈類和電阻類。
(1)電機(jī)類。包括四門鎖、門把手、尾門鎖、電撐桿、雨刮、車窗、座椅調(diào)節(jié)和通風(fēng)、后視鏡調(diào)節(jié)和折疊、天窗、方向盤調(diào)節(jié)和空調(diào)等。
(2)燈類。包括外燈和內(nèi)燈。外燈包括近光燈、遠(yuǎn)光燈、日行燈、霧燈、位置燈、倒車燈、剎車燈、轉(zhuǎn)向燈、門把手照明燈和充電口指示燈等;內(nèi)燈包括行李箱燈、氛圍燈、頂燈、照腳燈、儲物箱燈和化妝鏡燈等。
(3)電阻類。包括后視鏡加熱、座椅加熱、后除霜加熱、前風(fēng)擋玻璃加熱和方向盤加熱等。
以上的三大類基本囊括了車身域需要控制的絕大部分負(fù)載,如何對其進(jìn)行合理的控制,是車域硬件平臺化設(shè)計時需要重點考慮的內(nèi)容。
電機(jī)類控制
電機(jī)類的控制可以選用半橋或者全橋驅(qū)動進(jìn)行硬件的設(shè)計,在進(jìn)行芯片選型以及電路設(shè)計時,盡量選擇同一系列的pin to pin芯片。
比如空調(diào)和后視鏡調(diào)節(jié)電機(jī)正常工作時電流比較小,一般不超過1A,而車窗和座椅這一類的電機(jī),正常工作時電流可以達(dá)到8A左右。這兩類負(fù)載的驅(qū)動芯片功率需求相差很大,在進(jìn)行硬件設(shè)計時,可以做到根據(jù)電機(jī)負(fù)載需求的不同,可以通過更換不同封裝的芯片去適配,而不需要重新layout。
此前,車身域的電機(jī)驅(qū)動大部分是不需要調(diào)速的,然后隨著越來越多個性化新功能的出現(xiàn),電機(jī)調(diào)速漸漸多了起來,比如電動尾門、車窗、座椅通風(fēng)等。所以在進(jìn)行電機(jī)的驅(qū)動硬件設(shè)計時,需要保留一定的PWM調(diào)速資源,大部分電機(jī)都支持PWM調(diào)速。
如果沒有預(yù)留這樣的資源,當(dāng)產(chǎn)品經(jīng)理腦袋抽風(fēng)提出雨刮除了高低速兩檔之外還希望增加八檔調(diào)速時,則沒法應(yīng)對類似的需求升級,預(yù)留PWM的硬件調(diào)速資源可為日后的新功能增加提供更多的可能性,也為與產(chǎn)品經(jīng)理的斡旋提供一些資本。
燈類和電阻類控制
燈類和電阻類的控制其實都可以選擇高邊驅(qū)動進(jìn)行控制。
首先是電阻類的加熱控制,這些往往功率都很高,特別是前風(fēng)擋玻璃和后風(fēng)擋玻璃的加熱,工作電流基本都是在20A左右。單個座椅的加熱會少一些,在10A左右。后視鏡加熱中規(guī)中矩,在5A左右。
而對于燈類,功率會比電阻類低一個級別。像常見的大燈,一個的功率在55W左右,工作電流接近5A。其余的燈的功率一般都會比大燈小,特別是現(xiàn)在的LED燈,一般一個燈不會超過1A。當(dāng)然像矩陣大燈、律動氛圍燈這些復(fù)雜(花里花哨)的燈還需要專門的驅(qū)動芯片以及驅(qū)動電路。
對于電阻類和燈類選擇同樣的高驅(qū)芯片時,應(yīng)盡量選擇同一系列的pin to pin芯片,根據(jù)負(fù)載的大小靈活更換不同功率的芯片。
總結(jié)下來車身域的輸出主要由半橋、全橋以及高驅(qū)芯片進(jìn)行控制。
輸入采集
車身域的另外一個重要作用就是輸入信號采集,車身域的輸入一般來說有數(shù)字量、模擬量、PWM和射頻信號。
(1)數(shù)字量。各個門的狀態(tài),鎖狀態(tài),雨刮停止位、喇叭開關(guān)、座椅占位傳感器、安全帶狀態(tài)等輸入的都是數(shù)字量。一般這一類的開關(guān)相對分散在車上的各個位置,而且狀態(tài)比較簡單,只需要兩種狀態(tài)就能表示其含義,比如說門狀態(tài),開或者關(guān)。
(2)模擬量輸入。中控鎖、車窗、座椅調(diào)節(jié)和燈光等這一類開關(guān)都是模擬量輸入。這一類開關(guān)一般具有三種及以上的狀態(tài)表征其含義,比如用3個不同的電阻中控鎖開關(guān)的“解鎖”、“閉鎖”和“未操作”,亦或者車窗開關(guān)的“上升”、“下降”和“未操作”。
除了用開關(guān)這種不連續(xù)的模擬量輸入,用的比較多的另外一種模擬量輸入就是電位計的信號采集,電位計其實就是一個滑動變阻器,這一類的電位計主要用于采集電機(jī)的位置,一般采用5V的上拉電源。像后視鏡調(diào)節(jié)電機(jī)、空調(diào)的風(fēng)門電機(jī)位置采集等都屬于這一類。
(3)PWM采集。通過電位計采集電機(jī)的位置一般來說精度會有一定的偏差,如果想準(zhǔn)確的采集電機(jī)的運動位置,一般通過采集Hall信號的方式。Hall信號就是我們常說的PWM信號,一般該信號由的Hall傳感器產(chǎn)生,Hall的PWM信號大多數(shù)是開漏輸出,高電平即為MCU上拉的供電電壓,低電平接地,車身域控制器預(yù)留對應(yīng)的采集電路即可。像尾門、座椅、車窗和天窗等的位置都通過Hall信號來計算。
(4)射頻采集。車身域控的射頻采集一般包含胎壓、傳統(tǒng)鑰匙的低頻信號(鑰匙定位)、傳統(tǒng)鑰匙的高頻信號(鑰匙遙控解閉鎖等)以及藍(lán)牙鑰匙信號?,F(xiàn)在開發(fā)的車型一般用藍(lán)牙鑰匙或者NFC取代傳統(tǒng)的鑰匙。所以車身域的硬件只要集成藍(lán)牙鑰匙和胎壓的射頻接收即可,但是由于射頻信號的接收容易受布置位置的影響,車身域控制一般布置的位置不太利于胎壓的接收以及藍(lán)牙的定位,所以射頻類的信號通常采用**的模塊進(jìn)行接收。
車身域相關(guān)的硬件基本不會超出上述提到的這幾種方式,不同的類別需要的接口電路會不一樣,在進(jìn)行硬件的設(shè)計時怎么可以做到平臺化,盡可能的兼容不同的設(shè)備,既可以滿足工程的需求,又可以使得硬件少改或者不改,這確實是大難題。即......又......的想法一般都是領(lǐng)導(dǎo)慣用的語法,實現(xiàn)起來確實需要很大的代價。通常的做法是硬件接口預(yù)留20%左右的資源,為后續(xù)的車型功能升級帶來可拓展性,但是這樣做又會使得配置低的車型硬件資源白白浪費。
通過以上總結(jié)可以看出車身域的硬件種類確實不多,在軟件定義汽車的時代,真心希望硬件不要成為軟件的羈絆。之前分布式的電子電氣架構(gòu)中控制器種類繁多,里面的芯片選型以及接口電路也是五花八門,因此硬件選型一般都是供應(yīng)商來做。
但在域架構(gòu)下,各個主機(jī)廠均親自下場進(jìn)行具體的硬件選型。當(dāng)主機(jī)廠開始主導(dǎo)硬件選型的時候,意味著整車控制器的元器件種類將會急速減少,**整個車型平臺也會趨于使用同一系列的元器件。
硬件的通用性可以減少零件的邊際成本以及設(shè)計驗證成本,還會出現(xiàn)贏者通吃的局面,像現(xiàn)在座艙類的芯片基本被高通壟斷,驅(qū)動芯片基本被ST、英飛凌等壟斷。
車載芯片市場將會隨著汽車的智能化進(jìn)一步擴(kuò)大,但是從目前交流的芯片廠家來看,國內(nèi)能打者寥寥無幾。當(dāng)汽車的競爭足夠激烈、溢價不夠高時,賣一臺車賺的錢可能沒有芯片廠商賺得多,這無異于給芯片廠家打工。
還是祝愿國內(nèi)芯片廠商可以早日支棱起來,自家那么大一塊蛋糕全部分給隔壁地主家的傻兒子,怎么看都有點舍不得。
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