在本文中,泰克公司的 Sudipto Bose 和 Joern Hoepfner 概述了推動汽車革命的趨勢。
在長達 130 的悠久歷史中,汽車業(yè)從未經歷過目前發(fā)生的革命。 在電氣化、自動化、連接性和移動性的推動下,制造商不得不重新評估迄今為止毋庸置疑的實踐和技術:實際上,隨著電子產品的快速發(fā)展,汽車正從機械設備轉變成車輪上的迷你數據中心。
但是,汽車對電子控制系統(tǒng)的依賴時間遠超大多數人的預期:批量生產的第一款電子燃油噴射系統(tǒng)為 Chrysler 電子噴射器,共有 35 輛汽車在 1958 年裝備該電子噴射器。 有趣的是,在這些早期先驅產品中,大多數均采用 4 腔化油器進行現場改裝,這主要因為早期電子系統(tǒng)非常慢,難以滿足“快速”燃油計量的需求。
如今,復雜的電子發(fā)動機管理系統(tǒng)不僅能控制燃油噴射和點火,還能在 Otto、Miller 和 Atkinson 間切換工作循環(huán),近,它們甚至使制造商實現對均質充量壓縮點火發(fā)動機的極精確控制的商業(yè)化。
但是,汽車業(yè)正面臨電子系統(tǒng)的新挑戰(zhàn),此項挑戰(zhàn)是由電氣化的穩(wěn)定發(fā)展和高級駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 帶來的,該系統(tǒng)正向全自動 5 級操作快速邁進。
“5 級自動化”一詞由 SAE J3016 標準定義,其中介紹了如下六個自動化級別:
零級: 人類完全控制汽車,包括轉彎、剎車和油門?;颈3竹{駛路線。
一級: 汽車可以自動完成微小駕駛操作,例如剎車。
國際測試、檢查、審核和認證服務提供商 TüV SüD 的首席技術官 Dirk Schlesinger 曾說過:“未來的汽車將是車輪上的 PC,但是,卻極具挑戰(zhàn)性?!?
例如,Ford GT 具有 1 億行代碼,相比之下,Windows 10 具有 2700 至 5000 萬行可執(zhí)行代碼,再算上主板、顯卡和 Office 等應用程序時,代碼行數增至 1 億行。
但是,計算能力不僅使人們反思電子系統(tǒng):自動化汽車可能配備 15 個傳感器組(50 個不同傳感器),它們每天生成大約 4,000 GB 或 4 TB 數據:
這些數據均需要通過網絡傳達,自 1986 年起,該網絡變?yōu)榭刂破骶钟蚓W絡 (CAN)。 初,CAN 總線用于在大約 1 Mbps 的高總線速率和高 8 字節(jié)的數據包有效載荷下在汽車內的 ECU 間傳輸控制流量。
為了應對大幅的數據增長, CAN 已經完成協議更改,成為高位速率升至 15 Mbps 且有效載荷升至大約 64 字節(jié)的 CAN FD(靈活數據速率) 。
在這些速率下,CAN 仍然無法應付 LIDAR 和攝像機等成像系統(tǒng)。 此外,控制單元必須在 ECU 間傳輸更多數據,以便協調子系統(tǒng)。 這將迫使汽車網絡設計師不僅重新評估速度,還重新評估架構。
為了支持這些數據密集型系統(tǒng),汽車業(yè)已經開發(fā)出幾款替代品,例如:
大多數汽車設計包括這些總線標準中的多個標準,具體取決于特定子系統(tǒng)。 FlexRay 具有嚴格的延遲和時間特性,因此,它非常適合確定性能至關重要的“線控操縱”應用。 SENT 可以用于與傳感器通信。 此外,我們可以預計 CAN 和 LIN 繼續(xù)用于久經驗證的可靠性超出速度需求的應用中。 許多 ECU 不僅用作控制器,還用作網關。
由于高度自動化的聯網汽車將依賴多種網絡架構, 因此設計師將面臨同時測試和排除多種網絡技術故障的挑戰(zhàn) 。在 IT 數據中心,許多技術更像在本地一樣,但在汽車中,它們必須在許多溫度和濕度范圍內完美運行,承受沖擊和振動并在大程度上保持與其他模塊和所處環(huán)境的電磁兼容性。
有牽引系統(tǒng)電氣化的文章較多,這很容易理解。 但是,電力分配系統(tǒng)通常不被承認。 在此情況下,12V 網絡將處理傳統(tǒng)工作量:照明、點火、娛樂、音頻系統(tǒng)和電子模塊,較高電壓系統(tǒng)將支持主動底盤系統(tǒng)、空調壓縮機以及反饋制動和扭矩輔助。
隨著制造商希望提高性能、降低成本和優(yōu)化動力電子產品的包裝,氮化鎵 (GaN) 和碳化硅 (SiC) 功率半導體的開發(fā)已經開辟新途徑。 例如,在 DC/DC 轉換器中,這些寬禁帶技術實現較高開關速度,從而減少電感器、變壓器和電容器的尺寸,通常還減輕重量并減少尺寸。 它們實現上述所有目標并在上世紀 90 年代達到轉換效率。
一旦這些系統(tǒng)更符合計算機技術產業(yè)(與傳統(tǒng)汽車制造商相比),新標準和測試程序將逐漸出現來確保其安全性和使用性能。
然而,2030 年的汽車廣告可能不會推銷馬力,更可能宣揚名為 Xeon、Snapdragon 和 Drive PX 的處理器的計算能力,為此,仍然需要做出很多準備工作。 不僅在開發(fā)和提煉技術方面,還在制定標準和確保系統(tǒng)經過全面測試的方面。
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