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相結合，這就需要采用不同的方法來設計汽車及其網絡架構。對于軟件定義電動汽車（SDEV）而言，功能靈活性和功率優(yōu)化對于實現(xiàn)最高性能和成本效益至關重要。帶有信號改進功能的CAN部分網絡（CAN SIC）有望在這一變革中發(fā)揮重要作用。

01 . 硬件和軟件可升級的汽車

如今，當你從經銷商處購買一輛新車時，你可以選擇自己想要的配置，汽車制造商安裝相應硬件后交付車輛。如果你之后想要添加額外配置，通常只能在購車后進行，而且成本往往很高。

軟件定義汽車的目標之一是實現(xiàn)汽車軟件可升級，通過數(shù)字購買和無線（OTA）更新來添加功能，而無需安裝任何新硬件。這意味著在購車時，汽車就應該預裝未來所有預期功能所需的硬件。這給汽車制造商帶來了新車銷售初期的額外成本，因為他們銷售的是配置更多硬件選項的成品車。不過，這些硬件選項最初應該處于禁用和斷電狀態(tài)，一旦終端客戶購買相關功能，激活并開啟這些額外硬件，就能迅速創(chuàng)造新的收入來源。這與在智能手機上購買新應用程序的情況類似。

02 . ?軟件定義電動汽車（SDEV）需要具備動態(tài)、選擇性地開啟/關閉ECU的能力

將這一概念與電動汽車（EV）面臨的挑戰(zhàn)相結合，由于電動汽車的續(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，電子控制單元（ECU）不應完全啟用和通電。否則會消耗電池電量，而且持續(xù)通電會使電子元件性能下降。相反，我們希望盡可能完全關閉這些ECU的電源，僅在需要它們?yōu)槠囂峁┨囟üδ軙r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）、延長續(xù)航里程，還能通過盡量減少ECU組件（如微控制器、電阻、電容等）的通電時間，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的應用場景

利用選擇性喚醒功能，還能實現(xiàn)更先進的應用場景。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），車輛的每個用戶（司機或乘客）都可以有個性化的功能設置。車輛能夠識別車內乘坐人員的身份，甚至可能識別出具體座位，并為每個人啟用個性化功能。例如，A用戶可能啟用了所有功能（導航、座椅加熱和通風、座椅按摩功能、高級駕駛輔助系統(tǒng)功能、車內燈光效果等），而B用戶可能只啟用了一兩個功能。無論他們使用哪輛車，這些功能對他們個人來說總是可用的。

再想象一下類似手機低電量模式的汽車低電量模式。當電池電量降至10%時，車輛僅保持關鍵功能啟用。當在導航系統(tǒng)中設置目的地后，如果電池電量不足，汽車可以動態(tài)選擇禁用某些功能，以確保能夠行駛到下一個充電站。

04 .開啟/關閉ECU的實現(xiàn)方案

考慮動態(tài)、選擇性地開啟/關閉ECU的方法，有以下幾種可行的實現(xiàn)方案：

1、使用電子保險絲進行電源線切換：但電子保險絲價格昂貴，還需要額外的電源線，這增加了車輛的成本和重量。電子保險絲目前是并且仍將是電源架構的一部分，因為它們還支持監(jiān)測和安全功能。不過，為每個ECU都配備一個電子保險絲成本過高，所以電子保險絲通常為一組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（如網關、域控制器或區(qū)域控制器）與邊緣節(jié)點ECU之間采用點對點數(shù)據(jù)連接，并結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處設置多個數(shù)據(jù)連接和連接器，這不僅增加了成本、故障點（連接器容易出現(xiàn)故障），還會因為每個邊緣節(jié)點都需要單獨布線而導致布線更長。

3、具有部分網絡/選擇性喚醒功能的睡眠模式收發(fā)器：這種方案在中央ECU處僅需一個連接，并允許所有邊緣節(jié)點通過優(yōu)化的布線進行支線節(jié)點連接。不過，軟件會稍微復雜一些，因為需要在控制總線功能喚醒請求的分支上運行網絡管理軟件。

05 .管理速度和拓撲復雜性

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

對于經典CAN（CAN CC）和CAN FD，雖然相關標準支持最高5Mbit/s的速率，但在實際的多節(jié)點支線節(jié)點拓撲結構中，由于信號振鈴問題，實際速率不會超過2Mbit/s。當需要5Mbit/s的速率時，就需要降低拓撲復雜性并減少節(jié)點數(shù)量。在這種情況下，會創(chuàng)建許多較小的子分支，每個子分支只為車輛內的一兩個功能服務。

隨著CAN信號改進功能（CAN SIC）的引入，速度和拓撲復雜性之間的這種權衡在一定程度上消失了，更多的節(jié)點可以連接到單個分支上。然后，這個分支可以支持更多的車輛功能，并且仍然可以通過「虛擬分支」的概念分別訪問這些功能。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 .通過帶有CAN SIC的CAN部分網絡進行優(yōu)化

軟件定義電動汽車顯然需要能夠動態(tài)、選擇性地開啟和關閉所有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，從而延長車輛使用壽命。

CAN部分網絡為控制ECU提供了系統(tǒng)成本最優(yōu)化的解決方案。帶有部分網絡的CAN信號改進功能通過支持在單個分支上連接更多節(jié)點并通過虛擬分支激活功能，實現(xiàn)了進一步的優(yōu)化。這就是CAN部分網絡在軟件定義電動汽車中的強大之處。

文章來源

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

審核編輯 黃宇