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(多图) 电动汽车中的局部网络

Steffen Müller?? Bernd Elend?? 恩智浦半导体德国公司?? 2011年09月28日 ?? 收藏0
一标准提高到了500公里以上 [4]。然而据专家预计,在今后十年中,电池的功率密度将会大幅提高。不用说这“节省的”每一瓦电量都会直接提升电动汽车的行驶里程。局部网络为电动汽车实现能量平衡提供了一种强大、可靠的方式。业界预计,常规汽车节省的能够节约的能量可达70瓦特 [5],这一数值可以作为电动汽车的首要参考。不过对于提高电动汽车的续航能力,还要取决于汽车的性能和所选架构的效率。

  4.2 安全性和使用寿命

  电动汽车需要引入与安全相关的嵌入式系统,因此无法重复利用传统汽车的类似系统。典型的电动汽车有三种主要模式:驾驶、充电和停车。在“停车”模式下,传统汽车的所有功能都被关闭,但电动汽车会使安全相关的功能处于活动状态。该安全系统与始终处于开启状态的电池堆相连,在发生故障时,电池堆被强制设为零泄漏,以避免电池因深度放电而损坏。使安全子系统始终保持活动状态的另一个原因在于,在发生车祸时,让高压电池与汽车其余部分隔离开来。表1所示为主系统模式与处于工作模式的子系统。为此,需要对安全子系统进行扩展的产品寿命测试。

  


表1 系统模式与处于工作模式的子系统

  4.3 复杂

性和使用寿命

  在SWITCH组织成立之初,成员们就如何实施局部网络机制进行了讨论。在初选因素中,关于唤醒消息检测的选择有两种:1. 由CAN控制器进行检测,当其所在微控制器的其余部分关闭时,该控制器处于活动状态;2. 在收发器芯片中添加一个简化的协议引擎。来自各汽车制造商的专家们选择了第二种方案,并对整个系统的变化进行了限制。根据这种方案,我们可以认为,就器件这一层而言,上文关于延长产品寿命的要求仅适用于收发器一种器件,与微控制器、稳压器、电容等无关。

  虽然目前尚未形成有关使用寿命的要求,但汽车制造商的意思却是将寿命测试的时间延长至原来的三倍。这样做会延长产品开发周期,增加产品的最终成本。然而,如果我们对受影响器件的数量进行限制,这种方案也是不错的选择,就好比局部网络标准草案所做的那样。

  4.4 稳健性

  说到车载网络的稳健性,我们一般会想到EMC抗扰性能。好消息是,在过去几年中,该领域已取得较大进步,相关知识也可应用于局部网络收发器。另外,SWITCH已经针对局部网络制定了专门的EMC要求。坏消息是,有些专家认为,由于电动汽车存在高压和高电流瞬变,会导致常规汽车不存在的危险电磁场,因而在EMC方面存在更大的挑战。所以,运行中的ISO7637脉冲抗扰性能可能成为半导体供应商们面临的新挑战之一。

  电动汽车局部网络的稳健性到底是什么意思?唤醒消息具有不同于其他消息的弱点吗?是的,其原因在于有两条不同的接收路径。1. 可能的唤醒消息由搭载片内振荡器的收发器接收和解码。该接收路径中的功耗被限制为极低的水平。供电线路直接与电池相连,可能受到瞬变的干扰。2. 正常运行中,消息由连接至石英的微控制器解码,该石英充当一种可靠的时钟源。收发器中的接收器功耗更大,能够抑制噪声并使电源保持稳定。虽然目前还无法比较所有局部网络实施概念中的“局部网络收发器中唤醒消息检测功能”的稳健性,但显而易见,关键因素是片内振荡器及其在电磁场、振铃效应、发送器时钟容限、电源启动脉冲等失真条件下的稳定性。借助TJA1045,恩智浦找到了一种绝佳的实施方案。

  
5 结语

  ? 电动汽车使高效驾驶跃上新的高度,推动着对扩展能量管理的需求

  ? 电动汽车的使用寿命因嵌入式安全系统而显得异常重要

  ? 联网模式发生根本性变化:从传统汽车走向电动汽车就是从舒适性转向能量管理

  ? 局部网络是卓越的能量管理方式;电动汽车的部分部件始终处于活动状态

  ? 局部网络体现于电动汽车各种运行模式之中:驾驶、充电和停车

  ? 局部网络涉及多个学科,硬件和软件标准建设稳步推进

  ? 稳健性将成为局部网络收发器的关键区分因素;由于CAN引擎和振荡器被集成到芯片,片内振荡器的精度很大程度上决定了局部网络收发器的稳健性

参考文献

  [1] Sauer, Dirk Uwe, RWTH Aachen, Auslegung von Elektrofahrzeugen und Energie-management im Netzverbund, ZVEI Kompetenztreffen Elektromobilit?t, p.24 ff, 2009

  [2] Spannhake, Stefan, Robert Bosch GmbH, Wirkungsgradoptimierung von Elektrofahr-zeugen auf G


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收发器驱动器级?

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