適合中國市場的英飛凌車身電子系統(tǒng)級解決方案

隨著汽車市場的激烈競爭，人們對汽車駕乘舒適性和個性化的不斷追求，以往許多只有高級車輛才具有的功能，目前正在加速進(jìn)入中檔乃至低端車輛。而這些功能中絕大部分都與車身電子相關(guān)聯(lián)，包括自動靈巧的車門區(qū)域控制、精確的動態(tài)胎壓監(jiān)測系統(tǒng)、個性化的智能燈控系統(tǒng)、數(shù)字化顯示系統(tǒng)、動態(tài)智能小環(huán)境空調(diào)系統(tǒng)以及其它舒適電子系統(tǒng)等。上述這些功能，對許多人來說，似乎都似曾相識，但可能很少有人想過未來的先進(jìn)技術(shù)究竟是什么樣，更少有人去深入思考其技術(shù)的復(fù)雜性以及這些功能的實現(xiàn)所受到的種種制約。思考一下就不難想象，上述任何一種功能，要落實到中低端車輛時，都將面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

作為汽車電子的領(lǐng)先廠商之一，英飛凌公司為解決上述挑戰(zhàn)提供了一系列的整體解決方案。在剛剛落幕的2007年英飛凌汽車車身電子解決方案研討會上，英飛凌公司就如何解決上述種種挑戰(zhàn)，為與會的工程師們提供了很好的答案。

分布式車門解決方案更適合中國市場

為了實現(xiàn)車門區(qū)域的完美設(shè)計，業(yè)界推出了多種解決方案?？傮w上，目前車門解決方案可分為三大類：

第一類是中央處理架構(gòu)。在這種架構(gòu)中，采用功能強(qiáng)大的中央控制模塊。所有的終端負(fù)載（包括門控、燈控、面板、反射鏡、窗戶以及雨刷和除霜等）全部采用導(dǎo)線直接連接。這種方案的致命缺點是線束過多過長，終端模塊多，可靠性差，耗油量大等。“雖然這種處理架構(gòu)目前還是中國乃至亞洲市場上的主流方案，但考慮到上述種種弊端，該方案在歐美已經(jīng)逐漸減少，尤其是在歐洲，已經(jīng)基本上被淘汰。只剩下個別小型車輛中還在使用。”英飛凌公司汽車、工業(yè)及多元化電子市場的高級經(jīng)理劉魯偉說道。

第二類是中央和分布式相結(jié)合的控制方案。在這種方案中，每個主要負(fù)載都用一個電子控制單元（ECU）來控制，各ECU與中央處理器之間的通信通過LIN和CAN來實現(xiàn)。該方案的優(yōu)點是重量輕、線束極少、可靠性高、節(jié)油等，但缺點是成本過高，當(dāng)往中低端車輛推廣時面臨較大的成本壓力，故目前僅被某些高端車輛(如寶馬和奧迪等)采納。

圖1：英飛凌TLE8201門模塊方框圖。

第三類控制處理架構(gòu)為分布式門模塊處理架構(gòu)。在這種架構(gòu)中，沒有功能強(qiáng)大的中央處理器，而是采用分布式門模塊。該模塊承擔(dān)所控區(qū)域中的所有負(fù)載的控制功能。包括門本身、窗戶、鎖、踏板燈、警示燈和其他各種信號燈、各種鏡子以及相關(guān)的面板顯示等。該架構(gòu)中，并行使用了CAN和LIN總線。CAN用于車前門的復(fù)雜控制傳輸，而LIN則應(yīng)用于后門等簡單控制的傳輸。該方案的一個主要特點就是沒有中心，相互之間節(jié)省了總線收發(fā)器的數(shù)量。從而降低了成本。這種方案的功能和架構(gòu)目前具有廣泛的代表性。“基于成本和復(fù)雜度等考量，該方案在歐洲已成為主流方案，也特別適合亞洲市場上的中低端車輛，故也是英飛凌公司目前在亞洲市場主推的方案。”該公司技術(shù)工程師陳琪介紹。

英飛凌公司支持這種方案的門模塊為TLE8200系列。主要功能包括用于驅(qū)動主控門鎖電機(jī)的全橋、多個支持死鎖、鏡位、折疊和除霜的半橋。還有多個驅(qū)動大電流的高性能電子開關(guān)，標(biāo)準(zhǔn)的SPI接口等。這些開關(guān)取代了原有的繼電器方案，在可靠性方面得到了很大改善，也根除了繼電器動作引起的機(jī)械噪聲。另外，內(nèi)含標(biāo)準(zhǔn)的16位SPI，以及各種保護(hù)功能，包括過溫、過壓和過流保護(hù)等，還具有完善的診斷功能。另外，劉魯偉還介紹：“通過采用這種方案，與第一種方案比較，僅這一項所節(jié)省的平均油料就高達(dá)0.2～0.3L/每百公里。”

圖2：英飛凌公司帶有SPI I/O的半橋驅(qū)動器示意圖。

作為該方案中的總線模塊，功能也比較完善，主要包括中央門鎖和安全鎖控制、門燈控制；后視鏡X/Y軸調(diào)節(jié)、折疊和除霜加熱；電動玻璃升降和堵轉(zhuǎn)檢測；完整的保護(hù)和診斷功能：蓄電池反接保護(hù)，過壓、欠壓、過熱、短路保護(hù)和相關(guān)故障狀態(tài)反饋，負(fù)載電流及負(fù)載開路檢測；系統(tǒng)具有休眠和外部喚醒功能等。重要的是使線束接到了最少，可靠性得到了極大提高。

不過，根據(jù)一些用戶的觀點不難分析出，作為幾家主要的汽車電子半導(dǎo)體供應(yīng)商，雖然其產(chǎn)品各有千秋，但大同小異，而英飛凌公司的產(chǎn)品線比較全，能夠為工程師的方案設(shè)計提供了較大的方便。

堅持直接式TPMS方案不動搖

如何有效控制高速行駛中的輪胎爆胎，一直是世界性的難題。據(jù)有關(guān)資料顯示，中國由于輪胎問題引起的重大安全事故已經(jīng)超過10%以上。為了解決這一問題，業(yè)界研發(fā)出了TPMS這種主動安全技術(shù)。如今，TPMS的重要性越來越顯現(xiàn)，已經(jīng)成為越來越多車輛的標(biāo)配。

而目前，TPMS分為兩大類，一種是間接式方案，一種是直接式方案。

在間接式方案中，采集的原始變量不是胎壓本身，而是中間變量，即車輪的轉(zhuǎn)速。它是基于ABS傳感器技術(shù)來實現(xiàn)的。檢測車輪的轉(zhuǎn)速，將其與存儲的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，然后根據(jù)比較結(jié)果來判斷胎壓是否正常。這種技術(shù)具有可復(fù)用車內(nèi)ABS傳感器，簡單，無需電池，可靠性高等優(yōu)點。但其缺點也是比較明顯的，比如，精度過低，只有欠壓較多時，ABS傳感器才會有反應(yīng)，另外，由于汽車不可能總是直線行駛，故理論上車輪的轉(zhuǎn)速都是不一致的，這就會形成許多錯誤告警，還有就是只能用于具有ABS的車輛。正是因為這些不足，在發(fā)達(dá)國家已經(jīng)逐步推廣更先進(jìn)的直接式TPMS技術(shù)。

直接式TPMS技術(shù)，顧名思義，傳感器傳感參數(shù)就是壓力本身。將壓力傳感器直接植入每一個輪胎中，進(jìn)而可以每時每刻監(jiān)測每只輪胎的壓力。無線收發(fā)器將傳感器感應(yīng)的數(shù)據(jù)通過無線方式傳送到駕駛室內(nèi)，從而無論是高速行駛狀態(tài)，還是慢速轉(zhuǎn)彎時，車主都可以動態(tài)獲得精確的數(shù)據(jù)。當(dāng)然也會設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)范圍，當(dāng)超出該范圍時，產(chǎn)生告警信息。

直接式傳感器的特點是直接、準(zhǔn)確、免維、可靠，從而能夠提高安全技術(shù)的有效性。但其缺點就是復(fù)雜，需要為輪胎內(nèi)的傳感器提供能量。正是這些缺點，影響了一些用戶對這種技術(shù)的信心。

英飛凌公司采用的正是直接式TPMS方案。方案中包括射頻TPMS模塊SP30，TDK5100系列發(fā)射器，TDA5200系列的接收器，以及RISC微控制器以及采用公司專利技術(shù)的三層堆疊的傳感器等。完善的產(chǎn)品鏈自成系統(tǒng)，具有最高的匹配性，采用的是ASK/FSK調(diào)制方案，工作在350MHz和450MHz免許可頻段。除了能夠?qū)崿F(xiàn)精確的胎壓監(jiān)測外，還能提供準(zhǔn)確的溫度檢測和加速度檢測。壓力范圍為100-450kPa，而溫度范圍和加速度范圍則分別為-40～+125℃和-12～115g。該模塊實現(xiàn)了極小的誤差，在常態(tài)下的壓力誤差僅為±7kPa。所有功能均在僅有104.5平方毫米的柔性PCB上實現(xiàn)。

通過上述比較，兩種方案各自的特點已經(jīng)比較明了，這里無意做出孰優(yōu)孰劣的結(jié)論，讀者自有合理的判定。該公司劉魯偉經(jīng)理對其直接式方案也表現(xiàn)得無比自信，他說：“間接式的性能根本無法達(dá)到用戶的要求，也無法與我們的產(chǎn)品相比。人們往往擔(dān)心能量問題，但是目前我們植入輪胎的傳感器產(chǎn)品的電池壽命已經(jīng)達(dá)到十年。試問，哪只輪胎的壽命可以達(dá)到十年呢？”另外，他還表示，能量的應(yīng)用本身也有技巧，比如模塊中的收發(fā)器要用很大一部分能量，如果采樣頻率設(shè)計得更合理一些的話，節(jié)省能量的空間還很大。關(guān)于這一點，公司還有待對應(yīng)用設(shè)計工程師作進(jìn)一步的正確引導(dǎo)。