適合中國市場(chǎng)的英飛凌車(chē)身電子系統級解決方案

隨著(zhù)汽車(chē)市場(chǎng)的激烈競爭，人們對汽車(chē)駕乘舒適性和個(gè)性化的不斷追求，以往許多只有高級車(chē)輛才具有的功能，目前正在加速進(jìn)入中檔乃至低端車(chē)輛。而這些功能中絕大部分都與車(chē)身電子相關(guān)聯(lián)，包括自動(dòng)靈巧的車(chē)門(mén)區域控制、精確的動(dòng)態(tài)胎壓監測系統、個(gè)性化的智能燈控系統、數字化顯示系統、動(dòng)態(tài)智能小環(huán)境空調系統以及其它舒適電子系統等。上述這些功能，對許多人來(lái)說(shuō)，似乎都似曾相識，但可能很少有人想過(guò)未來(lái)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)的復雜性以及這些功能的實(shí)現所受到的種種制約。思考一下就不難想象，上述任何一種功能，要落實(shí)到中低端車(chē)輛時(shí)，都將面臨著(zhù)嚴峻的挑戰。

作為汽車(chē)電子的領(lǐng)先廠(chǎng)商之一，英飛凌公司為解決上述挑戰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(chē)車(chē)身電子解決方案研討會(huì )上，英飛凌公司就如何解決上述種種挑戰，為與會(huì )的工程師們提供了很好的答案。

分布式車(chē)門(mén)解決方案更適合中國市場(chǎng)

為了實(shí)現車(chē)門(mén)區域的完美設計，業(yè)界推出了多種解決方案?？傮w上，目前車(chē)門(mén)解決方案可分為三大類(lèi)：

第一類(lèi)是中央處理架構。在這種架構中，采用功能強大的中央控制模塊。所有的終端負載（包括門(mén)控、燈控、面板、反射鏡、窗戶(hù)以及雨刷和除霜等）全部采用導線(xiàn)直接連接。這種方案的致命缺點(diǎn)是線(xiàn)束過(guò)多過(guò)長(cháng)，終端模塊多，可靠性差，耗油量大等。“雖然這種處理架構目前還是中國乃至亞洲市場(chǎng)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(gè)別小型車(chē)輛中還在使用。”英飛凌公司汽車(chē)、工業(yè)及多元化電子市場(chǎng)的高級經(jīng)理劉魯偉說(shuō)道。

第二類(lèi)是中央和分布式相結合的控制方案。在這種方案中，每個(gè)主要負載都用一個(gè)電子控制單元（ECU）來(lái)控制，各ECU與中央處理器之間的通信通過(guò)LIN和CAN來(lái)實(shí)現。該方案的優(yōu)點(diǎn)是重量輕、線(xiàn)束極少、可靠性高、節油等，但缺點(diǎn)是成本過(guò)高，當往中低端車(chē)輛推廣時(shí)面臨較大的成本壓力，故目前僅被某些高端車(chē)輛(如寶馬和奧迪等)采納。

圖1：英飛凌TLE8201門(mén)模塊方框圖。

第三類(lèi)控制處理架構為分布式門(mén)模塊處理架構。在這種架構中，沒(méi)有功能強大的中央處理器，而是采用分布式門(mén)模塊。該模塊承擔所控區域中的所有負載的控制功能。包括門(mén)本身、窗戶(hù)、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。該架構中，并行使用了CAN和LIN總線(xiàn)。CAN用于車(chē)前門(mén)的復雜控制傳輸，而LIN則應用于后門(mén)等簡(jiǎn)單控制的傳輸。該方案的一個(gè)主要特點(diǎn)就是沒(méi)有中心，相互之間節省了總線(xiàn)收發(fā)器的數量。從而降低了成本。這種方案的功能和架構目前具有廣泛的代表性。“基于成本和復雜度等考量，該方案在歐洲已成為主流方案，也特別適合亞洲市場(chǎng)上的中低端車(chē)輛，故也是英飛凌公司目前在亞洲市場(chǎng)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(mén)模塊為T(mén)LE8200系列。主要功能包括用于驅動(dòng)主控門(mén)鎖電機的全橋、多個(gè)支持死鎖、鏡位、折疊和除霜的半橋。還有多個(gè)驅動(dòng)大電流的高性能電子開(kāi)關(guān)，標準的SPI接口等。這些開(kāi)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(dòng)作引起的機械噪聲。另外，內含標準的16位SPI，以及各種保護功能，包括過(guò)溫、過(guò)壓和過(guò)流保護等，還具有完善的診斷功能。另外，劉魯偉還介紹：“通過(guò)采用這種方案，與第一種方案比較，僅這一項所節省的平均油料就高達0.2～0.3L/每百公里。”

圖2：英飛凌公司帶有SPI I/O的半橋驅動(dòng)器示意圖。

作為該方案中的總線(xiàn)模塊，功能也比較完善，主要包括中央門(mén)鎖和安全鎖控制、門(mén)燈控制；后視鏡X/Y軸調節、折疊和除霜加熱；電動(dòng)玻璃升降和堵轉檢測；完整的保護和診斷功能：蓄電池反接保護，過(guò)壓、欠壓、過(guò)熱、短路保護和相關(guān)故障狀態(tài)反饋，負載電流及負載開(kāi)路檢測；系統具有休眠和外部喚醒功能等。重要的是使線(xiàn)束接到了最少，可靠性得到了極大提高。

不過(guò)，根據一些用戶(hù)的觀(guān)點(diǎn)不難分析出，作為幾家主要的汽車(chē)電子半導體供應商，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(xiàn)比較全，能夠為工程師的方案設計提供了較大的方便。

堅持直接式TPMS方案不動(dòng)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。據有關(guān)資料顯示，中國由于輪胎問(wèn)題引起的重大安全事故已經(jīng)超過(guò)10%以上。為了解決這一問(wèn)題，業(yè)界研發(fā)出了TPMS這種主動(dòng)安全技術(shù)。如今，TPMS的重要性越來(lái)越顯現，已經(jīng)成為越來(lái)越多車(chē)輛的標配。

而目前，TPMS分為兩大類(lèi)，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(chē)輪的轉速。它是基于A(yíng)BS傳感器技術(shù)來(lái)實(shí)現的。檢測車(chē)輪的轉速，將其與存儲的標準值進(jìn)行比較，然后根據比較結果來(lái)判斷胎壓是否正常。這種技術(shù)具有可復用車(chē)內ABS傳感器，簡(jiǎn)單，無(wú)需電池，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。但其缺點(diǎn)也是比較明顯的，比如，精度過(guò)低，只有欠壓較多時(shí)，ABS傳感器才會(huì )有反應，另外，由于汽車(chē)不可能總是直線(xiàn)行駛，故理論上車(chē)輪的轉速都是不一致的，這就會(huì )形成許多錯誤告警，還有就是只能用于具有ABS的車(chē)輛。正是因為這些不足，在發(fā)達國家已經(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，傳感器傳感參數就是壓力本身。將壓力傳感器直接植入每一個(gè)輪胎中，進(jìn)而可以每時(shí)每刻監測每只輪胎的壓力。無(wú)線(xiàn)收發(fā)器將傳感器感應的數據通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式傳送到駕駛室內，從而無(wú)論是高速行駛狀態(tài)，還是慢速轉彎時(shí)，車(chē)主都可以動(dòng)態(tài)獲得精確的數據。當然也會(huì )設定標準范圍，當超出該范圍時(shí)，產(chǎn)生告警信息。

直接式傳感器的特點(diǎn)是直接、準確、免維、可靠，從而能夠提高安全技術(shù)的有效性。但其缺點(diǎn)就是復雜，需要為輪胎內的傳感器提供能量。正是這些缺點(diǎn)，影響了一些用戶(hù)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(zhuān)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，具有最高的匹配性，采用的是ASK/FSK調制方案，工作在350MHz和450MHz免許可頻段。除了能夠實(shí)現精確的胎壓監測外，還能提供準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(shí)現了極小的誤差，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(shí)現。

通過(guò)上述比較，兩種方案各自的特點(diǎn)已經(jīng)比較明了，這里無(wú)意做出孰優(yōu)孰劣的結論，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得無(wú)比自信，他說(shuō)：“間接式的性能根本無(wú)法達到用戶(hù)的要求，也無(wú)法與我們的產(chǎn)品相比。人們往往擔心能量問(wèn)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)達到十年。試問(wèn)，哪只輪胎的壽命可以達到十年呢？”另外，他還表示，能量的應用本身也有技巧，比如模塊中的收發(fā)器要用很大一部分能量，如果采樣頻率設計得更合理一些的話(huà)，節省能量的空間還很大。關(guān)于這一點(diǎn)，公司還有待對應用設計工程師作進(jìn)一步的正確引導。