汽車(chē)電子硬件設計的方法

在電子工程專(zhuān)輯上看到博主Rocky的一篇關(guān)于通信行業(yè)硬件設計的一篇文章，感嘆不同行業(yè)之間考慮的問(wèn)題是相似的，只是環(huán)境條件不同，功能有差異，可靠性要求有差異。甚至是汽車(chē)電子內部的不同產(chǎn)品之間的硬件設計，也略有些偏重方向上的差異。汽車(chē)電子的分支有很多，底盤(pán)和發(fā)動(dòng)機控制方向偏向于系統控制，能量轉換單元偏向于開(kāi)關(guān)電源的優(yōu)化還有娛樂(lè )類(lèi)的電子產(chǎn)品與消費電子的重合區間較多一些。而與舊日同事的工作內容的交流，大概也印證著(zhù)著(zhù)不同分支不同發(fā)展。

1.功耗

現在了解下來(lái)，12V鉛酸電池的容量大概在50～100Ah。這里所說(shuō)的功耗，不僅僅是指工作時(shí)候的功耗，也包括待機功耗。前者見(jiàn)于娛樂(lè )系統，萬(wàn)一把汽車(chē)玩沒(méi)電了，發(fā)動(dòng)不起來(lái)就搞笑了。前幾天做過(guò)一個(gè)實(shí)驗，用15V150A的電源是無(wú)法發(fā)動(dòng)汽車(chē)的，啟動(dòng)時(shí)候需要的瞬時(shí)功率是非常高的，也對電池的容量提出了較高的要求。而休眠的功耗將直接決定汽車(chē)的存放天數，雖說(shuō)電子設備越來(lái)越多，但是少于1個(gè)月就無(wú)法發(fā)動(dòng)還是讓人無(wú)法接受。特別是將來(lái)的PHEV和EV，電壓一低，主繼電器都無(wú)法吸合了。

2.可靠性

與通信設備（相信還是要細分為家庭用，野外用的）相比，惡劣的條件和與安全相關(guān)的屬性，以及人們越來(lái)越高的保修期的要求（韓國車(chē)企在美國的終身保修政策實(shí)在讓人覺(jué)得很有壓力），使得所有模塊的開(kāi)發(fā)模式都可能受到一定的改變。MTBF和功能故障DFMEA的結合使用，使得整個(gè)設計需要更為的全面。

3. 熱設計與熱分析

VOLT配置了三套冷卻系統，相信功率轉換單元越來(lái)越多的使用，將會(huì )加大對于整個(gè)模塊熱分析與熱設計的難度。當然當熱累積到一定程度，就得考慮從整個(gè)車(chē)里面排出去，器件級別的散熱設計反而相對而言比較簡(jiǎn)單（按照以前的計算和仿真結果，一般大功率應用中IGBT和MOSFET值得注意，其他的只要選好了合適的LDO一般問(wèn)題不大）。

4.器件采購與成本控制

有趣的是，本土的公司，都往往使用最好的芯片。這是以前從BYQ同事告訴我的，都用好東西才可能不會(huì )出錯，至少芯片一級可以提供支持和保證。先天的就去削減一些測試的費用，實(shí)際上降成本的前提，就是需要得到每個(gè)器件的stress和margin，才能進(jìn)行技術(shù)成本優(yōu)化。沒(méi)有金剛轉，別攬瓷器活。

5.DFM 和DFT

要是不能生產(chǎn)或者出廠(chǎng)了一些不合格品，代價(jià)會(huì )是讓人震驚。因此EOL的設備的造價(jià)往往高的嚇人。有些地方處于成本的考慮，還得在下線(xiàn)之前 calibration之后才能使用。

6.EMC和EMI

我以前覺(jué)得電子模塊的EMC和EMI挑戰很大，現在發(fā)現源頭可能是汽車(chē)上那么多線(xiàn)束。由于有著(zhù)諸多的感性負載和分布性的特點(diǎn)，上次電源供應商問(wèn)我12V電池本身出來(lái)是否有紋波？讓我覺(jué)得很詫異，到了車(chē)上，從哪些地方傳導耦合或者空間耦合過(guò)來(lái)一定幅度的噪聲都別覺(jué)得奇怪，未來(lái)電氣化的車(chē)子更是如此。其實(shí)整車(chē)級別的EMC才麻煩呢，君不見(jiàn)都是一輛輛打包出去測試滴。

7.法規和標準

我現在才發(fā)現有那么多的標準，地區的，行業(yè)的，國際的，國家的；主要以測試標準為主，還有安全標準等，前面有過(guò)一些介紹。幸好，國內的始終是最容易過(guò)的，如果大家想這么沒(méi)追求的話(huà)。

8.電源設計

這塊確實(shí)是一個(gè)較大的問(wèn)題，面對著(zhù)越來(lái)越集成的系統，傳統的LDO好像有些變化了。與Rocky相同的觀(guān)點(diǎn)也是，遇到模擬信號采集的時(shí)候，電源的誤差與干擾本身也是需要考慮進(jìn)去的，如果某些模擬傳感器線(xiàn)束太長(cháng)，可能需要對地線(xiàn)也做一些考慮。

9.噪聲和振動(dòng)

繼電器，大電感和其他磁性元件，都是可能發(fā)聲的。而且后兩者對振動(dòng)也是相對敏感的，未來(lái)電氣化的過(guò)程中將會(huì )使用大量的平板變壓器和大電感，相信這塊是設計的重災區。

對原本的11條觀(guān)點(diǎn)做了一些敘述吧，我感覺(jué)在以前該說(shuō)的已經(jīng)說(shuō)了一兩次了，該寫(xiě)的已經(jīng)寫(xiě)了一兩次。希望自己以一個(gè)產(chǎn)品/系統工程師的角度來(lái)關(guān)注和詮釋硬件設計方法，祝巖兄在此路上走得愉快些，以前的硬件組的同事們一切順利。