詳解富士通新能源汽車(chē)設計的核心技術(shù)

中國汽車(chē)行業(yè)繼續穩坐全球汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)量第一的“寶座”，但隨之而來(lái)的卻是一連串的社會(huì )問(wèn)題：原油對外依存度超過(guò)50%的國際公認安全警戒線(xiàn);汽車(chē)尾氣占城市廢氣超過(guò)65%…..新能源汽車(chē)為全球解決傳統能源汽車(chē)帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題和能源問(wèn)題提供了最佳的機會(huì )，成為全球持續關(guān)注的熱點(diǎn)。在近日舉行的中國(重慶)汽車(chē)電子高峰論壇上，基于新能源汽車(chē)的電子設計也成為熱點(diǎn)話(huà)題。

“其實(shí)，除了不一樣的驅動(dòng)方式，新能源汽車(chē)與傳統汽車(chē)并無(wú)本質(zhì)的區別，更佳的駕駛與乘坐體驗和更高安全性依然是汽車(chē)設計的主要挑戰?！?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/富士通">富士通半導體(上海)有限公司市場(chǎng)總監王鈺指出，“在舒適性和安全性上，視頻技術(shù)獲得越來(lái)越廣泛的應用，而電機作為新能源汽車(chē)的核心部件，高效率、高性能的控制技術(shù)是實(shí)現舒適性和安全性的重要保障?！痹诒緦谜搲?，富士通向中國汽車(chē)電子廠(chǎng)商和整車(chē)廠(chǎng)商展示了解決新能源汽車(chē)設計挑戰的領(lǐng)先汽車(chē)電子系統解決方案。

電機控制是新能源汽車(chē)的關(guān)鍵

變頻概念近年來(lái)成為包括空調、洗衣機、電冰箱等家電產(chǎn)品的絕對熱點(diǎn)，其中的關(guān)鍵即是電機的控制技術(shù)。而作為新能源汽車(chē)的核心部件，電動(dòng)汽車(chē)電機控制要求更高——電機的平穩運轉、快速啟動(dòng)和制動(dòng)以及電機效率背后都涉及到電機控制的關(guān)鍵技術(shù)，將直接關(guān)系到電能利用效率、整車(chē)性能、駕駛體驗以及車(chē)輛行駛安全。

作為傳統消費和工業(yè)電機控制方案的全球主要供應商，富士通在新能源汽車(chē)電機控制上也走在了前列，其32位電機控制MCU MB91F267NA已經(jīng)取得不少成功應用。日前，富士通再次針對新能源汽車(chē)對電機控制的獨特需求，發(fā)布了3款電動(dòng)汽車(chē)電機控制MCU MB91580系列。作為高性能32位閃存嵌入微控制器(MCU)的FR家族成員，該系列產(chǎn)品可廣泛應用于電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)的電機控制。該系列節能汽車(chē)驅動(dòng)電機控制芯片擁有專(zhuān)用嵌入旋轉變壓器感應器接口，能夠開(kāi)拓性地控制電動(dòng)汽車(chē)和混合動(dòng)力汽車(chē)中使用的三相電機。

圖1：電機控制MCU發(fā)展路線(xiàn)圖

隨著(zhù)新能源汽車(chē)技術(shù)逐漸成熟，電機控制系統面臨越來(lái)越高的要求：用于無(wú)傳感器矢量控制的復雜算法和高級建模需要出色的處理能力;需要具有性能、效率、易用性以及成本方面的綜合優(yōu)勢。MB91580系列就內置可適用于電動(dòng)及混合汽車(chē)電機控制的CPU內核和外設功能，值得一提的是旋轉變壓器感應器內置了專(zhuān)用接口電路，可降低系統成本，并通過(guò)實(shí)現驅動(dòng)電機必須的高轉矩響應控制過(guò)程達到改善電機運行和降低能耗的目的。

高效率、低成本地實(shí)現高轉矩汽車(chē)電機的控制過(guò)程極具挑戰性。MB91580系列通過(guò)集成關(guān)鍵外設功能實(shí)現了降低系統成本、高速反饋控制，達到改善電機運行和低能耗的目的。MB91580集成的主要功能特性還包括：具有高精度檢測電流和電機位置的12位A/D轉換器和R/D轉換器，R/D轉換器檢測電角度，與檢測三相電流的A/D轉換器同步;集成專(zhuān)用計算電路，因此可自動(dòng)計算內置R/D轉換器檢測到的電角度的正弦和余弦值?！俺私鉀Q方案本身的性能特性外，電機控制相關(guān)算法也非常關(guān)鍵。富士通可以提供包括成熟的180度變頻控制在內的各種核心關(guān)鍵算法，因此在新能源汽車(chē)的電機控制領(lǐng)域具有特殊的技術(shù)優(yōu)勢?！蓖踱曋赋?。

高性能電機控制系統通常包括核心伺服功能、運動(dòng)描述和主機通信功能，對處理器的處理能力提出了很高的要求。而MB91580系列內置高性能CPU內核，集成在160DMIPS高性能CPU內的專(zhuān)用浮點(diǎn)運算單元利用內置外設功能生成的信息處理向量轉換和PID控制運算，該特性通過(guò)實(shí)現進(jìn)一步快速反饋控制可以改善電機運行和降低能耗。

作為新能源汽車(chē)的核心部件。電機控制不僅關(guān)系著(zhù)整車(chē)性能還與行車(chē)安全息息相關(guān)。在富士通的電機控制MCU設計中充分考慮了安全特性，通過(guò)6大安全機制來(lái)保證系統運行的安全可靠，包括：在系統啟動(dòng)前進(jìn)行MCU的自我診斷、總線(xiàn)自診斷、RAM的自診斷;程序非法運行時(shí)非法輸出端口保護;系統運行期間進(jìn)行總線(xiàn)診斷、RAM錯誤糾正、閃存錯誤糾正。據透露，富士通在未來(lái)的產(chǎn)品計劃中，還將增加核心MCU的冗余設計(例如雙核或多核)以實(shí)現更強的系統保護。



圖2：電機控制MCU融合了六大安全保障特性。

視頻技術(shù)提升用戶(hù)體驗和安全特性

知名調研機構iSuppli指出，一線(xiàn)供應商在為汽車(chē)開(kāi)發(fā)系統時(shí)，必須滿(mǎn)足三大關(guān)鍵條件，其中之一是必須支持視頻顯示和反饋。事實(shí)上，近年來(lái)汽車(chē)電子領(lǐng)域最具吸引力且成長(cháng)最快的部分為基于顯示終端的車(chē)載信息娛樂(lè )系統以及虛擬儀表系統。這些電子系統需要高性能的視頻圖像處理能力，要求高速進(jìn)行大量實(shí)時(shí)成像數據的復雜處理?！案皇客ǚ浅Ｖ匾曔@塊業(yè)務(wù)市場(chǎng)，目前富士通占有該領(lǐng)域全球領(lǐng)先的市場(chǎng)份額?！蓖踱曋赋?。

在本屆汽車(chē)電子峰會(huì )上，富士通公司重點(diǎn)展示了基于領(lǐng)先視頻處理技術(shù)的三維全景系統，吸引了與會(huì )專(zhuān)業(yè)人士的極大興趣。這種基于MB86R11“Emerald-L”2D/3D圖像SoC的全景視頻系統支持前后左右四個(gè)攝像頭進(jìn)行汽車(chē)周邊環(huán)境的實(shí)時(shí)全景視頻監測。據悉，MB86R11采用了獨特的視頻處理算法，四個(gè)攝像頭采集的圖像通過(guò)芯片進(jìn)行視頻捕捉、3D繪圖后，呈現給駕駛員的是LCD上清楚顯示的車(chē)周全景圖像，實(shí)現身臨其境的視覺(jué)效果，使駕駛員在停車(chē)、行車(chē)、轉彎等條件下都能準確進(jìn)行周邊行車(chē)條件的判斷。由于芯片本身集成了高性能的圖形處理和中央處理器、存儲器控制器，通過(guò)硬件的方式實(shí)現實(shí)時(shí)的四路視頻信息處理，避免了一般視頻處理芯片進(jìn)行大量實(shí)時(shí)視頻信息處理時(shí)的性能瓶頸。



圖3：汽車(chē)中視頻、圖像顯示應用。

全景視頻監控是先進(jìn)的視頻處理技術(shù)的一種應用之一，MB86R11還可以支持汽車(chē)數字儀表板和導航系統的圖像顯示，以及在中高端汽車(chē)中將大量采用的基于圖形芯片的虛擬儀表技術(shù)。除MB86R11以外，富士通去年還推出了采用MB91590系列主芯片設計的圖形化汽車(chē)儀表參考方案，支持GDC強大圖形功能和倒車(chē)輔助影像顯示，同期還針對采用段型液晶顯示的儀表板推出了兩款MB91570系列產(chǎn)品。

事實(shí)上，基于MB86R11實(shí)現的全景視頻功能不僅僅可以給汽車(chē)駕駛帶來(lái)360度的無(wú)障礙視覺(jué)效果，強大的視頻處理能力還可以實(shí)現更多的安全功能?！霸摲桨缚梢越Y合智能視頻識別技術(shù)，實(shí)現包括路基識別、分界線(xiàn)識別、各種安全標示識別等主動(dòng)安全功能?！蓖踱暠硎?。此外，處理能力超強的視頻芯片還可以進(jìn)行更多的安全應用功能擴展，例如基于指紋識別的防盜功能、影像倒車(chē)輔助功能以及行車(chē)記錄儀，等等。據悉，目前該芯片的汽車(chē)全景視覺(jué)應用已經(jīng)可提供完整的參考設計，并實(shí)現了包括主動(dòng)安全功能在內的多種功能開(kāi)發(fā)。

緊密合作解決廠(chǎng)商技術(shù)困惑

常規汽車(chē)電子成本比重為17%，混合動(dòng)力電子成本在40%左右，而純電動(dòng)汽車(chē)的電子元器件占整車(chē)的成本將增加到60%，電子電路對于整車(chē)功能、性能和成本的影響將起決定性作用?！靶履茉窜?chē)的電控技術(shù)更復雜，整車(chē)廠(chǎng)必須進(jìn)行復雜的功能邏輯開(kāi)發(fā)、算法研究和基于模型的仿真測試，這些對于我們來(lái)說(shuō)都面臨挑戰，希望方案提供商給予更多的技術(shù)支持?！睍?huì )場(chǎng)一位來(lái)自國內某知名汽車(chē)廠(chǎng)商的技術(shù)研發(fā)負責人坦率提出了自己困惑。

事實(shí)上，為順利地將半導體方案運用于產(chǎn)品設計中，半導體公司一般都會(huì )提供個(gè)各種支持工具。例如，針對車(chē)載視頻功能開(kāi)發(fā)，富士通公司可以向工程師提供初學(xué)者套件、樣本程序及方便設計者通過(guò)可視化測試顯示屏設計的圖形設計工具，并提供圖形庫?！安粌H功能和邏輯設計很關(guān)鍵，整車(chē)廠(chǎng)商還必須進(jìn)行大量的現場(chǎng)測試，這也是非常重要的工作。我們給客戶(hù)提供成熟的參考設計方案并支持基于參考設計的應用開(kāi)發(fā)的同時(shí)，還基于現場(chǎng)支持的豐富經(jīng)驗，對客戶(hù)測試中的問(wèn)題給予指導，這對于廠(chǎng)商加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、提高產(chǎn)品性能非常關(guān)鍵?！蓖踱曋赋?，“特別是新能源汽車(chē)的核心電機控制方面，我們擁有一支非常強大的中國本土研發(fā)團隊專(zhuān)門(mén)針對電機控制和驅動(dòng)技術(shù)進(jìn)行研發(fā)，豐富的應用開(kāi)發(fā)經(jīng)驗讓我們的產(chǎn)品方案更適合中國本土客戶(hù)?！?BR>
如何降低新能源汽車(chē)成本成為汽車(chē)行業(yè)人士關(guān)注的共同話(huà)題，而作為占據純電動(dòng)車(chē)成本60%以上的半導體器件非常關(guān)鍵?！拔覀円呀?jīng)推出和即將推出的