嵌入式技術(shù)助力汽車(chē)業(yè)應對54MPG法規帶來(lái)的挑戰

2012年8月，美國交通部國家公路交通安全管理局(NHTSA)和美國環(huán)保局(EPA)共同公布了全新的汽車(chē)業(yè)企業(yè)平均燃油經(jīng)濟性(CAFÉ)標準。里程數將以一種全新的方式定義，此外，汽車(chē)的“排放”將被納入效率評級中。

到2025年，目標燃油經(jīng)濟性將為每加侖54.5英里(MPG)。當今乘用車(chē)的平均燃油經(jīng)濟性為27.8mpg，要實(shí)現CAF的54.5mpg的目標，2021年前小轎車(chē)需每年平均提高5%的燃油經(jīng)濟性，而輕型卡車(chē)需每年提高3.5%，之后所有車(chē)輛需提高5%的燃油經(jīng)濟性。歐盟在降低能耗方面已遠遠超過(guò)了美國，并計劃在2020年以前實(shí)現65MPG的平均燃油經(jīng)濟性。

采用新一代動(dòng)力總成控制器，可整合更多的功能并大幅增加計算性能，可在提升燃油經(jīng)濟性的諸多方面(以及汽車(chē)尾氣排放)做出改進(jìn)。這個(gè)由控制器所控制的精密系統遠遠超出了傳統火花點(diǎn)火(SI)引擎和傳輸控制。包含混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)和插入式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)(帶發(fā)動(dòng)機、電池和系統管理電子)的要求迫使廠(chǎng)商采用與傳統改進(jìn)趨勢不同的控制技術(shù)。

安全和效率的高增長(cháng)需求

在動(dòng)力總成控制中正在出現一種相對不可預見(jiàn)的趨勢，即對汽車(chē)電子系統安全性的不斷需求。設計人員必須確保在規避任何燃料和排放控制機制時(shí)，不影響車(chē)輛控制單元。

當汽車(chē)電子在20世紀70年代首次推出時(shí)，所實(shí)現的控制功能非常簡(jiǎn)單——這些汽車(chē)電子是分離的，并且沒(méi)有連接到車(chē)輛的其他組件?？刂苹鸹ㄈ慕M件未與儀表盤(pán)的速度表或轉速表對接，也沒(méi)有無(wú)線(xiàn)移動(dòng)電話(huà)接口或音響系統。行車(chē)電腦是當時(shí)最先進(jìn)的功能，在當時(shí)僅僅處于起步階段。

隨著(zhù)時(shí)間的推移，更多的復雜電子以及更多的固定和便攜式組件(如無(wú)鑰門(mén)禁系統、音響系統、車(chē)載信息系統和無(wú)線(xiàn)通信)組合使人們可以訪(fǎng)問(wèn)深嵌在汽車(chē)中的控制系統。這些用戶(hù)可訪(fǎng)問(wèn)的系統可能包含個(gè)人和隱私信息，同時(shí)，嵌入式系統不可避免地影響到汽車(chē)的基本物理行為——如加速、制動(dòng)、和轉向。這些互聯(lián)功能的新特性意味著(zhù)，如果車(chē)輛的控制或信息系統受到侵害，盜賊便有機會(huì )從外部對車(chē)輛進(jìn)行破壞。

通向節能之路

作為汽車(chē)動(dòng)力總成微控制器(MCU)的主要供應商，飛思卡爾半導體以其在電子控制領(lǐng)域促進(jìn)汽車(chē)業(yè)開(kāi)拓同樣的方式應對了這些挑戰。

圖1顯示了2012年至2022年間，不同車(chē)輛的燃料消耗趨勢走向圖。通過(guò)減少車(chē)重和滾動(dòng)阻力并改進(jìn)空氣動(dòng)力特性可提高燃油經(jīng)濟性，但符合這些不斷變化的標準且最具經(jīng)濟效益和最實(shí)際的方法是改進(jìn)內燃機和汽車(chē)電器化。

如果制造商未遵守相關(guān)規定，可能會(huì )受到處罰。同樣，購買(mǎi)不符合標準汽車(chē)的用戶(hù)必須支付額外的汽車(chē)稅。為了減少在非節能高效型汽車(chē)上所支付的花費，汽車(chē)制造商可利用當前和未來(lái)的飛思卡爾Qorivva MCU(如MPC5676R和MPC5777M)所提供的不斷增加的性能和功能。

這些飛思卡爾MCU有許多通用特性，如Power Architecture內核、DMA控制器和串行通信接口。它們與上一代動(dòng)力總成MCU相似，允許傳統軟件遷移到最新實(shí)施方案中；然而，與十年前的老式MCU相比，性能提升了5倍，閃存存儲器大小增大了4倍。