英飞凌力推车身电子系统级解决方案

　　随着汽车市场的激烈竞争，人们对汽车驾乘舒适性和个性化的不断追求，以往许多只有高级车辆才具有的功能，目前正在加速进入中档乃至低端车辆。而这些功能中绝大部分都与车身电子相关联，包括自动灵巧的车门区域控制、精确的动态胎压监测系统、个性化的智能灯控系统、数字化显示系统、动态智能小环境空调系统以及其它舒适电子系统等。　　上述这些功能，对许多人来说，似乎都似曾相识，但可能很少有人想过未来的先进技术究竟是什么样，更少有人去深入思考其技术的复杂性以及这些功能的实现所受到的种种制约。思考一下就不难想象，上述任何一种功能，要落实到中低端车辆时，都将面临着严峻的挑战。 　　作为汽车电子的领先厂商之一，英飞凌公司为解决上述挑战提供了一系列的整体解决方案。在刚刚落幕的2007年英飞凌汽车车身电子解决方案研讨会上，英飞凌公司就如何解决上述种种挑战，为与会的工程师们提供了很好的答案。 　　分布式车门解决方案更适合中国市场 　　为了实现车门区域的完美设计，业界推出了多种解决方案。总体上，目前车门解决方案可分为三大类： 　　第一类是中央处理架构。在这种架构中，采用功能强大的中央控制模块。所有的终端负载（包括门控、灯控、面板、反射镜、窗户以及雨刷和除霜等）全部采用导线直接连接。这种方案的致命缺点是线束过多过长，终端模块多，可靠性差，耗油量大等。“虽然这种处理架构目前还是中国乃至亚洲市场上的主流方案，但考虑到上述种种弊端，该方案在欧美已经逐渐减少，尤其是在欧洲，已经基本上被淘汰。只剩下个别小型车辆中还在使用。”英飞凌公司汽车、工业及多元化电子市场的高级经理刘鲁伟说道。 　　第二类是中央和分布式相结合的控制方案。在这种方案中，每个主要负载都用一个电子控制单元（ECU）来控制，各ECU与中央处理器之间的通信通过LIN和CAN来实现。该方案的优点是重量轻、线束极少、可靠性高、节油等，但缺点是成本过高，当往中低端车辆推广时面临较大的成本压力，故目前仅被某些高端车辆(如宝马和奥迪等)采纳。

图1：英飞凌TLE8201门模块方框图 　　第三类控制处理架构为分布式门模块处理架构。在这种架构中，没有功能强大的中央处理器，而是采用分布式门模块。该模块承担所控区域中的所有负载的控制功能。包括门本身、窗户、锁、踏板灯、警示灯和其他各种信号灯、各种镜子以及相关的面板显示等。该架构中，并行使用了CAN和LIN总线。　　CAN用于车前门的复杂控制传输，而LIN则应用于后门等简单控制的传输。该方案的一个主要特点就是没有中心，相互之间节省了总线收发器的数量。从而降低了成本。这种方案的功能和架构目前具有广泛的代表性。“基于成本和复杂度等考量，该方案在欧洲已成为主流方案，也特别适合亚洲市场上的中低端车辆，故也是英飞凌公司目前在亚洲市场主推的方案。”该公司技术工程师陈琪介绍。 　　英飞凌公司支持这种方案的门模块为TLE8200系列。主要功能包括用于驱动主控门锁电机的全桥、多个支持死锁、镜位、折叠和除霜的半桥。还有多个驱动大电流的高性能电子开关，标准的SPI接口等。这些开关取代了原有的继电器方案，在可靠性方面得到了很大改善，也根除了继电器动作引起的机械噪声。　　另外，内含标准的16位SPI，以及各种保护功能，包括过温、过压和过流保护等，还具有完善的诊断功能。另外，刘鲁伟还介绍：“通过采用这种方案，与第一种方案比较，仅这一项所节省的平均油料就高达0.2～0.3L/每百公里。”

图2：英飞凌公司带有SPI I/O的半桥驱动器示意图 　　作为该方案中的总线模块，功能也比较完善，主要包括中央门锁和安全锁控制、门灯控制；后视镜X/Y轴调节、折叠和除霜加热；电动玻璃升降和堵转检测；完整的保护和诊断功能：蓄电池反接保护，过压、欠压、过热、短路保护和相关故障状态反馈，负载电流及负载开路检测；系统具有休眠和外部唤醒功能等。重要的是使线束接到了最少，可靠性得到了极大提高。 　　不过，根据一些用户的观点不难分析出，作为几家主要的汽车电子半导体供应商，虽然其产品各有千秋，但大同小异，而英飞凌公司的产品线比较全，能够为工程师的方案设计提供了较大的方便。 　　坚持直接式TPMS方案不动摇 　　如何有效控制高速行驶中的轮胎爆胎，一直是世界性的难题。据有关资料显示，中国由于轮胎问题引起的重大安全事故已经超过10%以上。为了解决这一问题，业界研发出了TPMS这种主动安全技术。如今，TPMS的重要性越来越显现，已经成为越来越多车辆的标配。 　　而目前，TPMS分为两大类，一种是间接式方案，一种是直接式方案。 　　在间接式方案中，采集的原始变量不是胎压本身，而是中间变量，即车轮的转速。它是基于ABS传感器技术来实现的。检测车轮的转速，将其与存储的标准值进行比较，然后根据比较结果来判断胎压是否正常。　　这种技术具有可复用车内ABS传感器，简单，无需电池，可靠性高等优点。但其缺点也是比较明显的，比如，精度过低，只有欠压较多时，ABS传感器才会有反应，另外，由于汽车不可能总是直线行驶，故理论上车轮的转速都是不一致的，这就会形成许多错误告警，还有就是只能用于具有ABS的车辆。正是因为这些不足，在发达国家已经逐步推广更先进的直接式TPMS技术。 　　直接式TPMS技术，顾名思义，传感器传感参数就是压力本身。将压力传感器直接植入每一个轮胎中，进而可以每时每刻监测每只轮胎的压力。无线收发器将传感器感应的数据通过无线方式传送到驾驶室内，从而无论是高速行驶状态，还是慢速转弯时，车主都可以动态获得精确的数据。当然也会设定标准范围，当超出该范围时，产生告警信息。 　　直接式传感器的特点是直接、准确、免维、可靠，从而能够提高安全技术的有效性。但其缺点就是复杂，需要为轮胎内的传感器提供能量。正是这些缺点，影响了一些用户对这种技术的信心。 　　英飞凌公司采用的正是直接式TPMS方案。方案中包括射频TPMS模块SP30，TDK5100系列发射器，TDA5200系列的接收器，以及RISC微控制器以及采用公司专利技术的三层堆叠的传感器等。完善的产品链自成系统，具有最高的匹配性，采用的是ASK/FSK调制方案，工作在350MHz和450MHz免许可频段。除了能够实现精确的胎压监测外，还能提供准确的温度检测和加速度检测。压力范围为100-450kPa，而温度范围和加速度范围则分别为-40～+125℃和-12～115g。该模块实现了极小的误差，在常态下的压力误差仅为±7kPa。所有功能均在仅有104.5平方毫米的柔性PCB上实现。 　　通过上述比较，两种方案各自的特点已经比较明了，这里无意做出孰优孰劣的结论，读者自有合理的判定。该公司刘鲁伟经理对其直接式方案也表现得无比自信，他说：“间接式的性能根本无法达到用户的要求，也无法与我们的产品相比。　　人们往往担心能量问题，但是目前我们植入轮胎的传感器产品的电池寿命已经达到十年。试问，哪只轮胎的寿命可以达到十年呢？”另外，他还表示，能量的应用本身也有技巧，比如模块中的收发器要用很大一部分能量，如果采样频率设计得更合理一些的话，节省能量的空间还很大。关于这一点，公司还有待对应用设计工程师作进一步的正确引导。