在工程师眼中，什么才是理想的新能源汽车电子系统设计？上千种琳琅满目的板卡和器件，纷繁复杂的产品特性和参数，到底该如何构建电子系统的各个部分，要优先考虑些什么？实际上即便对于专业用户或者系统工程师来说，也会有一定的困惑和迷茫。那么我们不妨来想象一下：假设来到了一个超级庞大的汽车电子综合设计与验证中心，让我们看看经验丰富、技艺超群的工程师们如何做出各种选择，让电动汽车具有一颗颗强大的内“芯”，并且帮助整车系统实现卓越的功用和性能水平。
首先要拥有一个强大而全面的处理中心
作为汽车电子系统而言，其拥有既复杂又丰富的各种功能模块，需要有一个非常强大且全面的处理中心，对各个电子功能模块进行赋能和管理，发挥出最优化、最高效的性能。首先，工程师对这个处理中心的拓扑结构和功能进行规划，使其具备理想的处理性能和效率。构建“大而全”的处理中心，对于汽车电子系统非常重要而且关键，因为它要能够与汽车电子系统中的EEA（电子电气架构）、ADAS（高级驾驶辅助系统）、底盘系统、OBC/DCDC电源转换系统、逆变器、BMS电池管理系统、雷达等功能部分进行充分管理和协作，从而为车主带来绝佳的驾驶体验与安全保障。
为帮助构建这个至关重要的处理中心，大联大旗下品佳集团基于Infineon TC4D9+TLF4D985的Aurix StartKit，为汽车工程师提供了最合适的解决方案。该方案能够作为一个全能“处理中心”，为汽车电子系统中的所有功能组件提供赋能，加速汽车电动化、智能化、网联化的深度发展。
图注：AURIX™ TC4xx 系列MCU成就大而全的处理中心
如此强大的处理中心的秘密是什么呢？其中，针对于BMS部分，AURIX™ TC4xx 系列MCU通过其全新的强大PPU，实现先进的电池模型和算法，能够更准确预测电池状态(SOX)，并实现全阶电化学电池模型、人工神经网络和虚拟传感器等功能；牵引逆变器是电动汽车动力传动系统的大脑，通过TC4xx可实现同类最佳的系统效率和面向未来的功能（x-in-1）集成概念，其可靠的ASIL-D性能和强大的实时外设是优化控制策略的关键；在电源转换应用中，TC4xx采用全新eGTM定时器、高分辨率PWM和优化的ADC；EEA架构将导致配电的分散化以及数据和信号处理的集中化，针对这一特点，TC4xx利用多种通信接口的优势，实现了新型硬件路由加速器和配备了专用网络安全内核；为了使得汽车的雷达通道增加，具备更高的计算能力和更大的内存，TC4xx提供专用的信号处理单元(SPU)和直接访问内存（DMA）以提升雷达系统的性能表现；自动驾驶汽车依赖于一系列传感器，并需要将传感器通过高效可靠的系统连接，确保乘客安全。因此TC4xx还提供丰富的连接功能，如Gbit Ethernet，PCIe，10BASE-T1S Ethernet，CAN XL等，这些功能可实现快速数据传输、高带宽数据预处理和复杂的决策算法。有了更加高效的处理中心，用户能够节省时间和精力，享受便捷舒适的旅途。
卓越的充电、储能与电池管理，让用户抛开电动汽车的“用电”焦虑
电动汽车充电问题被认为是电动汽车推广的“最后一公里”，完善和进一步提升电动汽车充电系统，有助于缓解用户对新能源汽车的里程焦虑，扩大新能源汽车的消费市场。车载充电机OBC(On-Board Charger)是安装在新能源电动车内的零部件，它将交流充电桩输出的交流电转化为高压直流电，给整车高压动力电池充电。OBC在电动汽车中扮演着重要的角色，具备多种功能，其中最重要的是与BMS（电池管理系统）和车辆监控系统进行通信。此外，OBC还具有完备的安全防护功能。
除了谈及充电桩和车载OBC，实际上随着向数字化、分布式和脱碳能源基础设施的发展，电池储能系统(BESS)正在成为可持续性和能源效率方面的重要组成部分。最明显的例子是用作户用储能系统，通常与太阳能电池板和电网电力结合使用，对电动汽车和家用设备提供稳定的供电，尤其是电动汽车除了采用OBC车载充电机之外，也可以绕过OBC由电池储能系统为电动汽车的电池组进行直流充电。与此同时，电池储能系统的持续演进，也加大和提升了对更高效、更可靠功率转换系统的需求，其中最主要的组件之一就是DC-DC转换器。
在这里，设计工程师要考虑的，就不仅是汽车系统的充电性能，还要确保一台新能源汽车在高效充满电量的同时，其充电模块能够与电池储能系统、电源/电池管理系统和车辆监控系统皆能保持良好的协作。
大联大旗下友尚集团基于ST StellarE1 SR5E1 MCU的汽车OBC-DCDC方案，能够对车载OBC和电池储能系统皆发挥优异的功率转换能力。该方案旨在满足新型宽带隙功率技术SiC和GaN对功率转换应用（如OBC和DC/DC转换器）以及电机控制（如traction inverter应用）的增强型数字控制和高性能仿真要求。
图注：具备优异功率转换能力的汽车OBC-DCDC解决方案
SR5E1 MCU还提供卓越的实时和安全性能，具有最高的ASIL-D功能、安全加密服务（HSM）和高效OTA重编程功能。如果需要对这部分OBC/DCDC方案进行验证，还可以使用SR5E1-EVB7000P来做多种手段的评估。其中，可以基于MATLAB生成的OBC/DCDC控制环路算法代码运行时间进行评估；也可以基于SARADC及HRTIM复杂的发波时序及精度评估；还可以使用逻辑分析仪或示波器等工具接入评估板HRTIM及SARADC引脚，验证配置好的HRTIM发波时序是否满足需求。此外，用户可以基于SR5E1-EVB7000P快速配置底层代码，加快OBC/DCDC项目的软件开发进程。用户的充电焦虑通过OBC-DCDC方案完美地得到了解决。
除了对车载OBC和电池储能系统提供有力保障，工程师还考虑在电动汽车行驶中以及储能系统向诸多辅助系统供电过程中，需要以卓越的电源/电池管理芯片来实现灵活高效的监测与控制，这就是重要的电池管理系统(BMS)。BMS可以监测电池和可能产生的故障情况，防止电池出现性能下降、容量衰减、甚至可能危害用户或周围环境的情况。BMS同时负责提供精确的电池充电状态(SOC)和健康状况(SOH)估计，以确保在电池的整个生命周期内提供丰富的信息以及安全的用户体验。
除了动力用电，为各种辅助设备可靠供电也至关重要
首先让汽车电子系统具备了一个强大而全面的处理中心，又解决了车辆的电能保障水平，工程师接下来考虑的，就是除了用于驱动车辆行驶的电力之外，车辆其他的多方面辅助系统如何能有效地保证电能配置。电动汽车辅助电源系统正是为了满足车辆日常运行过程中的辅助电能需求而设计，它包括一系列的设备与电池组成，所提供的电能主要用于供应各种辅助设备的工作，其中包括灯光系统、制动系统、冷暖气系统、娱乐系统等。
从构成上来看，电动汽车辅助电源系统包括电池组、充电系统、交流/直流转换器、辅助设备和电能管理系统等组成部分。通过这些设备和系统的协调工作，电动汽车可以为用户提供各种舒适和安全的辅助功能。
图注：InnoSwitch3系列返驰式切换开关具有更高输出功率和效率
为满足辅助电源系统的设计需求，工程师选择了大联大旗下诠鼎集团基于Power Integrations的PI InnoSwitch3-AQ INN3949CQ方案。该方案用于60W功率、800Vdc Bus总线结构，输入电压范围50-1000Vdc。除此之外，InnoSwitch3系列返驰式切换开关IC由于进一步扩充了900V氮化镓(GaN)与1700V碳化硅(SiC)技术，因此新款IC通过采用专有PowiGaN技术可让输出功率高达100W，效率超过 93%，不仅省去了使用散热片的需求，还简化了设计。InnoSwitch3设计还提供卓越的轻载效率，是在低功率睡眠模式下为电动车辆提供辅助电源的理想选择。符合 AEC-Q100 标准的 InnoSwitch3-AQ 系列特别适用于采用400V/800V总线系统的电动车辆，其中900V PowiGaN与1700V SiC切换开关可提供 12V电池更换系统所需的更大功率和更高的设计余裕，与硅基转换器相比效率更高。虽然是辅助设备的充电，对于用户来说也非常重要，在这方面，诠鼎集团的PI InnoSwitch3-AQ INN3949CQ方案为充电提供了更多选择。
用UWB实现车钥，让用户拥有更好的爱车专属感
UWB车钥匙是一种利用超宽带无线通讯技术（Ultra-Wideband, UWB）实现的汽车数字钥匙。它通过智能手机等设备，实现汽车的远程控制、解锁、启动等功能。UWB技术具有宽频带、低辐射功率和高定位精度等特点，与传统的蓝牙钥匙相比，UWB车钥匙具有更高的安全性和定位精度。
对于UWB部分的设计，工程师认为其关键在于让车辆的使用者能够拥有更好的“车辆专属感”，享受车辆的“主动式”就绪以及“迎接主人”状态所带来的愉悦感。
在这个设计部分，工程师选用的是大联大旗下世平集团基于恩智浦的UWB 3D定位算法与上位机方案。该方案采用了恩智浦的 S32K144、NCJ29D5D与KW38产品，UWB 3D DEMO利用双边双向测距方式进行测距，距离数据传输至BCM处理，结合3D算法计算出钥匙在三维空间上的坐标，并且对钥匙在DEMO基站内部和钥匙环绕DEMO基站外部测试UWB定位效果。UWB 3D上位机基于Python与GUI开发，通过UART通信方式实现板与PC间传输数据，上位机可在三维界面中实时显示UWB钥匙坐标，设置有迎宾区、解锁区，通过动画演示车门解锁等应用场景！在实现了更高的厘米级定位精度，以及更强的高度安全防中继能力的同时，为用户带来了更好的车辆迎宾状态体验。
图注：UWB 3D车钥匙设计方案
综上所述，到这里工程师终于能够将前面所考虑的各个设计环节所使用的系统板块进行整合，再综合到新能源汽车电子系统设计的全部结构与组件的工业仿真模型中，进行总体性验证和调试。于是，又一款包含领先性汽车电子整体解决方案的新能源汽车即将投入生产了。
番外：成功设计背后的动因
我们之所以能够跟随汽车电子系统设计工程师经历这场成功的设计旅程，是因为有强大的技术平台、多元化的解决方案集合以及技术支持队伍的加持，这些共同构成了领先的开发资源与开发环境，十分有利于为汽车厂商高效地交付完备的电子系统设计，帮助推动汽车厂商在日益激烈的市场竞争中，实现更好的整体性价比，获得更大的商业价值。
国内汽车产业新车面市和迭代速度的大幅加快，对电子系统设计高质量交付的周期产生更大的压力。与此同时，汽车厂商在车辆“电动化、网联化、智能化、软件化”等方面的需求，也使得汽车电子系统设计在功能丰富性、系统复杂度、灵活多变性、稳定可靠性等诸多方面面对新的挑战。
大联大推出了汇聚内、外部工程师，促进互助和分享并具备出色解决问题能力的首选技术平台——大大通，号称“研发者心中的翰林院”，通过这一平台在第一时间提供最适合客户需求和最具领先性的解决方案。大联大旗下拥有世平、品佳、诠鼎、友尚四个主要集团，他们汇聚了上百条产品线、数百个方案的丰富资源，涵盖大联大内部的方案、原厂的最新方案以及行业优质合作方案商（IDH）的方案，并且在汽车厂商的车型设计规划早期，就开始与汽车厂商充分开展合作。通过为汽车厂商开发和提供理想的电子系统设计，帮助他们实现车型设计理念和各方面能力水平。同时，大联大在供应链方面具备丰富资源和专业化能力，能够为客户提供稳定可靠、灵活调配和成本有效的供应链支持与服务。
当前，大联大已经与汽车厂商、原厂、合作伙伴等一同努力构建了理想的生态系统，并在为最大化地发挥汽车电子系统的卓越价值不懈努力。
