動(dòng)力總成發(fā)展為域控制和區(qū)域控制

過去，當(dāng)車輛設(shè)計(jì)中的傳感器或執(zhí)行器需要更高的智能化水平，進(jìn)而需要更復(fù)雜的控制或通信時(shí)，設(shè)計(jì)人員會(huì)在設(shè)計(jì)中添加 MCU。但是，將不同車輛平臺(tái)中各種選件的額外復(fù)雜性綜合起來，會(huì)導(dǎo)致車輛系統(tǒng)描述很復(fù)雜，開發(fā)工作量增大，維護(hù)難度也更大。例如，進(jìn)行無線更新時(shí)需要對(duì)所有配置進(jìn)行測(cè)試，這會(huì)顯著增加該過程的時(shí)間和復(fù)雜性。

為了幫助克服復(fù)雜性、重量和成本方面的挑戰(zhàn)，人們提出了域控制架構(gòu)和區(qū)域控制架構(gòu)的概念。讓我們看看這些不同架構(gòu)對(duì)車輛內(nèi)的子系統(tǒng)有哪些要求。

在域架構(gòu)中，每個(gè)域?qū)⒏鶕?jù)相關(guān)功能來集成某些電子控制單元 (ECU)。例如，車載充電器、DC/DC 轉(zhuǎn)換器、牽引逆變器和 BMS 將包含 HEV/EV 控制域，并共享同一個(gè)集中式 MCU，如 圖 1 所示。這種架構(gòu)可以減少分布式 MCU 的數(shù)量，將功能放在鄰近位置以簡化連接，并將相同的功能集中到單個(gè) MCU 中來實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源的共享。例如，OBC 和逆變器不會(huì)同時(shí)運(yùn)行，但會(huì)共享算力。

區(qū)域架構(gòu)進(jìn)一步發(fā)展了域控制的概念，根據(jù)車輛中的功能位置將功能分組為不同區(qū)域并由 MCU 進(jìn)行控制，如圖 1 所示。由于區(qū)域之間的分布式傳感器和執(zhí)行器需要及時(shí)通信，因此這些區(qū)域通過高帶寬通信骨干網(wǎng)進(jìn)行連接。區(qū)域架構(gòu)在減少 MCU 數(shù)量需求的同時(shí)，還能降低線束的復(fù)雜性和重量，從而進(jìn)一步節(jié)省成本并延長行駛里程。硬件和軟件更新周期分離，因此汽車制造商可以采用基于服務(wù)的軟件結(jié)構(gòu)。

雖然域架構(gòu)和區(qū)域架構(gòu)具有不同的優(yōu)勢(shì)，并面臨不同的挑戰(zhàn)，但兩者也可以在交叉架構(gòu)內(nèi)共存于同一車輛中。例如，BMS 可以使用域控制方法，而自動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 可以使用區(qū)域控制方法。在攻克特定于應(yīng)用的功能安全和系統(tǒng)敏捷性挑戰(zhàn)后，通常，動(dòng)力總成后續(xù)會(huì)向域控制架構(gòu)或區(qū)域控制架構(gòu)轉(zhuǎn)變。按照最初的理念，需要盡可能集中 MCU 功能，這意味著 BMS 必須通過復(fù)雜或標(biāo)準(zhǔn)化的接口進(jìn)行通信，在邊緣沒有 MCU 智能。這種類型的實(shí)施方式可以滿足減少 MCU 數(shù)量的目標(biāo)。

但是，一項(xiàng)技術(shù)挑戰(zhàn)隨之而來：電芯或電池包的高壓芯片組數(shù)據(jù)（電壓、電流和溫度讀數(shù)以及相關(guān)的安全措施信息）將作為原始數(shù)據(jù)傳輸。由于故障檢測(cè)時(shí)間間隔、故障反應(yīng)時(shí)間間隔和安全狀態(tài)具有嚴(yán)格的定義，因此需要密切觀察和優(yōu)化接口的可用帶寬，并且區(qū)域控制或域控制 MCU 需要嚴(yán)格的時(shí)隙，以便在給定的時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)行處理。圖 3 比較了 BMS 中的嵌入式系統(tǒng)架構(gòu)。

提高高壓芯片組的智能水平或在 BMS 邊緣（例如在智能電池接線盒中）添加更小的安全 MCU，都可以簡化這一挑戰(zhàn)。通過在本地處理功能安全措施，不再需要在 BMS 內(nèi)發(fā)送除任務(wù)之外的任何數(shù)據(jù)：邊緣的本地安全 MCU 會(huì)向集中式 MCU 發(fā)送在本地獲取的 OK/NOK 數(shù)據(jù)，而非底層的原始數(shù)據(jù)，從而顯著減少時(shí)間并簡化帶寬挑戰(zhàn)。

雖然這種方法與減少 MCU 數(shù)量的初衷相矛盾，但會(huì)帶來進(jìn)一步的好處。本地 MCU 可以啟用控制器局域網(wǎng)靈活數(shù)據(jù)速率 (CAN-FD) 或以太網(wǎng) 10BASE-T1 等標(biāo)準(zhǔn)化接口，并進(jìn)一步引入統(tǒng)一的抽象層，從而幫助實(shí)現(xiàn)電池包多源策略以及跨車輛、跨平臺(tái)和跨代的兼容性。

讓我們來討論一下 BMS 中可以支持這些架構(gòu)并提高系統(tǒng)智能水平的一些技術(shù)。