汽車芯片與BMS，新時(shí)代智能駕駛背后的兩大頂梁柱

作為一個(gè)現(xiàn)代化的智能汽車，控制、輔助以及娛樂系統(tǒng)都依仗芯片，續(xù)航的保證則是電池，而電池管理系統(tǒng)（BMS）不論是對(duì)日常監(jiān)控或者充電控制來說都至關(guān)重要。

就拿特斯拉來說，Autopilot 3.0平臺(tái)的強(qiáng)大之處就在于自研的FSD芯片，甚至請(qǐng)出了傳奇芯片大師Jim Keller著手芯片開發(fā)。而特斯拉做到極高里程數(shù)的關(guān)鍵就是其電池與BMS，在收購Maxwell后，特斯拉不僅籌劃了新的鋰電池研發(fā)中心和制造工廠，還宣布將于今年9月15日的電池日上公布四項(xiàng)技術(shù)突破。

汽車的“軀干”——芯片與控制

汽車芯片作為車身上不可或缺的一部分，如今雖然仍保留著發(fā)動(dòng)機(jī)控制和轉(zhuǎn)向控制這樣的原始功能，隨著人們對(duì)汽車性能要求的不斷提高，也在往趨于復(fù)雜的方向演化。比如更加多樣化、智能化的車載信息娛樂系統(tǒng)（IVI），更加安全的ADAS和自動(dòng)駕駛系統(tǒng)等。
瑞薩電子中國汽車解決方案事業(yè)部部長林志恩在接受電子發(fā)燒友采訪時(shí)提到，就目前的出貨量來看，IVI芯片的出貨量仍大于ADAS/AD產(chǎn)品的出貨量。自動(dòng)駕駛與駕乘人的生命安全緊密相關(guān)，因此OEM在導(dǎo)入ADAS和自動(dòng)駕駛時(shí)會(huì)非常謹(jǐn)慎。除了技術(shù)本身成熟度之外，各國實(shí)際交通情況、駕駛習(xí)慣、駕駛行為歸責(zé)等諸社會(huì)環(huán)境不同，在自動(dòng)駕駛落地上會(huì)面臨諸多挑戰(zhàn)。IVI和ADAS/AD都將繼續(xù)增長，但增速來看，預(yù)計(jì)未來一段時(shí)間內(nèi)，IVI類芯片還是會(huì)更高。

隨著各大汽車廠商往更高等級(jí)的自動(dòng)駕駛推進(jìn)，尤其是L3+以上的自動(dòng)駕駛，汽車芯片在該應(yīng)用領(lǐng)域也面臨著新一輪的挑戰(zhàn)。林智恩部長指出，進(jìn)入到L3級(jí)別的開發(fā)后，迎面而來的挑戰(zhàn)就是傳感器數(shù)量的急劇增多，系統(tǒng)復(fù)雜性顯著增強(qiáng)，因此OEM廠商需要和其他合作伙伴獎(jiǎng)勵(lì)一個(gè)可兼容的生態(tài)系統(tǒng)，攜手開發(fā)。
如今的自動(dòng)駕駛汽車可不僅僅需要攝像頭而已，就拿索尼在今年CES上展示的概念車Vision-S來說，這輛電動(dòng)汽車在車內(nèi)外嵌入了33個(gè)不同的傳感器，其中包含了遍布車身的攝像頭，位于車前車后的毫米波雷達(dá)和超聲波雷達(dá)，車前的固態(tài)激光雷達(dá)等。

對(duì)于如此多傳感器的數(shù)據(jù)處理，汽車芯片的性能也就成了設(shè)計(jì)者必須考慮的參數(shù)。其次是安全性上的挑戰(zhàn)，汽車芯片應(yīng)當(dāng)在追求高算力的同時(shí)，保證功能安全。就拿瑞薩第三代R-Car SoC來舉例，該系列SoC基于Arm? Cortex?-A57/A53處理器，采用了Arm64位的CPU架構(gòu)，還自帶CNN和CV等硬件加速器，很適合自動(dòng)駕駛內(nèi)加入的復(fù)雜算法。R-Car SoC同時(shí)使用了CPU鎖步冗余設(shè)計(jì)方式，確保了芯片和系統(tǒng)可以達(dá)到ISO26262（ASIL-B）的功能安全要求。
那么除了高算力、安全性，還有什么是汽車OEM所考慮的參數(shù)呢？林志恩分享了他的見解：高算力依然是未來智能出行系統(tǒng)中不可或缺的基礎(chǔ)能力，在駕駛環(huán)境感知、判斷、實(shí)時(shí)控制這樣的關(guān)鍵駕駛環(huán)節(jié)，以及與物聯(lián)網(wǎng)、終端通信的車內(nèi)信息娛樂系統(tǒng)，都需要高算力作為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)AI基數(shù)。但功耗也是必須考慮的要素，汽車芯片要在實(shí)現(xiàn)更大算力的同時(shí)，保證低功耗。

針對(duì)未來汽車芯片的創(chuàng)新，林部長認(rèn)為多應(yīng)用集成是其中的一大突破方向。瑞薩電子于去年發(fā)布的cross-domain MCU RH850/U2A就起到了這一用途，該芯片不僅可以幫助客戶提高開發(fā)效率，縮短新車型的開發(fā)時(shí)間，同時(shí)支持虛擬化和OTA升級(jí)，從而支持底盤/安全、車身、域控制和中低端網(wǎng)關(guān)應(yīng)用中的操作，滿足底盤/安全應(yīng)用所需的ASIL-D級(jí)功能安全。

汽車的“心臟”——電池與管理

新能源充電樁作為新基建的七大項(xiàng)目之一，現(xiàn)已在我國開始全面部署，此舉也有助于電動(dòng)汽車的普及。而對(duì)于汽車本身來說，與充電樁密切相關(guān)的部分就是車載電池和BMS。

對(duì)于早在汽車電池行業(yè)深耕多年的ADI來說，最優(yōu)秀的BMS解決方案是占據(jù)絕對(duì)市場份額的關(guān)鍵所在。ADI 的多節(jié)電池、高電壓電池組監(jiān)視器系列是完整的電池監(jiān)視 IC，它們內(nèi)置了16位ADC、精準(zhǔn)的電壓基準(zhǔn)、一個(gè)高電壓輸入多路復(fù)用開關(guān)MUX和一個(gè)SPI/isoPSI接口。可以把這些器件以菊花鏈的方式串聯(lián)起來（無需使用光耦合器或光隔離器）以監(jiān)視到長串聯(lián)接電池中每節(jié)電池電壓。LTC6811 / LTC6812 / LTC6813 / LTC6810 多節(jié)電池的電池組監(jiān)視器，就是專為汽車和運(yùn)輸機(jī)械應(yīng)用，滿足 AEC-Q100 標(biāo)準(zhǔn)。 ADI中國汽車技術(shù)市場高級(jí)經(jīng)理王星煒提到了汽車BMS中最關(guān)鍵的指標(biāo)之一，也就是精度，這對(duì)鋰離子電池來說尤其重要。為了防止過度充電和放電，電池單元通常應(yīng)保持在滿容量的10%到90%之間。例如在85kWh的電池中，可用于正常行駛的容量僅為67.4 kWh。如果測量誤差為5%，為了保持電池的安全運(yùn)行，必須將電池容量保持在15%至85%之間，總可用容量從80%減少到了70%。如果將精度提高到1%（例如對(duì)于磷酸鐵鋰電池來說，1 mV的測量誤差相當(dāng)于1%的充電狀態(tài)誤差），那么電池現(xiàn)在可以在滿容量的11%到89%之間運(yùn)行，增加了8%。在同樣的電池下使用精度更高的BMS，可以增加每次充電的汽車行駛里程。
除了精度以外，控制精度的誤差也是高精度BMS需要解決的問題之一。ADI的BMS產(chǎn)品內(nèi)嵌了一個(gè)齊納基準(zhǔn)電壓源（Buried Zener Reference）的技術(shù)，該技術(shù)可以做到極低的溫漂（1-2ppm/℃）和低噪聲，同樣擁有不錯(cuò)的長期穩(wěn)定性，為測量系統(tǒng)提供相當(dāng)精確的特性。

ADI還以SmartMesh技術(shù)打造了新穎的無線BMS架構(gòu)應(yīng)用，不僅消除了通信布線，同樣使得每個(gè)模塊的互聯(lián)都以無線方式實(shí)現(xiàn)。而SmartMesh技術(shù)早在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域就證實(shí)了它的可靠性，可在苛刻的射頻條件下實(shí)現(xiàn)大于99.999%的安全性，締造了穩(wěn)固連接的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。

ADI的王星煒還提到了無線BMS還可以進(jìn)一步與大數(shù)據(jù)和人工智能融合，進(jìn)一步為電動(dòng)汽車在全生命周期的使用、流通和回收賦能。一是無線BMS可以作為一個(gè)平臺(tái)去收集電池?cái)?shù)據(jù)，能夠用這些數(shù)據(jù)來通過機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能預(yù)測電池的性能和表現(xiàn)，使得相應(yīng)整車性能以及相應(yīng)電池的性能可以充分發(fā)揮出來。并以此來提供更多的智能服務(wù)，這樣能為整車廠和消費(fèi)者帶來更多更好的服務(wù)。二是無線BMS建立電池從生產(chǎn)制造到倉儲(chǔ)運(yùn)輸、到車內(nèi)電池維修維護(hù)、最后到回收整個(gè)生命周期的監(jiān)測和追蹤，采集的數(shù)據(jù)與人工智能算法融合，可以延長電池以及整個(gè)電動(dòng)汽車的生命周期，提高電動(dòng)汽車的殘值，確保電動(dòng)汽車在二手車市場更有吸引力，以此來賦能電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)。

從如今智能駕駛的前景看來，無論是汽車芯片還是BMS方案在未來都還有比較大的挖掘價(jià)值。比如尚在推行的V2X以及逐步普及的新能源充電樁，芯片將成為汽車實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)的首道戰(zhàn)線，而BMS將為新能源汽車的里程數(shù)把關(guān)，相信未來駕駛能在智能、安全、高效上全面進(jìn)化。

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