ADI如何助力電動汽車輕量化設(shè)計

航空運輸中有一個“油耗油”的概念，是指飛機加油過多時，因油重增加使油耗增加的一種現(xiàn)象。一般來說，飛機重量大飛行的阻力就大，需要發(fā)動機使用的推力大，耗油就多。有數(shù)據(jù)指出以波音747飛行時間超過9小時為例，每多加3噸燃油飛行中至少多耗1噸油。其實這個概念對于所有交通工具來說都具有參考性，這個概念也被引用到其他交通工具中，指油箱里的油料自重對運輸工具(主要指汽車)產(chǎn)生的負載而導致的油料消耗。

因為汽車自身重量增加，是導致油耗增高的一個“內(nèi)卷”關(guān)鍵，在倡導節(jié)能減排、零碳趨勢下的今天，如何在確保安全性與功能性完備的情況下，降低油耗/耗電量是汽車功能設(shè)計的一個要點。隨著汽車電氣化、智能化趨勢加劇，電子系統(tǒng)的減負也是考量因素之一，高性能半導體技術(shù)提供商ADI就在這個方面有多個維度的“建樹”，特別是在汽車音頻、視頻連接總線的創(chuàng)新和電動汽車電池BMS系統(tǒng)無線化創(chuàng)新下做出了卓有成效的探索，并在數(shù)年間實現(xiàn)了大規(guī)模量產(chǎn)。

減負

音頻線束

ADI推出的汽車音頻總線A2B作為一種高帶寬雙向數(shù)字總線，最初用于解決汽車應用中的音頻分配挑戰(zhàn)。因為現(xiàn)有的汽車音頻網(wǎng)絡一般使用多個點對點模擬連接，A2B技術(shù)可以解決許多與點對點模擬連接相關(guān)的挑戰(zhàn)，包括電纜重量、電纜成本、布線難題，以及多個連接的可靠性。它有助于通過非屏蔽雙絞(UTP)線和連接器基礎(chǔ)設(shè)施，在整個分配式多節(jié)點音頻系統(tǒng)中傳輸完全同步的音頻數(shù)據(jù)(I2S/TDM/PDM)和控制數(shù)據(jù)(I2C)。該技術(shù)在上行和下行總線上支持多達32個音頻通道，提供50 Mbps總帶寬。A2B技術(shù)支持點對點、菊花鏈和分支網(wǎng)絡拓撲。

A2B技術(shù)是減輕車重的一種方法，上圖左側(cè)顯示的例子是車輛中的傳統(tǒng)線束，布置非常復雜，使用大量的銅材料和大量的連接器。右側(cè)顯示的是A2B例子，用單對非屏蔽雙絞線電纜就能替換上方圖中顯示的線束。從生產(chǎn)角度看，這要容易得多，連接器更便宜且更小，但最重要的是，從線束中減除的銅材料量相當大。在ADI與沃爾沃的合作新聞中，有提到ADI的解決方案使音頻系統(tǒng)能夠連接到低延時總線架構(gòu)中，不僅能保證音頻的高保真度，還可在車內(nèi)減輕多達50公斤的線纜和絕緣裝置。

近年來，由于A2B可以保證延時最多2個時鐘周期，為ANC/RNC這樣的延時敏感型應用提供時間確定性，正是在50Mbps下的兩個時鐘周期時延，為汽車道路或發(fā)動機噪音到達乘客只需要大約 0.009 秒的聲音傳播條件下的噪聲消除創(chuàng)造了非常必要條件，近年來在大量的汽車路噪消噪中得到應用。汽車主動消噪技術(shù)的應用為汽車創(chuàng)造一個非常舒適和安靜的內(nèi)部環(huán)境，避免使用消音材料降低燃油效率。另外，創(chuàng)造這種安靜的環(huán)境并控制其中的一些噪聲源，從而減弱車架中的振動，還能進一步延長汽車使用壽命。

事實上，車輛中消音材料多達80磅并不少見，算一下就會知道這種材料會使車輛的續(xù)航里程減少大約2.5%。換言之，如果我們能用電子解決方案代替這種消音材料，從而減除80磅的材料，那么電動汽車的續(xù)航里程或內(nèi)燃機的燃油效率將提高百分之二點五，這是相當大的改善。許多汽車制造商花費成百上千萬美元來試圖將燃油效率提高百分之幾，減除消音材料從而減重80磅，是達到目的方法之一。

減負

視頻總線

現(xiàn)代汽車在自動化和智能化趨勢下，各種傳感器與信息娛樂系統(tǒng)配置越來越豐富，例如33 英寸、分辨率高達9K的 LED 超大連屏，部署中控、副駕雙15.7英寸3K OLED雙聯(lián)屏以及后排頂部大尺寸吸頂屏，6顆800萬像素攝像頭和5顆200萬像素攝像頭以及1個毫米波雷達+12個超聲波雷達+1個激光雷達等感知部件……幾年前是高配甚至不可想象的配置，在今天已經(jīng)成為很多新款車型標配。

如何為如此眾多的系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)傳輸?傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊一般采用并行總線增加帶寬，將控制信息與視頻數(shù)據(jù)單獨編碼進行獨立傳輸，完成后再進行相應的解碼。此種方式會導致線束越來越多，成本與線束重量也隨之增加，同時還會有EMI的風險。

相較并行總線，SerDes(Serializer/Deserializer，串行器/解串器)是當前主流的時分多路復用、點對點的串行通信技術(shù)，不存在信號線間的干擾，而且也沒有同一時序要求，只需提高頻率就能進行更高數(shù)據(jù)流傳輸，能有效滿足車載高帶寬數(shù)據(jù)實時傳輸需求。ADI GMSL(千兆多媒體串行鏈路)技術(shù)作為SerDes的一種，串行器與解串器芯片的互操作性允許鏈路兩側(cè)使用不同接口，廣泛適用于車內(nèi)UHD視頻、音頻、控制信息、組合傳感器等數(shù)據(jù)的高速傳輸。GMSL通信介質(zhì)支持長達15m同軸電纜或10m-15m屏蔽雙絞線電纜，具有相當大的配置靈活性和成本優(yōu)勢，同時滿足汽車行業(yè)最苛刻的電磁兼容要求。

此外，GMSL還可以通過電纜供電，既傳數(shù)據(jù)又供電，這樣可以省一條電源線和地線，對于成本、車自身重量來說，都是一個非常大的改進。作為一種雙向的傳輸連接，GMSL也能進行控制信號的傳輸和多路集成，例如顯示屏的觸摸檢測與信息處理等，由于一個GMSL串行器最多可驅(qū)動四個解串器，因此理論上可同時傳輸四塊屏幕的數(shù)據(jù)信息，進一步降低電纜成本和重量。

減負

電池管理系統(tǒng)

很長時間內(nèi)，電動汽車有線電池包管理系統(tǒng)是理所當然的選擇，直到幾年前陸續(xù)有企業(yè)做無線電池管理的思考和實踐。其中ADI是早期的實踐者，基于其SmartMesh嵌入式無線傳感器網(wǎng)絡，推出業(yè)界首款無線電池管理系統(tǒng)(wBMS)概念車，取代了電池組和電池管理系統(tǒng)之間的傳統(tǒng)有線連接，解決了由于汽車線束以及電動汽車和混合動力/電動汽車中的連接線所引起并長期存在的可靠性問題，并簡化了BMS設(shè)計和制造。

2020年ADI與通用汽車的合作使得無線BMS產(chǎn)業(yè)率先在業(yè)界落地，ADI和通用汽車宣布共同將無線BMS技術(shù)用于通用汽車的Ultium電池平臺，目前基于該平臺的汽車已經(jīng)駛下產(chǎn)品線。ADI的無線BMS技術(shù)有助于將Ultium平臺擴展到通用汽車的未來車型，包括不同子品牌和車型細分領(lǐng)域(從卡車到性能車等)。去年，無線BMS汽車應用落地再傳好消息，ADI宣布英國知名品牌路特斯汽車計劃在其下一代電動汽車架構(gòu)中采用ADI的無線電池管理系統(tǒng)。

ADI的無線BMS無線連接解決方案采用了SmartMesh嵌入式無線傳感器網(wǎng)絡，該網(wǎng)絡由高度可擴展的自成形多躍點節(jié)點網(wǎng)格和網(wǎng)絡管理器構(gòu)成，這些節(jié)點稱為智能微塵，用于收集和中繼數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡管理器用于監(jiān)控和管理網(wǎng)絡性能和安全，并與主機應用程序交換數(shù)據(jù)。

通用和路特斯都給出了選擇無線BMS的幾個理由：省去了傳統(tǒng)線束，可減少高達90%的線束和15%的電池組體積;提高了設(shè)計靈活性和可制造性，同時不會影響電池使用壽命內(nèi)的里程數(shù)和充電精度;通過提高車輛使用壽命期間的精度，無線BMS系統(tǒng)可最大化單個電芯的能量利用率;無線BMS簡化了電池組的裝配與拆卸過程，確保能夠快速高效地移除并修復故障電池電芯。

當然，作為里程焦慮依然存在的電動汽車，無線BMS輕量化是最直觀的“收益”，減負的目標很直接而顯著。而更深遠的意義不僅于此，基于無線BMS還將有助于實現(xiàn)電池全生命端云結(jié)合的管理，讓云平臺算法針對各家電池生產(chǎn)廠商的電池特性進行優(yōu)化，實現(xiàn)更高質(zhì)量的監(jiān)測、更及時響應，以及覆蓋更多整車，針對整車廠實現(xiàn)更好的數(shù)據(jù)服務，以及服務更多的梯次電池商業(yè)開發(fā)企業(yè)，實現(xiàn)電池的全壽命周期管理，有助于二手車的合理流動，以及電池梯次利用。

審核編輯：湯梓紅