管窥一下汽车这样的“自控力”是如何实现的

汽车可以说是人们日常生活中能够接触到的最复杂的机器，但即使是这样复杂的机器，普通人经过简单的培训，也能够轻松驾驭，这主要归功于两点：一是汽车的人机交互（HMI）做得越来越直观和友好，让用户用着顺手；二是汽车越来越多的功能是自适应的、可自我调节的，也就是说无需用户干预，车辆自己就搞定了，所以再复杂的功能，对于用户都变得“透明”了，完全不用去操心。   如果将汽车看做是一个“人”，可以说Ta具备了更强的“自控力”，或者说越来越“智能”。这样的例子在今天的汽车身上不胜枚举，我们今天从两个方面着手，管窥一下汽车这样的“自控力”是如何实现的。  

自适应灯光

安全是汽车设计中需要考虑的首要因素，而汽车的前照灯（俗称“大灯”）作为一个重要的安全单元，从汽车诞生之日起就成了车身上不可或缺的一部分。汽车大灯的核心作用，就是在环境光条件不佳的情况下，为驾驶员提供足够的照度，确保行车安全所需的能见度。  

不过在使用过程中，人们逐渐发现了汽车大灯一些不尽如人意的地方。由于传统的汽车大灯照射的位置和角度是固定的，因此当车辆拐弯时，直射的车灯光线是无法覆盖到弯道内侧的，这就会形成了一个照明“盲区”；与此类似，当车辆上坡或者增速时，固定不变的大灯照射范围会变近，而在下坡或者减速时，照射范围又会过远……这些不足，也就暗含了安全隐患。   为了解决这个问题，自适应前照灯控制系统（Adaptive Front Lighting System，AFS）应运而生。要说AFS的设计思路也不难理解，就是让大灯能够根据汽车转向的角度、上下坡的姿态、加速度的大小等，自动调整照射角度，以达到最佳的照明效果。这样就可以在能见度低的情况下确保驾驶员的视野和行车安全。   一个典型的AFS系统包括以下几个部分：

传感器：获取车辆转向、上下坡、加速度等信息，反馈给系统作为行动依据；

主控制器：对来自传感器的信息进行处理，发出正确的大灯转向指令；

执行器和步进电机：基于主控制器的指令驱动控制大灯的步进电机运动，调整照明角度，通常一个大灯由两组执行器和步进电机，分别驱动大灯上/下和左/右两个维度上的方向调节。

比如，在车辆转弯时，AFS会从方向盘转角传感器获取数据，然后控制和驱动大灯在水平维度上向弯道内侧旋转一个角度，让前方的道路都能够被灯光所覆盖。

图1：利用AFS进行前照灯的左右照射角度调节

正是因为AFS这样一种主动安全技术，可以让行车安全和用户体验显著提升，也就成了越来越多车型的标配。但是在AFS的开发中，技术挑战依然存在，比如：在方案核心器件的选型上，从传感、控制到执行要合理搭配，同时还有满足车规要求；再有就是电机驱动，如何实现更佳的控制精度和响应速度，需要在硬件和软件上做整体的考量。   好在目前越来越多的厂商能够提供完整的AFS解决方案，如下面这个基于恩智浦芯片的方案，其中主控用的是S12ZVL，电机驱动部分是基于NCV70522，有了这样的整体方案， 提升大灯的自控力，变得触手可及。

图2：基于恩智浦芯片的AFS解决方案

在此基础上，开发者可以让脑洞开得更大些，考虑将其他更多的传感器信息叠加进来，增加AFS系统自适应的场景，比如可以根据车载雷达提供的数据计算出会车时对向来车的速度和方位，及时调节光照的强度，避免由于炫目造成的安全风险。这种不断增强的自控力，无疑也会让用户更省心。

电池管理

相对来讲，AFS还是一个比较简单的车载设备智能化的案例，在提升汽车“自控力”上，还有一些更为复杂和关键的领域，比如新能源汽车中的电池管理系统（BMS）。   对于续航里程的担忧，应该算是电动汽车商用途中最大的拦路虎。提升电动汽车的续航里程，一方面有赖于动力电池技术的进步，另一个方面就需要BSM的加持了。  

BMS作为连接电池组、整车系统和电机的“纽带”，其作用是实时监控，制定控制策略，确保高效可靠安全的运行。这些作用主要可以概括为：

对动力电池的状态进行实时、精准地监测，包括SOC剩余电量、SOP功率状态、SOH电池老化程度等。由于锂电池材料固有的特性，使用过程中存在危险性，因此需要BMS对电池的充放电过程进行及时准确地把控，避免电池的过充、过放、过热，保证其安全工作。

在监测数据的基础上对电池状态进行评估，以确定合适的控制策略，确保电池组在安全的工作状态下进行充电、放电和配电，优化电能的使用、延长电池的寿命。

而对于在整个电池管理控制过程中产生的大量的数据——包括来自电池系统本身的数据，以及与整车控制系统交互的数据——进行传输和分析，并确保信息安全。这些全面可靠的数据信息，对于提供个性化的服务、改善用户体验大有裨益。

不难看出，BMS实际上就是帮助用户对作为电动汽车能源核心的电池组进行智能管理，根据实际状况作出最恰当的应对策略，使其在最佳的状态下工作。

图3：BMS的系统结构（图片来源：安富利）

在BMS的开发中，一些关键的技术要素（或者说是难点）必须要认真考量和应对。  

准确的电池状态估测。即对电池组的SOC、SOP和SOH等参数做出动态、准确的测量和估算，为数据分析和控制决策提供依据。

能量均衡。由于实际工作中电池组中的每个电池性能表现会出现差异，这种差异会对电池的寿命和系统的使用产生不良影响，通过能量均衡可以弥补电池个体之间的差异，确保其一致性，提升对电池中能量的利用率。这也是提高续航里程以及延长电池寿命的重要一环。

保护功能。可靠的过充、过放保护，过流、过温、低温保护必不可少，确保系统能够在故障发生时做出快速响应。

数据通信功能。通过车载总线或无线互连等方式在BMS内部、BMS与其他外部的汽车设备，以及BMS与云端之间建立数据通信机制，充分理由数据，释放出数据的能量。

功能安全。保障安全系统在必要时能有效地执行其安全功能，确保汽车安全完整性能够满足ASIL安全等级的要求。

目前新能源车的技术还在快速迭代中，对于BMS的探索也在持续推进，不过所有努力和技术路径的大目标都是一致的，就是让动力电池系统的运转变得更加自控、更加智能，让用户在车轮上的生活更加无忧无虑。  

迈向智能化

实际上，汽车的智能化，就是建立在对一个个具体问题的解决，对一个个功能的升级的过程中的，自适应灯光控制和电池管理就是其中两个直接影响用户体验、不容忽视的关键点。从这里起步，最终就会从量变到质变，在整车的智能化上形成整体的提升和突破。   在即将举办的安富利ADAS/自动驾驶主题月的活动中，安富利和合作伙伴的专家，以及行业中的KOL联手，为大家带来了一场干货满满的在线研讨会，活动中嘉宾讲师将结合当前汽车智能化的发展现况及应用需求，从自适应灯光控制和电池管理的实际项目入手，介绍其基本的定义及概念、系统开发的需求分析、相关接口定义、开发流程、部分测试标准以及开发过程中的重点与难点等内容，让大家对AFS和BMS系统的开发有一个初步的认识，并掌握基本的开发步骤和方法。   想提升汽车的“自控力”，千万不要错过这次难得的机会！

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