互联汽车中远程信息技术硬件的设计注意事项

说出来可能让您很惊讶，一项已存在近二十年的科技为互联汽车的应用铺平了道路。按照高科技标准衡量，ECall已经是落伍技术，目前欧盟强制要求在所有出厂新车里安装ECall。这部法规仅是技术与立法互相交叉的一个例子 - 两者之间微妙的关系可能会决定我们能够在多久以后拥有完全互联的汽车。

从其最基础的定义来看，eCall仅仅是汽车内的基础性蜂窝电话，能在紧急情况下自动拨打求助电话，自1990年代起就已上市。展望未来，消费者需要更高级的集成，这也成为引入远程信息技术控制单元(TCU)的契机。

 TCU可为互联汽车提供eCall的所有功能以及包括发送和接收数据（如位置、无线更新或电话）在内的其他功能。如果没有TCU，eCall便只能拨打电话。图 1 概括介绍了具有拨打紧急求助电话功能的TCU。 

图1：当代TCU内集成的拨打紧急求助电话功能

 具备集成eCall系统的典型TCU的要求

设计TCU具有很多硬件变数，这是因为原始设备制造商(OEM)和一级供应商具有自己的设计规格，将TCU处于汽车内的不同位置。

 欧盟强制规定新车中的eCall系统必须能够：

• 在汽车碰撞发生时和发生后，即使在没有可用汽车电池的情况下仍能自动工作。
• 耐受极端温度，如-20°C或-40°C的低温。
• 具有10年使用寿命的电池，每次通话可持续8到10分钟。
• 提供紧急服务，可通过蜂窝网络回拨60分钟。
• 遵守国际标准化组织(ISO) 26262汽车安全完整性等级(ASIL) A级标准。 

从备用电池入手

设计TCU时，备用电池是很好的着手点。根据欧盟要求，备用电池必须支持6W到20W的音频功率，以及全球移动通信系统(GSM)模块产生的约2A（标称电流为350mA）的峰值电流。

选择何种备用电池取决于电池的化学性质（常用类型包括锂离子、锂离子磷酸盐和镍金属氢化物）、电池单元数和当前电流容量，而所选的备用电池决定了系统的其余部分。电池在供电路径中的放置位置，也决定了您使用充电器或低压差稳压器的类型，以及是否需要升压调节器。

 图 2 和 3 展示了基于不同供电方案的两种变化供电路径。根据备用电池选择和电池充电器能力，每种路径都采用相同数量的组件但不同的配置来完成相同的任务。

 第1种供电路径是低成本的简单设计，但是您不得不使用多个升压调节器来权衡尺寸和冗余性。第2种供电路径使用的锂离子电池需要更多保护，但所需电池数更少。两者都是可行的选择，但是成本、尺寸和可靠性都在选择其中一种中发挥重要的作用。

图2：第1种TCU变化供电路径

图3：第2种TCU变化供电路径

选择电源调节器

一旦您考虑使用备用电池，另一个您需单独考虑的设计注意事项就是电源调节器。与汽车应用一样，车载电池电源必须承受苛刻的温度、宽输入电压和降低电磁干扰(EMI)。远程信息技术系统可以安装在位于汽车中可承受高温的位置（如挡风玻璃、客厢、后备箱和引擎），如此则需要集成电路(IC)可耐受高达150°C的接点温度，从而使汽车具有优异的热性能和效率。

基于OEM负载突降、极性反转和冷起动条件变化而变的输入电压，通常初始大小为4.5V，峰值电压可达42V。任何开关稳压器不能干扰车载无线收音机的AM和FM频段，因此开关频率必须在2.1MHz左右（高于AM频段且低于FM频段）或约为400kHz（低于AM频段）。选择具有合适开关频率、抖动/扩频和优化布局的开关调节器是确保良好电磁干扰（EMI）性能的关键因素。

丰富您的音响设计

音响功率有非常大的变化范围。有些设计师可能选择4-6W的低功率系统，而另一些系统的功率可能高达20W。除功耗和变型外，扬声器诊断和保护是音频的关键功能，除了典型的汽车短路保护、负载转储、温度保护和监视，还包括开路和短路输出负载、输出/功率转换和接地短路。

 考虑数据速率

伴随远程信息技术系统中数据、调制解调器和内部存储集成度的增加，连接到数据头单元或中央网关的数据速率也在增加。仅仅只有控制器区域网络、本地互联网络或甚至是USB的时代一去不复返，取而代之的是10/100Mbps甚至是1Gbps。

 预测远程信息技术的未来

多种错综的力量左右着远程信息技术的发展趋势，无论是上述的立法因素、基础设施要求、用户体验、驾驶员的期望，或远程信息技术当前仍然是一个碎片化市场的事实。值得一提的是小型售后远程信息技术产品的进步，例如车载诊断电子狗，还出现了更先进的系统，如促进本车与其他汽车和驾驶环境之间通信的全景物联网系统(V2X)模块。这些设备可能具有与现代TCUs类似的调制调节器、处理和数据通信功能。

 据我观察，实际存在情况是：互联汽车的未来将取决于远程信息技术的创新，以及汽车设计工程师能否很好地应对设计挑战并与趋势同步。

 其他资源

• 完整阅读我的上一篇博文，“互联汽车的未来。”
• 查阅用于汽车的SimpleLink MCU.

编辑：fqj