汽车中的各种ECU，如何实现低功耗、高性能

高性能、低功耗是当前电子技术发展的方向，对于汽车中的各种ECU来说如何实现低功耗呢？

一、ECU也耗油

据不完全统计，我国汽车保有量在20000万辆以上，由此带来的能源消耗以及环境污染问题越发严峻。目前，世界各国都在从减小发动机排量、提高发动机技术、发展新能源汽车等各个方面入手以降低燃油消耗。发动机是汽车中主要的耗油部件，但众多的ECU也是隐藏的“油耗大户”。

图1 汽车拥堵

二、CAN总线简介

ECU通信交互使用的是CAN总线，它是一种应用于串行通讯协议的总线，是目前世界上最广泛的现场总线之一。当前CAN总线已广泛应用于汽车电子、轨道交通、新能源等领域。多节点、大数据容量、节能是当前CAN总线的发展方向。

图2 CAN总线应用行业

在CAN总线方向，ISO制定的国际标准有以下6部分。其中ISO11898-1、ISO11898-2、ISO11898-3都为广大工程师熟知，本文我们重点认识与ISO11898-6选择性唤醒相关的低功耗策略。

• ISO11898-1：数据链路层和物理层信号 

• ISO11898-2：高速接入单元 

• ISO11898-3：低速容错接入单元 

• ISO11898-4：时间触发通讯 

• ISO11898-5：低功耗的高速接入单元

• ISO11898-6：选择性唤醒的高速接入单元

图3 节能模式

三、为什么要低功耗

有读者可能想问，一个ECU单元能消耗多少电量呢？值得为了功耗在它身上大费周折吗？首先，汽油不是免费的。对于传统车来说，车载电子单元的耗电全部来自燃油。有实验数据表明，100 W ≈ 0.1 升 / 100 km。此外，1 升柴油/100 km = 26,5 g CO₂/km、1 升汽油 /100 km = 23,2 g CO₂/km，由此可见ECU工作引起的燃油损耗、空气污染问题不容小觑。

图4 能源节约

四、如何做到低功耗

降低ECU功耗可以从两方面入手，一方面精心选择低功耗电子器件，另一方面适时关闭功能单元。对于第一方面，比较好理解，我们可以从MCU的选择、供电电压选择、晶振频率等方面入手；对于第二方面，可能大部分工程师没有做过尝试。适时的关闭功能单元就是在功能空闲时实现休眠，且在需要时能及时唤醒。比如当车速超过30Km/H时则完全可以关闭倒车雷达。其实CAN收发器可以工作在深度睡眠模式（参见ISO11898-6），只有当接收到一个特定的CAN报文后收发器才会唤醒MCU。

图5 报文选择性唤醒

TJA1145是专为汽车电子而设计的高速CAN收发器，提供差分发送和接收能力。TJA1145的主要特征就是低功耗和睡眠模式，支持ISO11898-6：2013选择性唤醒。

图6 TJA1145

五、弊端及解决方案

CAN节点（或者ECU）可工作在激活或深度睡眠状态下，那么整个网络工作状态必然呈现多种形式。10设备= 1 024种系统状态；20设备= 1 048 576种系统状态。频繁的状态切换必将硬性到CAN总线的实时性，因此设备的分组是必要的。所谓分组就是将功能想关联的CAN节点（或者ECU）绑定到一块，同时处于休眠或激活状态。

图7 分组关联设置

今天的CAN节能话题暂时聊到这里，您对CAN总线发展有哪些了解呢？不妨在留言区分享您的想法。