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构建智慧交通体系大拼图，有哪些关键点？

Published Date
Author Fanny Hu

【技术干货】2024贸泽电子技术创新论坛

发布于2024-06-07

智能电动汽车的迅猛发展，激起了一连串新技术的涟漪，也转动了智慧交通系统发展的齿轮。城市交通困境在全球城市化加速推进中日益凸显，发展智慧交通体系成为重要的解题思路。

新一代信息技术以及人工智能、物联网等技术领域近年来的突破进展，与汽车以及整个交通体系的融合，将产生哪些“化学反应”？如何通过对各类交通数据和信息实时互通，来提升交通系统的运行效率，包括减少交通事故，降低能源消耗，以及有效地改善交通流量，从各个层面提升整体出效率和体验？

而相比较于单车智能的发展，智慧交通系统需要着眼于更大的视角——从车、路、基础设施等各个层面入手，利用先进的无线通信、高精度传感、高效电源转换、自动控制等技术，对整个交通管理系统进行全面的智能化升级，以实现更精确的交通流量控制和事故预防，提升城市交通系统的整体运行效率，这也是实现可持续发展城市的关键因素之一。

这显然是一项十分复杂的系统工程。这个5月，贸泽电子携业界知名原厂在杭州开启首场贸泽电子技术创新论坛，带你深入解析如何构建高效可持续的智慧交通体系。

本期“智慧交通”专题，我们特别邀请到了来自Analog Devices, Amphenol, Littelfuse, molex, onsemi (安森美), ROHM Semiconductor, u-blox等一众国际知名厂商以及浙江大学电气工程学院的副教授，为大家带来智慧交通和汽车电子相关的重要技术分享。

本文一次详解这次专题的技术干货。

域控制器架构下，如何打造一辆更“聪明”且可靠的汽车 ？

从传统的燃油汽车向智能电动汽车转换的过程中，一系列的技术变革也由此触发。其中一项正在推进中的革命性变革就是汽车的电子电气（E/E）架构。

在传统的整车电子电气架构体系中，通常将功能划分在不同的模块领域，如动力总成、信息娱乐、底盘、车身等，在每个模块领域中，控制器的设计通常基于特定的功能，如座椅控制单元SCU、尾门控制器PLG等。模块与模块之间通过CAN总线传递信息，而其模块划分一般也根据总线数量而定。总线就如同传统功能模块的领航员，这也是为什么某些特定的总线会被称作动力CAN、车身CAN等。

然而这种架构的局限性也非常明显：onsemi将这种功能控制器的独立开发模式比作“封闭的部落式文化”，虽然能够确保自身生态环境内的自给自足，但是由于信息的闭塞，传输信号的带宽局限，导致了资源无法共享，大量运算资源浪费，性能“偏科”现象严重。比如，车身中的诸多控制算法，例如EMS中的热管理算法、滤波算法的能力非常强，而同时其他诸如车身的胎压控制、尾门控制、车窗防夹等控制器的能力相对较弱，但这些控制器之间无法彼此借用算力，并且最多只能通过CAN信号得到一个数据量有限的结果。这样带来的结果就是，功能效果参差不齐。

这一局限性在低功能安全或L2以下的自动驾驶运用中，或许尚可接受。然而一旦涉及L4级别或ASIL-D级以上的功能安全，模块化封闭式架构设计的缺陷则就会被放大，成为功能正向开发最大的障碍。而集成化方案仅仅是模块化方案的一个小规模升级，在架构上减少了功能单一和冗余的模块，将复数功能小范围地融合在一个控制器中，例如BCM集成PEPS，ESP集成TPMS等等。其带来最大的利益在于成本，却无法依然弥补跨模块之间通讯率低下的缺陷。

而在中央集中式架构方案中首次出现的“域（Domain）”的概念，则可以实现更灵活的系统与软件层面的集成，可以脱离硬件捆绑的限制。这也是诸多原厂不断在推进汽车电子电气架构从传统的分布式模块化方案向中央集中式架构方案转换的重要原因。

onsemi - 区域控制器架构下纯电汽车低压电能管理系统

“在旧时代，传统汽车的电源是集中的，算力是分散的。而新智能化电动化的趋势是，算力集中，电源分散。”onsemi在《区域控制器架构下纯电汽车低压电能管理系统》的主题分享中这样指出。

Zonal E/E架构，就是所有的软件都集中到zonal MCU处理器（图源：安森美）

这是中央集中式架构的重要思路。onsemi指出，当前汽车市场的一个重要趋势是汽车电子电气架构已经开始转向区域控制器架构（即，Zonal架构）。目前，Zonal架构用来替代已经广泛使用的域控制器架构。所谓Zonal架构，就是电子控制单元是按照特定区域的物理位置，而不是按照功能来组织和划分的。基于区域控制器架构不仅数据是通过网络进行传递和处理，同时电源也是通过网络进行按级分配。

【技术干货】

onsemi重点介绍了其SmartFET产品在这一架构下的一些重要作用。它可以用作整个区域控制器的efuse保险丝来保护电路，以防止因为浪涌电流或高压而造成元器件的损坏；同时它也可以控制整个区域控制器架构的电源的通断；此外还可以通过SmartFET来决定什么时候把负载接到电源上面，什么时候把负载从电源上断开。

Zonal架构的低压电源管理器件—Zonal输入端中SmartFET应用特点：

•   智能低功耗 IDLE 模式，具有极低的工作电流和自动过渡到正常模式的功能。

•   电容式充电模式，具有主动浪涌管理功能，可调过流阈值。

•   具有智能 I2t 检测功能。

•   有源大电流检测功能。

•   反向模式下开启 FET 的反向电流保护。

Zonal架构的低压电源管理器件—Zonal输出端中SmartFET应用特点：

•   比例模拟电流检测输出与数字故障指示多路复用。

•   开路负载检测，过载和接地短路保护。

•   带主动浪涌管理功能。

•   基于过流检测和热关断的智能重试策略。

molex - 新一代电子电气架构：空间域功能域连接器系统

molex指出，目前随着汽车智能化和电气化的不断推进，汽车内部的ECU（电子控制器单元）使用量也逐步上升，ECU与ECU之间配合的需求也与日俱增，为了更好地进行控制以及协调车辆电子系统中的各个功能，将部分ECU的功能集成为一个相对较大的“ECU”来进行控制——即是所谓的域控架构。根据molex市场调研，当前汽车架构大部分处于混合式架构，即“功能域 + 空间域”。但从分布到集中必将是未来汽车电子电气架构大趋势。

域控架构下汽车互联分解图，来源：molex

【技术干货】：molex针对域控互连的解决方案

为应对域控对互连的要求（类型多、数量多、差异大），molex提供了密封与非密封两种解决方案：

非密封解决方案：

•MX-DaSH WTB Unsealed连接器，整合高速数据、信号和电源连接。MX-DaSH连接器提供密封和非密封型供客户选择，以满足各种环境和设计要求，从而优化下一代汽车架构。该连接器支持多种配置，以适应不同的电源和信号端子尺寸，包括0.50、0.64、1.20、1.50、2.80或4.80mm尺寸。

•stAK50h连接器，有弯头和直头两种选择，设计灵活。支持多种尺寸的端子，包括0.50、1.20、2.80或6.30mm尺寸，支持6pcs拼接可达192位。

密封解决方案：

•Compactus密封混合连接器是坚固、高密度的汽车级连接器，可在狭小的车内空间中连接更多的电源与信号电路。具备出色的防水效果（IP69K），有三种尺寸的端子（0.50、1.00和2.80mm端子）可用于该连接器。

•CMC/CMX连接器提供了高密度、高成本效益的密封模块化连接系统，用于重载、动力传动和车身电子应用，以及车载联网应用，具备出色的防水效果（IP69K）和振动性能，支持0.64、1.50和2.80mm三种尺寸。

ROHM - 适用于ADAS摄像头系统的通信和电源解决方案

随着汽车智能座舱和ADAS的普及，对汽车电子和零部件的要求也越来越高。ADAS 系统的构成需要整合多种传感技术的车载摄像头系统、雷达、LiDAR 以及传感器融合系统。随着对系统安全性要求的提升，摄像头的安装数量不断增加是一大趋势。相应地，需要你传输和处理的数据量也会大幅增加，同时还要确保系统在噪声等外部因素干扰下可以稳定运行，这在供电有限的情况下，无疑是个大挑战。

为了应对这些挑战，Rohm 针对 ADAS 摄像头系统，以低功耗和低噪声为核心，开发出更先进系统级的方案。

【技术干货】：

PMIC和SerDes IC作为汽车电子系统中的核心器件，其性能会直接影响到整个系统的稳定性和效率。在这一背景下，罗姆的PMIC和SerDes IC产品有望提高电源部分的集成度和数据高速传输的稳定性。

  • 作为视频传输的接口SerDes IC市场前景巨大

Serializer用来将数据转换为易于高速传输的形式，Deserializer用来将传输的数据转换为原格式。与同类方案相比，Rohm的SerDes 产品的能够降低20%~30%的功耗，得益于SerDes中的传输速率可优化功能，传输不同像素的摄像头，可以分别设置不同的传输速率，和传统的固定传输速率相比，可以实现功耗更低还会有EMI的改善。Rohm SerDes具有展频功能，有助于降低噪声。

普通的SerDes IC需要成对连接串行器和解串器才能传输视频，Rohm的SerDes可以用菊花链方式连接。解串器可通过单个串行器将视频传输给多个路径。由于可以减少连接器和线缆的数量，因此可以简化视频传输路径，从而有助于降低应用产品的系统成本和故障风险。此外，新产品作为支持全高清分辨率的SerDes IC，具有通过比较CRC*2值来端到端*3监控视频数据是否已被正确传输的功能，有助于提高应用产品的功能安全。

车载摄像头的数量和种类也越来越多，车外的自动驾驶、自动泊车、360影像等都需要摄像头的支持。这需要在美观、可靠的前提下，完成在车辆上的布置。因此小型化是一个非常重要的趋势，高集成度的方案也就愈发受到关注。Rohm种类丰富的电源管理方案，为ADAS等车载应用提供节能和小型化解决电源方案。具有安全性、低功耗、低噪声等诸多优点。

用于摄像头的PMIC的BD868x为车载摄像头模块应用所开发的 PMIC。可以为各主要制造商的CMOS图像传感器的电源系统提供更好的电源管理能力。仅通过单个IC就可进行电压设置和时序控制，可将安装面积减少约41％，从而有助于车载摄像头模块实现小型化。另外，由于电路结构可将集中在摄像头用PMIC上的热量分散开，因此通过抑制发热量，实现了78％的高转换效率，有助于进一步降低功耗。

  • Rohm与芯驰科技联合开发出车载SoC参考设计，配备罗姆的PMIC和SerDes IC等产品，助力智能座舱普及

本次论坛期间，Rohm还展示了其与国内车规芯片企业芯驰科技联合开发的车载SoC参考设计“REF66004”。该参考设计主要覆盖芯驰科技的智能座舱SoC*1“X9M”和“X9E”产品，其中配备了罗姆的PMIC*2、SerDes IC*3和LED驱动器等产品。另外，还提供基于该参考设计的参考板“REF66004-EVK-00x”，参考板由Core Board、SerDes Board、Display Board三部分组成。

罗姆与芯驰科技联合开发出车载SoC参考设计，配备罗姆的PMIC和SerDes IC等产品，助力智能座舱普及。来源：罗姆半导体官网

据了解，芯驰科技与罗姆自2019年起开始技术交流，双方建立了以智能座舱相关应用开发为主的合作关系。芯驰智能座舱X9系列产品全面覆盖仪表、IVI、座舱域控、舱泊一体等从入门级到旗舰级的座舱应用场景，已完成百万片量级出货，量产经验丰富，生态成熟。

u-blox - 新一代双模GPS的应用

随着智能汽车向自动驾驶迈进，安全驾驶的一个关键因素是车辆的定位能力。对目前ADAS系统来说，高精度、准确和可靠的定位对于车辆的驾驶体验都至关重要。GNSS 能够在广阔的区域和不同的地形上提供准确的定位信息，因此对提高自动驾驶中的定位至关重要，它是 ADAS 和自动驾驶的基础，是唯一能够实现绝对精确定位、导航和计时的技术。而随着我们进入自动驾驶时代，这种积极影响还会表现在更多方面。下一代汽车导航应用需要全新GNSS 技术。除了更高的精度外，更强的鲁棒性、更快的收敛时间和多功能性等特性对于汽车市场的应用至关重要。

【技术干货】：

 F9 GNSS 技术平台通过在多个频段上集成来自多个轨道 GNSS 星群的信号来满足精准定位的需求。与 GNSS 校正服务一起使用时可达到厘米级精度。基于惯性传感器的可选惯性推算技术可将高精度性能扩展到其他具有挑战性的城市环境。F9 平台可应用于高精度 导航、V2X 、ADAS、无人驾驶车辆等领域。F9平台的其他优势包括：惯性推算： 将 GNSS 技术与惯性传感器的输入相结合，可在 GNSS 信号无法到达的环境中继续提供精确定位，例如隧道、停车场和有桥梁的城市峡谷。安全性： 通过集成先进的干扰和欺骗检测功能，实现最高级别的安全性，从而提高对定位信息的信任度，防止有意或无意的操纵。

MIA-M10 GNSS模块为L1 GNSS系统提供卓越的灵敏度和采集时间。可以在连续追踪模式下提供低于25mW的功耗，具有小尺寸、低功耗、准确以及安全特点，支持同时接收GPS、GLONASS、Galileo和北斗。射频路径中集成了LNA和SAW滤波器，可以实现无源天线设计的最大灵敏度。

GNSS技术在自动驾驶中发挥了重要的作用，为自动驾驶汽车提供了更高精度的定位，保证了行车安全和稳定性，GNSS技术正在逐步成为自动驾驶领域的焦点。

动力革新：打造更安全可靠的智慧交通电子系统

从化石能源转向绿色可持续的能源，是智慧交通系统的发展趋势。电动汽车的近年来的快速发展是其中重要一环。这一革命性的动力转换，对交通体系中的电子系统可靠性、安全性也提出了更高要求。这其中对电池管理系统（BMS），对高可靠性的电路保护产品以及高可靠、灵活的连接器的需求也日益增加。

Analog Devices - 应用于电池管理系统 (BMS) 的电池监测解决方案

ESS（Energy Storage System，能源存储系统）可以看作是一种存储能源的装备，它的作用可以类比成存储汽油的油箱，和存储煤炭的仓库，只不过它是电子的。在当今社会，ESS其实已经在深刻的影响着我们的日常生活和生产制造。比如在对电动汽车充电时，其很大一部分电能就可能来源于电动汽车充电ESS里储备的能源。对于一些安装了带蓄电池光伏逆变器和住宅ESS的家庭，其家庭就可以使用太阳生产的电力来优化自家的电力账单，节省家庭电力开支。而说到优化电力账单，工厂也可以借助工业ESS在电价低谷时储备电能，减少电价高峰时从电网的购电，这在优化工厂电力账单的同时减轻了用电高峰时的电网负担，提升了电网的稳定性，这其实是一个双赢的结果。

【技术干货】：

本次主题论坛上，ADI带来了在汽车领域应用广泛的BMS产品Cell Monitor Application。

BMS是电动汽车动力电池系统的重要组成，与驱动器电控系统、VCU等整车控制系统共同构成新能源汽车的三大电子电气核心技术。BMS监视和管理多节电池串的充电状态和健康状态。准确监控电动汽车中大型高压电池包的每个电芯和整个电池包的参数变化，对于实现更大可用容量以及确保电动汽车运行的安全可靠至关重要。BMS的核心是电芯监测器，可以对电芯进行测量，从而确定每个电芯的荷电状态 和健康状态，这也是评估电池状态的关键参数。准确、高效的BMS系统可以尽可能提高电动汽车电池系统的运行里程、寿命、可靠性和安全性的关键。

ADI的多单元、高压电池堆监控器系列均为完整的电池监控IC，包括16位ADC、精密基准电压源、高压输入多路复用器和串行接口。ADBMS6830B 是一款多电池组监控器，采用新一代BMS架构，可测量多达 16 通道电池监测，在整个温度范围内的寿命总测量误差小于 2 mV。测量输入范围为 -2 V 至 +5.5 V，适用于大多数化学电池，支持负压输入，并可测量跨母线的电压。此外，还可旁路母线，而无需专用测量通道。

电池可通过独立的ADC 进行冗余测量，模数转换器具有 4.096 MHz 高采样率，可减少外部模拟滤波并获得无混叠的测量结果。后续的可编程无限脉冲响应滤波器可实现更高的降噪效果。多个器件可以串联使用，可同时监测长串高电压电池。每个 ADBMS6830B 带有隔离串行端口接口，可用于高速抗干扰、长距离通信。可用于电动和混合动力汽车以及备用电池系统。

Littelfuse - 力特创新电路保护方案 - 助力提升汽车电子安全可靠性

作为车规AEC（汽车电子协会）的重要成员，Littelfuse是市场上符合AEC-Q200认证的保险丝/熔断器的首批供应商之一。

保险丝做为过流保护器之一，在电池管理系统、车载充电机、配电单元、直流变换器等应用最为广泛，其中电池管理系统采用贴片保险丝，其余使用引线或锁螺栓保险丝。另外控制板与信号端口等为了提高重复使用率可以采用PTC热敏电阻作为过流保护，又叫自恢复保险丝。对于混动或纯电车，其电源端口以及信号端口会有浪涌或静电情况出现，因此会用到TVS与ESD二极管阵列等产品。

【技术干货】智慧交通系统和智能电动车领域中Littelfuse产品的应用：

车载充电机需要与外界电网连接，因此输入端口需要压敏与固体放电管作为雷击与浪涌保护，Littelfuse MOV（压敏电阻）+SIDACtor（固体放电管）产品是当前主推的方案，可以提高MOV寿命的同时改善后级电路残压，尤其是对于越来越薄的OBC，母线电容的减少，浪涌吸收能力变弱，以及采用碳化硅方案，抗浪涌冲击能力变弱，使用压敏与固体放电管能降低残压的同时减少浪涌电流对于功率器件的损坏，有效降低因输入浪涌引起的整机故障率。

Amphenol - FFC/FPC和浮动板对板连接器在汽车上的应用

Amphenol重点介绍了车规级浮动板对板和柔性线对板连接器在智能电动汽车中的应用。在ADAS和自动驾驶系统以及信息娱乐系统中，都少不了这些连接器。随着智能化应用不断深入汽车智能座舱内，对连接器的要求也在与时俱进。

【技术干货】：

车规级连接器FloatCombo™系列符合USCAR—2 T3V2标准，采用0.5mm间距电源插针浮动型板对板连接器系统，专门为需要大电流和节省空间的应用场景而设计的。0.5mm的间距具备更小的PCB封装，薄型的设计可以节省占板空间。广泛应用于ADAS和自动驾驶系统，以及智能座舱中的信息娱乐系统，具备如下的优点：

• 大浮动量：浮动式的设计可以减少使用过程中产生的应力，确保产品的可靠性与使用寿命。

• 大幅度的配接导向设计：采用防呆配接与导向设计，可支持盲插，支持自动装配。

•大刮擦距离：可确保连接器公母座之间的接触可靠性。

•大电流传输能力：采用独立的电源插针，每插针的载流能力可达5A，信号pin载流能力可达0.5A。

• 高SI性能：支持高达PCIe Gen4（85ohm）的数据传输速率，可实现高达16Gb/s的高速传输性能，差分阻抗可满足100ohm，适用于有高速和信号完整性要求的应用场景。

FlexFast™柔性线缆对板连接器设计紧凑，可以满足汽车应用中对柔性线缆对板解决方案日益增长的需求。此款连接器符合USCAR T3V2和LV-214 S1规范，并且具有镀金端子，可以极大地减少配接用力。此款连接器配接用力小，甚至无需用力即可轻松配接，高度高达8.0毫米，可以有效节省空间。其还具有二次锁止机构（CPA）和柔性锁止机构（FPA），可以确保配接无误，实现适度插入保持力。此外，双梁和多触点设计可以实现良好的振动和接触性能。与传统的线对板连接方案相比，具备节省空间、布线更加整洁有序、低成本、装配效率高的优势。