概 述
隨著當(dāng)前汽車行業(yè)的巨大變革(如即將到來的軟件定義汽車等趨勢(shì)),推進(jìn)汽車技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施的需求變得日益重要。新型可靠且安全的電源解決方案是實(shí)現(xiàn)更高級(jí)別自動(dòng)駕駛、引入新的技術(shù)平臺(tái)(例如底盤線控系統(tǒng))以及應(yīng)對(duì)自動(dòng)駕駛、駕駛輔助和信息娛樂等子系統(tǒng)不斷增長(zhǎng)的能耗需求的基礎(chǔ)。此外,向純電動(dòng)電子電氣架構(gòu)的轉(zhuǎn)變則為日益普及的高壓電源提供了更具性價(jià)比方案的新機(jī)會(huì)。
在重塑未來汽車的供電網(wǎng)絡(luò)時(shí)需要考慮許多因素。在本白皮書中,我們關(guān)注其中的四個(gè)方面:
02引 言
幾十年來,工程師們一直在優(yōu)化電網(wǎng)設(shè)計(jì),以確保惡劣環(huán)境條件下電網(wǎng)的可行性,同時(shí)降低整體系統(tǒng)成本。隨后,新設(shè)計(jì)在相關(guān)子系統(tǒng)中提高了效率,如啟停和能量回收。同時(shí),多個(gè)安全相關(guān)零部件的標(biāo)準(zhǔn)模式也相繼衍生而出。在傳統(tǒng)的燃油發(fā)動(dòng)機(jī)車輛中,系統(tǒng)的安全關(guān)鍵零件和碰撞后相關(guān)系統(tǒng)通常通過本地備用解決方案(如備用電池)或使用替代手段(如液壓應(yīng)急制動(dòng))來保持可用。這些最初設(shè)計(jì)基本未經(jīng)改變地沿用于電動(dòng)汽車架構(gòu)中。
創(chuàng)新型功能給供電帶來挑戰(zhàn)
然而,上述解決方案正在變得越來越受限制。特別是對(duì)于要求提高電源功率的新功能,例如線控轉(zhuǎn)向和線控制動(dòng),無法低成本的集成。此外,傳統(tǒng)的電網(wǎng)架構(gòu)可能無法滿足非常高的功能安全要求,其中電源中斷對(duì)于完全依賴單一供電電源的重要系統(tǒng)功能是不可接受的。
從失效的主因轉(zhuǎn)變?yōu)橘x能的支柱
甚至在超出安全要求的情況下,電網(wǎng)也一直是車輛電子電氣架構(gòu)的關(guān)鍵設(shè)計(jì)元素,其中超過50%的汽車故障可歸因于電網(wǎng)故障,其中40%以上是由于低電壓電池故障(ADAC,2021)。隨著車輛中電氣部件數(shù)量的增加,這一比例會(huì)進(jìn)一步提高,在定義車輛新低壓電網(wǎng)架構(gòu)解決方案時(shí),可靠的電網(wǎng)對(duì)于車輛的整體產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性至關(guān)重要。因此,在定義新的低壓車輛電源的架構(gòu)解決方案時(shí),安全和質(zhì)量需要密切配合。
03保護(hù)重要負(fù)載的安全斷路開關(guān)
傳統(tǒng)(熔斷)保險(xiǎn)絲的主要作用是保護(hù)電線束免受損壞。它們通常不具備足夠快的反應(yīng)速度以防止其他組件的欠電壓,這可能導(dǎo)致安全關(guān)鍵部件處于嚴(yán)重欠電壓狀態(tài)。這是汽車制造商正在逐漸引入安全斷開型半導(dǎo)體開關(guān)的原因,這些開關(guān)具有前所未有快的故障反應(yīng)時(shí)間和擴(kuò)展監(jiān)測(cè)功能。根據(jù)VDA 450建議(VDA,2023)的描述(參見第4節(jié)),它們常被集成為主動(dòng)分離和連接單元("Aktives Trenn- und Verbindungselement”,ATV)。
圖1描繪了一個(gè)“通道”ATV的概念,以轉(zhuǎn)向和制動(dòng)負(fù)載的電源系統(tǒng)為例,其具有高達(dá)ASIL-C的安全相關(guān)要求。左側(cè)的QM(C)供應(yīng)通道通過高壓(HV)系統(tǒng)從DC/DC驅(qū)動(dòng)所有低電壓(LV)負(fù)載。在正常操作期間,開關(guān)保持關(guān)閉狀態(tài),能量通過ATV流向安全負(fù)載。在發(fā)生諸如對(duì)地短路的QM負(fù)載故障時(shí),ATV會(huì)切斷該通道。在分離后,用于安全負(fù)載的電源將僅由低壓(LV)電池提供。為確保備用供電路徑的可用性,低壓電池將不斷被監(jiān)測(cè)其老化、充電狀態(tài)和其他潛在性能問題。安全負(fù)載還受到各自的ATV保護(hù)。
如今,不建議獨(dú)立實(shí)現(xiàn)ATV,而是將其集成到復(fù)雜的電源分配設(shè)備中。以博世電網(wǎng)管理模塊(Powernet Guardian)(Bosch, 2023)為例,這使制造商能在整個(gè)車輛生命周期內(nèi)全面管理車輛的電源路徑并增加診斷覆蓋率。在表1中,我們提供了這種集成設(shè)備的一些特性概述,該設(shè)備能對(duì)子系統(tǒng)和負(fù)載電流進(jìn)行精細(xì)控制。
電網(wǎng)管理模塊具有極具吸引力的功能組合,推動(dòng)其融入主流的電子電氣架構(gòu)中。隨著新的車輛集中式架構(gòu)的引入,汽車制造商正在向全面電子開關(guān)解決方案邁進(jìn),詳見圖2。隨著數(shù)量較少且高性能的車載計(jì)算機(jī)以及用于子功能分配的區(qū)域中間層的引入,電網(wǎng)管理模塊變得極具商業(yè)吸引力。為了降低整體系統(tǒng)成本,一些汽車制造商尚未完全過渡到電子保險(xiǎn)絲,而是通過傳統(tǒng)保險(xiǎn)絲保護(hù)一些對(duì)功能需求較低的負(fù)載。然而,我們預(yù)計(jì)在整體電子電氣架構(gòu)的進(jìn)一步整合中,主要采用電子保險(xiǎn)絲的趨勢(shì)將持續(xù)。除了更好的可控性之外,這還提供了將電網(wǎng)組件移至不可訪問的安裝空間,或通過單獨(dú)監(jiān)測(cè)的負(fù)載路徑替換集中式通道ATV的選項(xiàng)。
04在高可用性需求系統(tǒng)中減小和取消低壓電池
線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和線控制動(dòng)系統(tǒng)正逐漸取代駕駛員到轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)/制動(dòng)的機(jī)械/液壓的傳動(dòng)路徑,采用完全電子解決方案。這提高了對(duì)電網(wǎng)安全和故障處理的要求,因?yàn)楣收蠠o法通過非電力傳遞來補(bǔ)償。
在如圖所示的系統(tǒng)中,電源路徑受到高達(dá)ASIL-D的安全目標(biāo)的約束。實(shí)施通常將此分解為針對(duì)關(guān)鍵負(fù)載的個(gè)體和獨(dú)立供電路徑的要求,例如針對(duì)電子穩(wěn)定性程序ECU(ESP)和線控執(zhí)行器(BWA)的路徑。盡管如此,這種方法是通用的,即適用于其他有高可靠性電源需求的車輛系統(tǒng)。
有各種方案可以創(chuàng)建具有相應(yīng)ASIL評(píng)級(jí)和相互獨(dú)立性的上述供電路徑。最直接的解決方案是能量?jī)?chǔ)備和主動(dòng)供電,包括電源分配器。隨后縮減電池容量,有時(shí)移除電池也是為了優(yōu)化車輛級(jí)別的可靠性(電池故障是車輛故障的常見原因,見上文),并減少車輛重量、成本和維護(hù)需求。
4.1 從低壓鉛酸電池轉(zhuǎn)向鋰電池并降低電池容量
12V鉛酸電池多年來一直是低壓電網(wǎng)的主力。它用于許多用途,如起動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)、提供靜態(tài)電流以及與交流發(fā)電機(jī)結(jié)合作為緩沖元件。盡管其由于循環(huán)和部分充電(有時(shí)也由于機(jī)械故障和水分損失)而容易老化,但其在運(yùn)行中非常穩(wěn)健,例如對(duì)過電壓峰值的耐受性、低溫下的充電等。此外,這是一個(gè)非常經(jīng)濟(jì)的解決方案。然而,由于(計(jì)劃中的)環(huán)境法規(guī)和其重量高、故障率高和壽命僅為幾年等其他不利性質(zhì),業(yè)界普遍希望在未來將鉛酸電池替換為鋰離子電池。
鉛酸電池僅限于在50%至100%的電荷狀態(tài)范圍內(nèi)使用,而鋰離子電池幾乎可以在整個(gè)容量范圍內(nèi)使用。這一事實(shí)以及其他有益因素(例如較低的內(nèi)阻)使得鋰離子電池相較于鉛酸電池總體容量可以顯著減小。例如,在電動(dòng)汽車中,鉛酸12V電池通常儲(chǔ)存大約30-60Ah,而鋰離子12V電池甚至可以縮小到10Ah以下。在電池化學(xué)層面,磷酸鋰鐵(LFP)和三元鋰(NMC)電池配置為4個(gè)單體電池串聯(lián)(4s1p),目前顯現(xiàn)了成為典型12V低壓電池的潛力。這些電池通常配備自己的電池管理系統(tǒng)(BMS),包括單體監(jiān)控和半導(dǎo)體電池主開關(guān)。
然而,鋰離子電池對(duì)電網(wǎng)設(shè)計(jì)提出新挑戰(zhàn)。以基于三元鋰電池的4s1p 配置為例,電池開路的名義工作電壓將從約12.5V增加到14-15.5V,并且充電電壓將從14-15V增加到15-17V。因此,其他系統(tǒng)零部件需進(jìn)行調(diào)整。此外,由于更小容量電池的出現(xiàn),車輛停止?fàn)顟B(tài)的靜態(tài)電流必須減小,或在停車時(shí)需要從高壓電池進(jìn)行充電。這不僅影響電網(wǎng)架構(gòu),還會(huì)影響功能分配和通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),例如關(guān)于局部網(wǎng)絡(luò)(partial network)的使用。此外,由于電池支持和緩沖高電流峰值的能力降低,在有些情況下需要調(diào)整電壓轉(zhuǎn)換器以接受更多的峰值電流。作為替代方案,電容器可用于支持電壓轉(zhuǎn)換器。因此,鋰離子電池的切換并非是一種“插拔替換”。
4.2 使用高壓電池以及電壓轉(zhuǎn)換器在無低壓電池工況下,提供安全低壓供電
我們當(dāng)前著眼于高可用性場(chǎng)景所需的冗余雙通道電網(wǎng)架構(gòu),將首先在其中一條通道中移除低壓電池,如圖4所示的中間選項(xiàng)。在這種情況下,缺少低壓電池的通道將通過單獨(dú)的電壓轉(zhuǎn)換器從高壓電池供電。在此配置中,停車時(shí)所需的所有負(fù)載將優(yōu)先由低壓電池供電的通道提供。
然而,即使第一步也將需要對(duì)高壓電網(wǎng)和該通道的電壓轉(zhuǎn)換器做一些更改。通常,兩個(gè)低壓通道中的每一個(gè)都將具有其可用性要求的ASIL B(D)評(píng)級(jí)。這意味著高壓電池、該通道的電壓轉(zhuǎn)換器以及高壓電力分布也將獲得ASIL B(D)評(píng)級(jí)的要求。除此之外,功能要求也必須進(jìn)行調(diào)整。
例如,電壓轉(zhuǎn)換器將需要支持更高的電流動(dòng)態(tài)響應(yīng)(最高達(dá)400A/ms)。作為替代方案,需要實(shí)施處理來自組件(如轉(zhuǎn)向系統(tǒng))的電流反饋的其他措施。在高壓一側(cè),需要考慮在必要時(shí)防止高壓電池和電壓轉(zhuǎn)換器在高壓網(wǎng)絡(luò)中QM評(píng)級(jí)的負(fù)載之間的意外干擾。此外,ASIL B(D)評(píng)級(jí)的電壓轉(zhuǎn)換器可能直接連接到高壓電池端子,即在電池主繼電器切換之前。這個(gè)電壓轉(zhuǎn)換器能以技術(shù)上有益的方式集成到高壓電池外殼中,以避免接觸未受保護(hù)的高壓電線,并更好地支持始終開啟的需求。
通過雙冗余供電方案取代低壓電池
一個(gè)更激進(jìn)的選擇是完全移除兩個(gè)通道中的所有低壓電池(見圖4,右側(cè)選項(xiàng))。這需要進(jìn)一步的調(diào)整。兩個(gè)低壓通道將其ASIL B(D)評(píng)級(jí)的要求下達(dá)到高壓電池供電。這意味著在單一高壓系統(tǒng)場(chǎng)景中,高壓電池將繼承ASIL D評(píng)級(jí)。更實(shí)際的假設(shè)是,高壓電網(wǎng)將分割成兩個(gè)冗余的高壓路徑,帶有兩個(gè)電池包、獨(dú)立的高壓電力分布和獨(dú)立的電壓轉(zhuǎn)換器。當(dāng)然,需要防止兩個(gè)高壓路徑之間的依賴性故障以及系統(tǒng)性故障。
完全取消所有低壓電池
另一個(gè)額外的挑戰(zhàn)是在沒有低壓電池的路徑中必須通過其他手段處理的電流峰值。電壓轉(zhuǎn)換器需要設(shè)計(jì)以滿足所有功率和電流需求,包括所有峰值。在低壓電池?zé)o電的路徑中引入電容器以支持電壓轉(zhuǎn)換器可能是一個(gè)有益的措施,這可以使電壓平滑,但沒有儲(chǔ)存大量能量的能力。此外,停車時(shí)需要通過電壓轉(zhuǎn)換器提供靜態(tài)電流。由于大型主電壓轉(zhuǎn)換器在低功率輸出時(shí)通常效率較低,因此使用一到兩個(gè)額外的低功率電壓轉(zhuǎn)換器可能更有效。
05VDA450 電網(wǎng)簡(jiǎn)化分析
過去電源系統(tǒng)安全概念的發(fā)展不均衡。諸如 ISO 26262安全標(biāo)準(zhǔn)在電源系統(tǒng)上的應(yīng)用方式非常不同,從而導(dǎo)致電源系統(tǒng)的質(zhì)量、可用性和安全性存在很大差異。隨著線控轉(zhuǎn)向和線控制動(dòng)功能以及需要可靠的、故障主動(dòng)控制的電網(wǎng)系統(tǒng)的自動(dòng)駕駛功能的出現(xiàn),電源系統(tǒng)的發(fā)展在安全工程中變得更加突出。
VDA協(xié)會(huì)認(rèn)識(shí)到了澄清和指導(dǎo)的需要,并成立了一個(gè)工作組,負(fù)責(zé)提供一個(gè)與安全標(biāo)準(zhǔn)(ISO 26262第2版)以及法律要求(例如UN ECE R13(H),GB 21670和FMVSS用于制動(dòng),UN ECE R79和GB 17675用于轉(zhuǎn)向,UN ECE R157用于自動(dòng)車道保持)一致的電源系統(tǒng)的開發(fā)方法。
符合安全標(biāo)準(zhǔn)是電源系統(tǒng)的一個(gè)重要質(zhì)量特征。對(duì)于一些車輛功能,符合 ISO 26262 或 GB/T 34590 已經(jīng)是型號(hào)認(rèn)證的要求。
隨著 ISO 26262 第2版的發(fā)布,關(guān)于項(xiàng)目定義的新選項(xiàng)已經(jīng)可用。電源系統(tǒng)屬于這一類別,VDA 450 工作組的第一開發(fā)方法是基于電源系統(tǒng)被定義為這樣一個(gè)項(xiàng)目的前提。這帶來了一些優(yōu)勢(shì)。例如,電源系統(tǒng)可以被開發(fā)以滿足其自身的關(guān)于隨機(jī)硬件故障(PMHF,SPFM,LFM)的目標(biāo)值。在這種情況下,電源系統(tǒng)的目標(biāo)值獨(dú)立于轉(zhuǎn)向和制動(dòng)等其他功能,這在開發(fā)階段大大減少了復(fù)雜性和相互依賴性。
隨著德國(guó) VDA 450 關(guān)于自動(dòng)駕駛功能的推薦標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布,相應(yīng)安全電源系統(tǒng)的開發(fā)變得顯著更容易。它使用自上而下的方法,根據(jù)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)推導(dǎo)需要滿足的要求。該建議收集了增強(qiáng)和最佳實(shí)踐,例如用于預(yù)算、故障處理、緊急操作容忍時(shí)間間隔的規(guī)則,以及具有安全屬性的新型和改進(jìn)的端子術(shù)語(yǔ)。對(duì)于從業(yè)者來說,它還包含了檢查可能影響干擾自由度的外部和內(nèi)部條件的綜合列表。
VDA 450 推薦標(biāo)準(zhǔn)是由領(lǐng)先的行業(yè)專家開發(fā),包括許多原始設(shè)備制造商和一級(jí)供應(yīng)商,如博世。它在實(shí)際電網(wǎng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)例證明了其實(shí)用性,并且可以擴(kuò)展到自動(dòng)駕駛以外的系統(tǒng),如前文提到的線控系統(tǒng)解決方案。因此,它對(duì)未來架構(gòu)具有無可爭(zhēng)議的價(jià)值。
0648V用作低壓供電電壓
信息娛樂和高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)功能導(dǎo)致低壓電源網(wǎng)絡(luò)中的電力需求不斷增加。隨著更多計(jì)算性能、更大的顯示屏和舒適功能(“移動(dòng)的生活空間”),及用于自動(dòng)駕駛的安全電源的應(yīng)用,預(yù)計(jì)到本十年末,平均車輛功耗將達(dá)到5-6千瓦。
由于持續(xù)集中化,更多能量必須傳送到較少的電控單元(ECUs),這就需要更大的導(dǎo)線截面和更大的半導(dǎo)體開關(guān)來承載所需的電流。從電力分配角度來看,提高低壓電源的電壓水平是合理的舉措,因?yàn)檫@樣可以減少整體布線束的重量、成本和半導(dǎo)體開關(guān)的功耗。因此,特斯拉(Tesla, 2023)宣布將低壓電壓水平提高到48V并不令人意外??紤]到在60V以上的額外要求,如車輛子系統(tǒng)的額外維護(hù)安全預(yù)防措施,這是最直接的電壓水平選擇。
48V過渡的最大挑戰(zhàn)在于當(dāng)前車輛架構(gòu)中存在著顯著的傳統(tǒng)方案。自20世紀(jì)60年代以來,12V一直是主要電源電壓,因此幾乎所有車輛零部件都經(jīng)過了優(yōu)化。也有一些明顯的例外,例如用于輕混合動(dòng)力和主動(dòng)懸掛的電源供應(yīng),然而,它們目前在整個(gè)車輛電網(wǎng)中僅占很小的一部分。
汽車制造商正在仔細(xì)評(píng)估潛在的遷移方案,并與博世等一級(jí)供應(yīng)商一起專注于單個(gè)負(fù)載和整體系統(tǒng)成本控制。然而,如同在電子電氣架構(gòu)分析中通常的情況一樣,沒有一種解決方案適合所有的情況。根據(jù)我們目前的分析,我們認(rèn)為在短期內(nèi),48V不會(huì)完全取代汽車的12V標(biāo)準(zhǔn)電壓,但可能會(huì)成為當(dāng)前12V標(biāo)準(zhǔn)和高壓之間的第三個(gè)選擇,而用于某些零件。
雖然一些汽車制造商將完全堅(jiān)持使用12V,或者將電壓增加至16V以上,但有些將會(huì)采取逐步遷移至48V的方式。由于目前沒有現(xiàn)成的48V零部件,預(yù)計(jì)在最初階段可能需要額外成本,這在一開始不會(huì)被因線束、保險(xiǎn)絲成本的減少和效率的增加而得到補(bǔ)償。
從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看,盡管48V零部件的成本降低,但尋找48V零部件的最佳應(yīng)用場(chǎng)景也將變得重要,如圖6,因?yàn)閷⒘悴考浦粮邏弘娋W(wǎng)可能成為一個(gè)可行的替代方案。對(duì)于低功率負(fù)載,通過48V減少線束成本和提高效率的可實(shí)現(xiàn)收益低于48V零部件的成本增加。在這種情況下,整體系統(tǒng)成本控制將驅(qū)動(dòng)決策,例如是將48V電源本地轉(zhuǎn)換為12V以適應(yīng)小功率沿用零部件,還是將這些零部件移至48V電源系統(tǒng)中。
由于引入了額外的電網(wǎng)電壓,附加的基礎(chǔ)設(shè)施成本因48V而有巨大差別。根據(jù)48V零部件的數(shù)量和電源分布式拓?fù)鋵樱▍^(qū)域架構(gòu))的可用性,最優(yōu)解會(huì)是不同的電網(wǎng)架構(gòu),如圖7所示。對(duì)于一些參考架構(gòu),我們發(fā)現(xiàn)48V的成本效益是由于ECU總數(shù)較少和嚴(yán)格執(zhí)行區(qū)域架構(gòu)的分層供電分配而得以實(shí)現(xiàn)。對(duì)于從其他架構(gòu)演變而來的情況,必須仔細(xì)確定電網(wǎng)架構(gòu)變更所需的臨界點(diǎn)。
總的來說,48V不是顯而易見優(yōu)于12V的解決方案,而是由于更可用的零部件和電網(wǎng)設(shè)計(jì)的整體變革,它在未來可能會(huì)變得更具商業(yè)吸引力。
07針對(duì)安全驗(yàn)證和可靠性評(píng)估的仿真
除了在電網(wǎng)和組件設(shè)計(jì)中的使用,ISO 26262 還極力推薦進(jìn)行仿真來驗(yàn)證電網(wǎng)的無不合理風(fēng)險(xiǎn)(ISO,2018)。類似于物理故障注入測(cè)試,可以使用仿真環(huán)境來檢查所需安全措施的正確實(shí)施、有效性和性能/準(zhǔn)確性。
此外,由于電網(wǎng)設(shè)計(jì)復(fù)雜性激增和變體數(shù)量增加,過去幾年仿真的價(jià)值在安全論證之外進(jìn)一步增加。由于物理測(cè)試場(chǎng)景的建立成本高昂且很易因評(píng)估設(shè)計(jì)而被替代,因此推薦使用仿真來獲得早期反饋,并在大量變體的情況下實(shí)現(xiàn)高測(cè)試覆蓋率。
在圖8中,我們展示了作為電網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計(jì)活動(dòng)部分通常的仿真基本分類。除了簡(jiǎn)單的能量仿真(供應(yīng)能力、能量?jī)?chǔ)備保持能力等),我們還分析電網(wǎng)在正常運(yùn)行時(shí)的所有可能用例以及各種故障場(chǎng)景中的電壓穩(wěn)定性。隨著高速通信、高敏感性的車輛計(jì)算機(jī)以及車輛中許多高頻開關(guān)電源電子器件的使用增加,對(duì)瞬態(tài)效應(yīng)、電壓紋波以及高壓和低壓網(wǎng)絡(luò)之間的相互作用的評(píng)估也變得更加重要。如上所述,這些仿真的輸出對(duì)于電網(wǎng)和零部件設(shè)計(jì)非常有用,例如用于優(yōu)化電池尺寸。此外,仿真還可以用于驗(yàn)證電網(wǎng)設(shè)計(jì)和功能安全概念,物理電網(wǎng)與軟件功能(例如電能管理或診斷)的交互,以及可靠性分析。由于仿真易于擴(kuò)展,它們還能幫助比較不同的電網(wǎng)架構(gòu)和可能的解決方案以及對(duì)組件屬性或環(huán)境輸入條件(溫度、任務(wù)配置文件等)的參數(shù)變化。
作為典型仿真任務(wù)的簡(jiǎn)單示例,我們?cè)趫D8中展示了 DC/DC 變換器負(fù)載階躍響應(yīng)的仿真結(jié)果和測(cè)量結(jié)果。等效電路圖描述了變換器每一側(cè)的阻抗網(wǎng)絡(luò)。仿真的特點(diǎn)是我們還能夠?qū)⑽锢黼娋W(wǎng)的仿真與軟件模型的協(xié)同仿真相結(jié)合,例如仿真軟件邏輯和內(nèi)部切換電路的延遲對(duì)結(jié)果的影響。結(jié)合博世等系統(tǒng)供應(yīng)商對(duì)功能需求的全面了解,這是一項(xiàng)獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。這樣的信息對(duì)于設(shè)計(jì)電控單元(ECU)內(nèi)部電路、擴(kuò)展安全維度和其他響應(yīng)機(jī)制都很有價(jià)值。這也可以擴(kuò)展到分布式電源解決方案,例如通過使用分布層之間通信延遲的模型。
08總 結(jié)
新穎的車輛領(lǐng)域功能使得對(duì)電網(wǎng)架構(gòu)的要求提升到了一個(gè)新的水平。隨著對(duì)安全可靠電力供應(yīng)的需求不斷增加,有必要顯著推進(jìn)電網(wǎng)架構(gòu)的設(shè)計(jì)。在本文中,我們展望了未來幾年汽車制造商和供應(yīng)商將持續(xù)參與的一些主要話題。
諸如48V, eFuses等新技術(shù)將深遠(yuǎn)地改變當(dāng)下電網(wǎng)
像博世電網(wǎng)管理模塊(Powernet Guardian)這樣朝向電子電力分配解決方案的發(fā)展,將使制造商能夠?yàn)榫€控系統(tǒng)和自動(dòng)駕駛等功能將更多安全相關(guān)的負(fù)載引入車輛。分區(qū)架構(gòu)將對(duì)改善電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的布置,提高整體可維護(hù)性和可靠性非常重要。隨著新發(fā)布的 VDA 450推薦,安全電網(wǎng)架構(gòu)的設(shè)計(jì)過程和實(shí)施將變得越來越標(biāo)準(zhǔn)化。
引入 48V 供電電壓可以減輕低壓區(qū)域高性能負(fù)載的線束重量,提高效率。然而,這樣的變化需要在制造商和供應(yīng)商之間進(jìn)行精心規(guī)劃、評(píng)估、合作和研究,以實(shí)現(xiàn)積極的系統(tǒng)總成本效益。正如在電子電氣架構(gòu)中普遍存在的那樣,沒有一種適合所有情況的解決方案,特別是在存在重要的歷史包袱局限時(shí)。
電網(wǎng)仿真將助力新的復(fù)雜設(shè)計(jì)
仿真能力將成為未來電網(wǎng)設(shè)計(jì)師的重要資產(chǎn)。通過對(duì)故障、瞬態(tài)和外部影響進(jìn)行復(fù)雜建模,可以經(jīng)濟(jì)高效地評(píng)估電網(wǎng)架構(gòu)中的進(jìn)化和革命性步驟,并實(shí)現(xiàn)快速反饋。這需要擴(kuò)展建模環(huán)境,以額外反映這些復(fù)雜系統(tǒng)中的軟件邏輯和通信路徑。
讓我們共塑未來
總的來說,我們正處于汽車行業(yè)的大轉(zhuǎn)型階段。這也同樣適用于電網(wǎng)設(shè)計(jì)。為打造可靠、安全且具有成本效益的車輛,將需要車輛制造商與像博世這樣具有完整系統(tǒng)能力的供應(yīng)商進(jìn)行密切合作。我們相信未來的電子電氣架構(gòu)將提供正確的框架和巨大的機(jī)遇,通過優(yōu)秀的工程開發(fā)出極具吸引力的卓越汽車。
作者:
Dr. Thorsten Huck,
Dr. Andreas Achtzehn,
Dr. Felix Hoos, Alexander Fuchs,
Jonas Stüble, Dr. Tobias T. Traub,
Vasileios Kourtidis, Manuel Eder,
Dr. Karsten Wehefritz
Robert Bosch GmbH
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原文標(biāo)題:博世白皮書 | 為未來移動(dòng)出行升級(jí)下一代整車電網(wǎng)(Powernets)
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