嵌入式技術(shù)助力汽車業(yè)應(yīng)對54MPG法規(guī)帶來的挑戰(zhàn)

2012年8月，美國交通部國家公路交通安全管理局(NHTSA)和美國環(huán)保局(EPA)共同公布了全新的汽車業(yè)企業(yè)平均燃油經(jīng)濟(jì)性(CAFÉ)標(biāo)準(zhǔn)。里程數(shù)將以一種全新的方式定義，此外，汽車的“排放”將被納入效率評級中。

到2025年，目標(biāo)燃油經(jīng)濟(jì)性將為每加侖54.5英里(MPG)。當(dāng)今乘用車的平均燃油經(jīng)濟(jì)性為27.8mpg，要實現(xiàn)CAF的54.5mpg的目標(biāo)，2021年前小轎車需每年平均提高5%的燃油經(jīng)濟(jì)性，而輕型卡車需每年提高3.5%，之后所有車輛需提高5%的燃油經(jīng)濟(jì)性。歐盟在降低能耗方面已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了美國，并計劃在2020年以前實現(xiàn)65MPG的平均燃油經(jīng)濟(jì)性。

采用新一代動力總成控制器，可整合更多的功能并大幅增加計算性能，可在提升燃油經(jīng)濟(jì)性的諸多方面(以及汽車尾氣排放)做出改進(jìn)。這個由控制器所控制的精密系統(tǒng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了傳統(tǒng)火花點火(SI)引擎和傳輸控制。包含混合動力電動汽車和插入式混合動力電動汽車(帶發(fā)動機(jī)、電池和系統(tǒng)管理電子)的要求迫使廠商采用與傳統(tǒng)改進(jìn)趨勢不同的控制技術(shù)。

安全和效率的高增長需求

在動力總成控制中正在出現(xiàn)一種相對不可預(yù)見的趨勢，即對汽車電子系統(tǒng)安全性的不斷需求。設(shè)計人員必須確保在規(guī)避任何燃料和排放控制機(jī)制時，不影響車輛控制單元。

當(dāng)汽車電子在20世紀(jì)70年代首次推出時，所實現(xiàn)的控制功能非常簡單——這些汽車電子是分離的，并且沒有連接到車輛的其他組件。控制火花塞的組件未與儀表盤的速度表或轉(zhuǎn)速表對接，也沒有無線移動電話接口或音響系統(tǒng)。行車電腦是當(dāng)時最先進(jìn)的功能，在當(dāng)時僅僅處于起步階段。

隨著時間的推移，更多的復(fù)雜電子以及更多的固定和便攜式組件(如無鑰門禁系統(tǒng)、音響系統(tǒng)、車載信息系統(tǒng)和無線通信)組合使人們可以訪問深嵌在汽車中的控制系統(tǒng)。這些用戶可訪問的系統(tǒng)可能包含個人和隱私信息，同時，嵌入式系統(tǒng)不可避免地影響到汽車的基本物理行為——如加速、制動、和轉(zhuǎn)向。這些互聯(lián)功能的新特性意味著，如果車輛的控制或信息系統(tǒng)受到侵害，盜賊便有機(jī)會從外部對車輛進(jìn)行破壞。

通向節(jié)能之路

作為汽車動力總成微控制器(MCU)的主要供應(yīng)商，飛思卡爾半導(dǎo)體以其在電子控制領(lǐng)域促進(jìn)汽車業(yè)開拓同樣的方式應(yīng)對了這些挑戰(zhàn)。

圖1顯示了2012年至2022年間，不同車輛的燃料消耗趨勢走向圖。通過減少車重和滾動阻力并改進(jìn)空氣動力特性可提高燃油經(jīng)濟(jì)性，但符合這些不斷變化的標(biāo)準(zhǔn)且最具經(jīng)濟(jì)效益和最實際的方法是改進(jìn)內(nèi)燃機(jī)和汽車電器化。

如果制造商未遵守相關(guān)規(guī)定，可能會受到處罰。同樣，購買不符合標(biāo)準(zhǔn)汽車的用戶必須支付額外的汽車稅。為了減少在非節(jié)能高效型汽車上所支付的花費，汽車制造商可利用當(dāng)前和未來的飛思卡爾Qorivva MCU(如MPC5676R和MPC5777M)所提供的不斷增加的性能和功能。

這些飛思卡爾MCU有許多通用特性，如Power Architecture內(nèi)核、DMA控制器和串行通信接口。它們與上一代動力總成MCU相似，允許傳統(tǒng)軟件遷移到最新實施方案中；然而，與十年前的老式MCU相比，性能提升了5倍，閃存存儲器大小增大了4倍。