摘要

汽車行業正朝著軟件定義汽車（SDV）方向發展，并且與汽車電氣化趨勢相結合，這就需要采用不同的方法來設計汽車及其網絡架構。對于軟件定義電動汽車（SDEV）而言，功能靈活性和功率優化對于實現最高性能和成本效益至關重要。帶有信號改進功能的CAN部分網絡（CAN SIC）有望在這一變革中發揮重要作用。

01 . 硬件和軟件可升級的汽車

如今，當你從經銷商處購買一輛新車時，你可以選擇自己想要的配置，汽車制造商安裝相應硬件后交付車輛。如果你之后想要添加額外配置，通常只能在購車后進行，而且成本往往很高。

軟件定義汽車的目標之一是實現汽車軟件可升級，通過數字購買和無線（OTA）更新來添加功能，而無需安裝任何新硬件。這意味著在購車時，汽車就應該預裝未來所有預期功能所需的硬件。這給汽車制造商帶來了新車銷售初期的額外成本，因為他們銷售的是配置更多硬件選項的成品車。不過，這些硬件選項最初應該處于禁用和斷電狀態，一旦終端客戶購買相關功能，激活并開啟這些額外硬件，就能迅速創造新的收入來源。這與在智能手機上購買新應用程序的情況類似。

02 . ?軟件定義電動汽車（SDEV）需要具備動態、選擇性地開啟/關閉ECU的能力

將這一概念與電動汽車（EV）面臨的挑戰相結合，由于電動汽車的續航里程完全取決于電池電量和車輛的功耗，因此在不使用時，電子控制單元（ECU）不應完全啟用和通電。否則會消耗電池電量，而且持續通電會使電子元件性能下降。相反，我們希望盡可能完全關閉這些ECU的電源，僅在需要它們為汽車提供特定功能時才啟用。這不僅能降低功耗（如果不是使用純綠色能源充電，還能減少二氧化碳排放）、延長續航里程，還能通過盡量減少ECU組件（如微控制器、電阻、電容等）的通電時間，防止其電氣組件使用壽命縮短。

03 .選擇性ECU喚醒功能支持更先進的應用場景

利用選擇性喚醒功能，還能實現更先進的應用場景。想象一下共享汽車的概念（租車、共同擁有的車，甚至是汽車制造商擁有的車），車輛的每個用戶（司機或乘客）都可以有個性化的功能設置。車輛能夠識別車內乘坐人員的身份，甚至可能識別出具體座位，并為每個人啟用個性化功能。例如，A用戶可能啟用了所有功能（導航、座椅加熱和通風、座椅按摩功能、高級駕駛輔助系統功能、車內燈光效果等），而B用戶可能只啟用了一兩個功能。無論他們使用哪輛車，這些功能對他們個人來說總是可用的。

再想象一下類似手機低電量模式的汽車低電量模式。當電池電量降至10%時，車輛僅保持關鍵功能啟用。當在導航系統中設置目的地后，如果電池電量不足，汽車可以動態選擇禁用某些功能，以確保能夠行駛到下一個充電站。

04 .開啟/關閉ECU的實現方案

考慮動態、選擇性地開啟/關閉ECU的方法，有以下幾種可行的實現方案：

1、使用電子保險絲進行電源線切換：但電子保險絲價格昂貴，還需要額外的電源線，這增加了車輛的成本和重量。電子保險絲目前是并且仍將是電源架構的一部分，因為它們還支持監測和安全功能。不過，為每個ECU都配備一個電子保險絲成本過高，所以電子保險絲通常為一組ECU供電，這些ECU在車輛中物理位置相近或邏輯上屬于同一區域。

2、中央ECU（如網關、域控制器或區域控制器）與邊緣節點ECU之間采用點對點數據連接，并結合支持低功耗模式的收發器：這種方式可以使ECU完全斷電。但該解決方案需要在中央ECU處設置多個數據連接和連接器，這不僅增加了成本、故障點（連接器容易出現故障），還會因為每個邊緣節點都需要單獨布線而導致布線更長。

3、具有部分網絡/選擇性喚醒功能的睡眠模式收發器：這種方案在中央ECU處僅需一個連接，并允許所有邊緣節點通過優化的布線進行支線節點連接。不過，軟件會稍微復雜一些，因為需要在控制總線功能喚醒請求的分支上運行網絡管理軟件。

05 .管理速度和拓撲復雜性

在一輛有許多ECU通過同一通信總線進行通信的整車中，對帶寬的要求也會更高。像雷達和激光雷達這樣的傳感器會生成更精確的圖像，這需要更多的數據和帶寬。

對于經典CAN（CAN CC）和CAN FD，雖然相關標準支持最高5Mbit/s的速率，但在實際的多節點支線節點拓撲結構中，由于信號振鈴問題，實際速率不會超過2Mbit/s。當需要5Mbit/s的速率時，就需要降低拓撲復雜性并減少節點數量。在這種情況下，會創建許多較小的子分支，每個子分支只為車輛內的一兩個功能服務。

隨著CAN信號改進功能（CAN SIC）的引入，速度和拓撲復雜性之間的這種權衡在一定程度上消失了，更多的節點可以連接到單個分支上。然后，這個分支可以支持更多的車輛功能，并且仍然可以通過「虛擬分支」的概念分別訪問這些功能。采用更大分支的方案有助于汽車制造商降低布線復雜性，減少微控制器上所需的CAN通道數量以及所需的連接器數量，從而直接降低成本和減輕重量。

06 .通過帶有CAN SIC的CAN部分網絡進行優化

軟件定義電動汽車顯然需要能夠動態、選擇性地開啟和關閉所有ECU。這樣做可以最大限度地減少功耗，為軟件定義汽車提供功能靈活性，最大限度地減少ECU的性能下降，從而延長車輛使用壽命。

CAN部分網絡為控制ECU提供了系統成本最優化的解決方案。帶有部分網絡的CAN信號改進功能通過支持在單個分支上連接更多節點并通過虛擬分支激活功能，實現了進一步的優化。這就是CAN部分網絡在軟件定義電動汽車中的強大之處。

文章來源

本文基于Mike Van Haare（恩智浦）在第18屆國際CAN大會（iCC）的演講。已刊于《第18屆iCC會議論文集》2024版，由CiA出版。虹科智能互聯團隊翻譯并分享，旨在與行業同仁共享前沿技術成果。????

審核編輯 黃宇