汽车电子硬件设计的方法

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在电子工程专辑上看到博主Rocky的一篇关于通信行业硬件设计的一篇文章,感叹不同行业之间考虑的问题是相似的,只是环境条件不同,功能有差异,可靠性要求有差异。甚至是汽车电子内部的不同产品之间的硬件设计,也略有些偏重方向上的差异。汽车电子的分支有很多,底盘和发动机控制方向偏向于系统控制,能量转换单元偏向于开关电源的优化还有娱乐类的电子产品与消费电子的重合区间较多一些。而与旧日同事的工作内容的交流,大概也印证着着不同分支不同发展。

1.功耗

现在了解下来,12V铅酸电池的容量大概在50~100Ah。这里所说的功耗,不仅仅是指工作时候的功耗,也包括待机功耗。前者见于娱乐系统,万一把汽车玩没电了,发动不起来就搞笑了。前几天做过一个实验,用15V150A的电源是无法发动汽车的,启动时候需要的瞬时功率是非常高的,也对电池的容量提出了较高的要求。而休眠的功耗将直接决定汽车的存放天数,虽说电子设备越来越多,但是少于1个月就无法发动还是让人无法接受。特别是将来的PHEV和EV,电压一低,主继电器都无法吸合了。

2.可靠性

与通信设备(相信还是要细分为家庭用,野外用的)相比,恶劣的条件和与安全相关的属性,以及人们越来越高的保修期的要求(韩国车企在美国的终身保修政策实在让人觉得很有压力),使得所有模块的开发模式都可能受到一定的改变。MTBF和功能故障DFMEA的结合使用,使得整个设计需要更为的全面。

3. 热设计与热分析

VOLT配置了三套冷却系统,相信功率转换单元越来越多的使用,将会加大对于整个模块热分析与热设计的难度。当然当热累积到一定程度,就得考虑从整个车里面排出去,器件级别的散热设计反而相对而言比较简单(按照以前的计算和仿真结果,一般大功率应用中IGBT和MOSFET值得注意,其他的只要选好了合适的LDO一般问题不大)。

4.器件采购与成本控制

有趣的是,本土的公司,都往往使用最好的芯片。这是以前从BYQ同事告诉我的,都用好东西才可能不会出错,至少芯片一级可以提供支持和保证。先天的就去削减一些测试的费用,实际上降成本的前提,就是需要得到每个器件的stress和margin,才能进行技术成本优化。没有金刚转,别揽瓷器活。

5.DFM 和DFT

要是不能生产或者出厂了一些不合格品,代价会是让人震惊。因此EOL的设备的造价往往高的吓人。有些地方处于成本的考虑,还得在下线之前 calibration之后才能使用。

6.EMC和EMI

我以前觉得电子模块的EMC和EMI挑战很大,现在发现源头可能是汽车上那么多线束。由于有着诸多的感性负载和分布性的特点,上次电源供应商问我12V电池本身出来是否有纹波?让我觉得很诧异,到了车上,从哪些地方传导耦合或者空间耦合过来一定幅度的噪声都别觉得奇怪,未来电气化的车子更是如此。其实整车级别的EMC才麻烦呢,君不见都是一辆辆打包出去测试滴。

7.法规和标准

我现在才发现有那么多的标准,地区的,行业的,国际的,国家的;主要以测试标准为主,还有安全标准等,前面有过一些介绍。幸好,国内的始终是最容易过的,如果大家想这么没追求的话。

8.电源设计

这块确实是一个较大的问题,面对着越来越集成的系统,传统的LDO好像有些变化了。与Rocky相同的观点也是,遇到模拟信号采集的时候,电源的误差与干扰本身也是需要考虑进去的,如果某些模拟传感器线束太长,可能需要对地线也做一些考虑。

9.噪声和振动

继电器,大电感和其他磁性元件,都是可能发声的。而且后两者对振动也是相对敏感的,未来电气化的过程中将会使用大量的平板变压器和大电感,相信这块是设计的重灾区。

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