管窺一下汽車這樣的“自控力”是如何實現(xiàn)的

汽車可以說是人們?nèi)粘Ｉ钪心軌蚪佑|到的最復雜的機器，但即使是這樣復雜的機器，普通人經(jīng)過簡單的培訓，也能夠輕松駕馭，這主要歸功于兩點：一是汽車的人機交互（HMI）做得越來越直觀和友好，讓用戶用著順手；二是汽車越來越多的功能是自適應的、可自我調(diào)節(jié)的，也就是說無需用戶干預，車輛自己就搞定了，所以再復雜的功能，對于用戶都變得“透明”了，完全不用去操心。 如果將汽車看做是一個“人”，可以說Ta具備了更強的“自控力”，或者說越來越“智能”。這樣的例子在今天的汽車身上不勝枚舉，我們今天從兩個方面著手，管窺一下汽車這樣的“自控力”是如何實現(xiàn)的。

自適應燈光

安全是汽車設計中需要考慮的首要因素，而汽車的前照燈（俗稱“大燈”）作為一個重要的安全單元，從汽車誕生之日起就成了車身上不可或缺的一部分。汽車大燈的核心作用，就是在環(huán)境光條件不佳的情況下，為駕駛員提供足夠的照度，確保行車安全所需的能見度。

不過在使用過程中，人們逐漸發(fā)現(xiàn)了汽車大燈一些不盡如人意的地方。由于傳統(tǒng)的汽車大燈照射的位置和角度是固定的，因此當車輛拐彎時，直射的車燈光線是無法覆蓋到彎道內(nèi)側(cè)的，這就會形成了一個照明“盲區(qū)”；與此類似，當車輛上坡或者增速時，固定不變的大燈照射范圍會變近，而在下坡或者減速時，照射范圍又會過遠……這些不足，也就暗含了安全隱患。 為了解決這個問題，自適應前照燈控制系統(tǒng)（Adaptive Front Lighting System，AFS）應運而生。要說AFS的設計思路也不難理解，就是讓大燈能夠根據(jù)汽車轉(zhuǎn)向的角度、上下坡的姿態(tài)、加速度的大小等，自動調(diào)整照射角度，以達到最佳的照明效果。這樣就可以在能見度低的情況下確保駕駛員的視野和行車安全。 一個典型的AFS系統(tǒng)包括以下幾個部分：

傳感器：獲取車輛轉(zhuǎn)向、上下坡、加速度等信息，反饋給系統(tǒng)作為行動依據(jù)；

主控制器：對來自傳感器的信息進行處理，發(fā)出正確的大燈轉(zhuǎn)向指令；

執(zhí)行器和步進電機：基于主控制器的指令驅(qū)動控制大燈的步進電機運動，調(diào)整照明角度，通常一個大燈由兩組執(zhí)行器和步進電機，分別驅(qū)動大燈上/下和左/右兩個維度上的方向調(diào)節(jié)。

比如，在車輛轉(zhuǎn)彎時，AFS會從方向盤轉(zhuǎn)角傳感器獲取數(shù)據(jù)，然后控制和驅(qū)動大燈在水平維度上向彎道內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)一個角度，讓前方的道路都能夠被燈光所覆蓋。

圖1：利用AFS進行前照燈的左右照射角度調(diào)節(jié)

正是因為AFS這樣一種主動安全技術(shù)，可以讓行車安全和用戶體驗顯著提升，也就成了越來越多車型的標配。但是在AFS的開發(fā)中，技術(shù)挑戰(zhàn)依然存在，比如：在方案核心器件的選型上，從傳感、控制到執(zhí)行要合理搭配，同時還有滿足車規(guī)要求；再有就是電機驅(qū)動，如何實現(xiàn)更佳的控制精度和響應速度，需要在硬件和軟件上做整體的考量。 好在目前越來越多的廠商能夠提供完整的AFS解決方案，如下面這個基于恩智浦芯片的方案，其中主控用的是S12ZVL，電機驅(qū)動部分是基于NCV70522，有了這樣的整體方案， 提升大燈的自控力，變得觸手可及。

圖2：基于恩智浦芯片的AFS解決方案

在此基礎上，開發(fā)者可以讓腦洞開得更大些，考慮將其他更多的傳感器信息疊加進來，增加AFS系統(tǒng)自適應的場景，比如可以根據(jù)車載雷達提供的數(shù)據(jù)計算出會車時對向來車的速度和方位，及時調(diào)節(jié)光照的強度，避免由于炫目造成的安全風險。這種不斷增強的自控力，無疑也會讓用戶更省心。

電池管理

相對來講，AFS還是一個比較簡單的車載設備智能化的案例，在提升汽車“自控力”上，還有一些更為復雜和關(guān)鍵的領域，比如新能源汽車中的電池管理系統(tǒng)（BMS）。 對于續(xù)航里程的擔憂，應該算是電動汽車商用途中最大的攔路虎。提升電動汽車的續(xù)航里程，一方面有賴于動力電池技術(shù)的進步，另一個方面就需要BSM的加持了。

BMS作為連接電池組、整車系統(tǒng)和電機的“紐帶”，其作用是實時監(jiān)控，制定控制策略，確保高效可靠安全的運行。這些作用主要可以概括為：

對動力電池的狀態(tài)進行實時、精準地監(jiān)測，包括SOC剩余電量、SOP功率狀態(tài)、SOH電池老化程度等。由于鋰電池材料固有的特性，使用過程中存在危險性，因此需要BMS對電池的充放電過程進行及時準確地把控，避免電池的過充、過放、過熱，保證其安全工作。

在監(jiān)測數(shù)據(jù)的基礎上對電池狀態(tài)進行評估，以確定合適的控制策略，確保電池組在安全的工作狀態(tài)下進行充電、放電和配電，優(yōu)化電能的使用、延長電池的壽命。

而對于在整個電池管理控制過程中產(chǎn)生的大量的數(shù)據(jù)——包括來自電池系統(tǒng)本身的數(shù)據(jù)，以及與整車控制系統(tǒng)交互的數(shù)據(jù)——進行傳輸和分析，并確保信息安全。這些全面可靠的數(shù)據(jù)信息，對于提供個性化的服務、改善用戶體驗大有裨益。

不難看出，BMS實際上就是幫助用戶對作為電動汽車能源核心的電池組進行智能管理，根據(jù)實際狀況作出最恰當?shù)膽獙Σ呗?，使其在最佳的狀態(tài)下工作。

圖3：BMS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（圖片來源：安富利）

在BMS的開發(fā)中，一些關(guān)鍵的技術(shù)要素（或者說是難點）必須要認真考量和應對。

準確的電池狀態(tài)估測。即對電池組的SOC、SOP和SOH等參數(shù)做出動態(tài)、準確的測量和估算，為數(shù)據(jù)分析和控制決策提供依據(jù)。

能量均衡。由于實際工作中電池組中的每個電池性能表現(xiàn)會出現(xiàn)差異，這種差異會對電池的壽命和系統(tǒng)的使用產(chǎn)生不良影響，通過能量均衡可以彌補電池個體之間的差異，確保其一致性，提升對電池中能量的利用率。這也是提高續(xù)航里程以及延長電池壽命的重要一環(huán)。

保護功能。可靠的過充、過放保護，過流、過溫、低溫保護必不可少，確保系統(tǒng)能夠在故障發(fā)生時做出快速響應。

數(shù)據(jù)通信功能。通過車載總線或無線互連等方式在BMS內(nèi)部、BMS與其他外部的汽車設備，以及BMS與云端之間建立數(shù)據(jù)通信機制，充分理由數(shù)據(jù)，釋放出數(shù)據(jù)的能量。

功能安全。保障安全系統(tǒng)在必要時能有效地執(zhí)行其安全功能，確保汽車安全完整性能夠滿足ASIL安全等級的要求。

目前新能源車的技術(shù)還在快速迭代中，對于BMS的探索也在持續(xù)推進，不過所有努力和技術(shù)路徑的大目標都是一致的，就是讓動力電池系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)變得更加自控、更加智能，讓用戶在車輪上的生活更加無憂無慮。

邁向智能化

實際上，汽車的智能化，就是建立在對一個個具體問題的解決，對一個個功能的升級的過程中的，自適應燈光控制和電池管理就是其中兩個直接影響用戶體驗、不容忽視的關(guān)鍵點。從這里起步，最終就會從量變到質(zhì)變，在整車的智能化上形成整體的提升和突破。 在即將舉辦的安富利ADAS/自動駕駛主題月的活動中，安富利和合作伙伴的專家，以及行業(yè)中的KOL聯(lián)手，為大家?guī)砹艘粓龈韶洕M滿的在線研討會，活動中嘉賓講師將結(jié)合當前汽車智能化的發(fā)展現(xiàn)況及應用需求，從自適應燈光控制和電池管理的實際項目入手，介紹其基本的定義及概念、系統(tǒng)開發(fā)的需求分析、相關(guān)接口定義、開發(fā)流程、部分測試標準以及開發(fā)過程中的重點與難點等內(nèi)容，讓大家對AFS和BMS系統(tǒng)的開發(fā)有一個初步的認識，并掌握基本的開發(fā)步驟和方法。 想提升汽車的“自控力”，千萬不要錯過這次難得的機會！

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