電驅(qū)動系統(tǒng)的Fail Operational安全設計

我最近看了兩個NXP的設計研討會《SAFETY CONCEPT FOR HV/LV POWER CONVERTERS》和《FAULT TOLERANT MOTOR CONTROL IN POWERTRAIN APPLICATION》，這兩個分別針對將來帶有高階自動輔助駕駛功能的車輛，在動力總成方面的安全性設計。這也代表歐洲的核心觀點，隨著ADAS的功能往上走，設計的安全性是需要讓車停在一個安全的地方。

我不知道這個方向?qū)τ诔杀疽蠖喔?，但是這反應歐洲的一個重點設計趨勢，和我們注重產(chǎn)品性價比和極致的設計方向是存在很大的分歧的。

▲圖1.從Fail Safe到Fail Operational

SSL A到SSL G這里的定義，涉及對于驅(qū)動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向和駕駛的基本要求，也是對車輛運行狀態(tài)的定義。代表智能汽車如果真的要做成那樣，內(nèi)部的電驅(qū)動動力總成系統(tǒng)的安全設計也提高了。

▲圖2.歐洲轉(zhuǎn)向L3其實成本很高

Part 1

DC-DC的設計要求

具備自動輔助駕駛汽車中的車載攝像頭和傳感器收集大量數(shù)據(jù)，核心計算平臺需要實時處理這些數(shù)據(jù)，以確保車輛保持在正確的車道上并在前往目的地時安全運行。整車計算平臺控制對云端通信，根據(jù)天氣變化和不斷變化的道路狀況（如繞路和道路碎片）進行規(guī)劃控制的調(diào)整。 目前所有的重要感知、處理和執(zhí)行部分，都需要實現(xiàn)關鍵任務系統(tǒng)（包括電源）的冗余。

目前這些涉及安全的設備如何處理電源的問題就成了一個比較大的問題，這里有板級、系統(tǒng)級別多種，在系統(tǒng)層面希望高壓轉(zhuǎn)低壓DC-DC具備安全冗余。

▲圖3.電池原材料價格

具備Fail Safe的DCDC的基本架構(gòu)：

▲圖4.DCDC的Fail Safe設計 從Fail Safe的設計到Fail Operational主要分成三個部分：●功率級：把原來的功率拓撲改為T型結(jié)構(gòu)?！駵y量級：采用榮譽的算法，來實現(xiàn)對高壓端和低壓端的采集。

●控制級：圍繞MCU層面的冗余設計。

▲圖5.DCDC的Fail Operational的設計

這里的思路，是把一個DCDC加強，在各個維度通過功能安全分析做加強。當然我也可以通過兩個DC-DC的處理，或者在OBC里面再做一些額外功率級別的借用。

▲圖6.大系統(tǒng)上12V的DC-DC架構(gòu)拓撲的選擇

Part 2

驅(qū)動系統(tǒng)

在驅(qū)動逆變器的設計里面，控制部分主要涵蓋6個部分，高壓測量、電機溫度測量，電機位置測量、相電流檢測、控制回路和功率回路。電源和通信部分包括低壓供電、高壓供電和車載通信。

▲圖7.功率逆變器的功能分解

逆變器環(huán)節(jié)，如果我們加入額外的橋來做冗余，這個可能效果更好一些。這種設計是在成本和體積上面做折衷考慮。

▲圖8.額外的功率Leg

▲表1.效用分析

小結(jié)：我們其實能看到，中國在市場上跑到領先位置，但我們的設計理念和歐洲哪怕在動力總成的思路上，都有很大的差異。當然這不能說誰對誰錯，只是一種設計路線的選擇。

審核編輯 ：李倩