新能源汽車到智聯(lián)網(wǎng)汽車整車電氣系統(tǒng)發(fā)展研究

張彬　徐疏峰　蘇東輝

摘 要：文章先分析了新能源汽車發(fā)展概況，隨后介紹了智聯(lián)網(wǎng)汽車整車電氣系統(tǒng)智能化和自動化發(fā)展，包括圖像傳感器應用、超聲波雷達應用以及慣性傳感器應用，最后介紹了智聯(lián)網(wǎng)汽車整車電氣系統(tǒng)控制，包括預警功能分析、整車電氣架構開發(fā)、關鍵方案設計、硬件模塊化設計、軟件分層設計，希望能給相關人士提供有效參考。

關鍵詞：新能源汽車 智聯(lián)網(wǎng)汽車 整車電氣系統(tǒng)

1 引言

在社會持續(xù)發(fā)展和科技不斷進步背景下，新能源汽車以及智聯(lián)網(wǎng)汽車相繼誕生，新能源汽車將高壓蓄電池當成基礎動力來源，整車電氣系統(tǒng)整體創(chuàng)新優(yōu)化和傳統(tǒng)汽車比起來擁有更好的節(jié)能效果。新能源汽車作為智聯(lián)網(wǎng)汽車基礎載體，經(jīng)過不斷創(chuàng)新改進和完善優(yōu)化進一步提高了智聯(lián)網(wǎng)汽車整體智能化和自動化水平，增強了汽車駕駛安全性。

2 新能源汽車發(fā)展狀況分析

現(xiàn)代化社會背景下基于先進科技支持，促進我國汽車產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)全面創(chuàng)新發(fā)展，進一步擴大汽車銷量。汽車在成為全新代步工具后，隨著科技發(fā)展和市場規(guī)模持續(xù)擴張，汽車逐漸變成人們日常生活的基礎必需品，社會關于汽車的需求也越加多樣化，立足于政府視角分析，汽車大范圍擴張對社會公眾造成一定影響，比如能源不足以及環(huán)境污染等問題，城市中的交通問題也越加突出。而從車主自身角度分析，對于汽車駕駛便捷度、舒適性以及安全性也提出更高要求。新能源汽車也基于該種背景下誕生，新能源汽車特別是電動汽車持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展，進一步通過電能取代石油能源提高了汽車行駛環(huán)保性和清潔性，有效改善了當下的環(huán)境污染和能源問題。

結合我國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃分析，我國新能源汽車在2019年的銷售量已經(jīng)破百萬，未來將會不斷增長，結合相關預測分析，我國新能源汽車整體保有量將會突破五百萬。中國作為新能源汽車最大的銷售市場，首先來對新能源汽車相關電氣系統(tǒng)進行綜合分析，和傳統(tǒng)汽車比起來，以新能源汽車中的純電動汽車為例進行分析，其主要通過高壓電池進行供能，借助電力轉換裝置針對現(xiàn)有電能實施合理轉化，隨后借助電機把高壓電能進一步轉換成機械能，利用出傳動系統(tǒng)發(fā)力帶動汽車前進。汽車在減速和制動過程中，主要將電機當成發(fā)電機實施發(fā)電，隨后利用電力轉化系統(tǒng)把所性能電能進一步轉化為高壓直流電，為汽車電池充電。汽車相關能量利用率遠遠超出一般汽車。除此之外，新能源汽車因為基礎電能來源是高壓電池，和一般汽車中僅設置12V蓄電池比起來，進一步擴展了電能利用方式，延伸電能應用范圍。比如數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、電池控制系統(tǒng)以及整車控制系統(tǒng)能夠支持對整個車輛行駛狀態(tài)以及不同子電氣系統(tǒng)實現(xiàn)精準化管理和全面控制。以新能源汽車為基礎優(yōu)化改造整車，借助電力能源提高整車運行安全性和舒適度。基于先進科技支持下誕生的智聯(lián)網(wǎng)汽車能夠從某種條件下對相關問題進行有效處理，新能源汽車也是促進智聯(lián)網(wǎng)汽車進一步創(chuàng)新發(fā)展的最佳載體。

3 智聯(lián)網(wǎng)汽車整車電氣系統(tǒng)智能化和自動化發(fā)展

3.1 圖像傳感器應用

和新能源汽車比起來智聯(lián)網(wǎng)汽車的整車電氣系統(tǒng)得到全面優(yōu)化提升。智聯(lián)網(wǎng)汽車對應電氣系統(tǒng)能夠促進整車實現(xiàn)自動化和智能化發(fā)展，為促進整車的自動化、智能化發(fā)展，需要針對整車電氣系統(tǒng)合理增設不同類型傳感器。圖像傳感器具體功能和正常圖像傳感器不同，包括信號處理以及鏡頭采集信息兩部分構成。整個系統(tǒng)可以借助轉換設備將所采集圖像信息進一步處理分析轉化成二維數(shù)據(jù)，為后期圖像匹配提供基礎參考依據(jù)，隨后借助該項工作準確判斷交通標志、行車線、行人以及來往汽車，做好圖像處理工作。除此之外，還可以結合物體實際運行狀態(tài)和運動模式判斷物體和車輛之間的相對距離以及行動速度，主要可以分成多目攝像裝置、魚眼單目攝像以及一般單目攝像。智聯(lián)網(wǎng)汽車內的電氣系統(tǒng)中合理設計安裝攝像裝置能夠支持各種功能實現(xiàn)，首先能夠對汽車自身和所處環(huán)境條件進行全面監(jiān)測，比如應用魚眼攝像能夠實時監(jiān)察整車所處環(huán)境狀態(tài)。其次可以利用攝像裝置監(jiān)控駕駛員具體活動行為，為后期實施有效的控制預警，提醒駕駛狀態(tài)奠定良好基礎。除此之外，汽車能夠借助攝像裝置準確識別前往目標，掌握目標動態(tài)活動參數(shù)，進行精準測量。

3.2 超聲波雷達應用

智聯(lián)網(wǎng)汽車對應整車電氣系統(tǒng)內優(yōu)化設置超聲波雷達，此種技術處于新能源汽車以及傳統(tǒng)汽車內普遍被當成輔助泊車以及倒車雷達。超聲波雷達處于智聯(lián)網(wǎng)汽車內可以與控制系統(tǒng)進行有效配合，促進智聯(lián)網(wǎng)汽車實現(xiàn)自動化停車。因為超聲波雷達存在聲波頻率方面的限制。智聯(lián)網(wǎng)汽車對應整車電氣系統(tǒng)同時涵蓋毫米波雷達，可以對那些近距離毫米波實施有效監(jiān)測，基于控制系統(tǒng)輔助下能夠促進駕駛員進行變道操作。除此之外，當前所出現(xiàn)的各種交通施工普遍是行車盲點造成的，基于毫米波雷達有效輔助能夠幫助駕駛員強化盲點監(jiān)控。輔助變道功能實現(xiàn)無法脫離毫米波雷達，后期運行中發(fā)揮出輔助變道功能也需要借助毫米級雷達，后續(xù)發(fā)揮出其他輔助功能，比如緊急制動對應電氣控制模塊內同樣設置毫米波雷達，毫米波雷達可監(jiān)控范圍較廣，監(jiān)測距離遠，能夠支持自動駕駛系統(tǒng)功能實現(xiàn)，幫助合理確定障礙物所處范圍，明確角度和速度要求。智聯(lián)網(wǎng)汽車中同樣也應用各種激光雷達裝置，整車電氣系統(tǒng)內合理設置激光雷達可以輔助汽車進行精準測距，通常在四周設置激光雷達，或在車頂設置激光雷達。

3.3 慣性傳感器應用

在智聯(lián)網(wǎng)汽車內也經(jīng)常可以看到各種慣性傳感器，將其設置于汽車安全氣囊以及防盜系統(tǒng)內可以發(fā)揮出良好的空間定位功能。比較分析智聯(lián)網(wǎng)汽車相關整車電氣系統(tǒng)可以發(fā)現(xiàn)其中各種傳感器的攝像裝置具有較強的遠距離探測能力和強大的目標識別能力，容易受到惡劣環(huán)境和氣候等方面的影響，同時系統(tǒng)夜間處理能力較差，導致其充當車用傳感器過程中，一旦遇到前方障礙物以及各種報警狀況條件下存在某種錯誤報警風險，即向整車電氣系統(tǒng)以及車主提示錯誤信息，導致行駛系統(tǒng)和整車電氣系統(tǒng)出現(xiàn)動作誤差。車速測量活動中，對應攝像采集能力較差。超聲波具有較強的夜間運行能力，不會受到氣候環(huán)境過大的影響，但在遠距探測方面存在一定問題，整體目標識別能力較差，相關運行狀況會被各種煙霧、雨雪等惡劣環(huán)境狀況影響，該種狀況下容易導致整車控制系統(tǒng)于車輛前行中針對道路狀況進行錯誤判斷預警，因為輔助控制和預警使得整車機械系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)產(chǎn)生錯誤動作。毫米波雷達具有強大的遠距離探測和夜間監(jiān)測功能，不會被氣候環(huán)境所影響，但整體目標識別性能較差。綜合比較不同傳感器優(yōu)缺點，通常會針對整車電氣系統(tǒng)內設置兩種以上傳感裝置，支持設備協(xié)調發(fā)展，準確感知車內外環(huán)境狀況。

4 智聯(lián)網(wǎng)汽車整車電氣系統(tǒng)控制

4.1 預警功能分析

智聯(lián)網(wǎng)汽車在新時期發(fā)展中能夠支持實現(xiàn)多樣預警功能，整車電氣系統(tǒng)通過協(xié)調配合實施輔助駕駛和自動駕駛需要一定功能支持。整車電氣系統(tǒng)控制方面，智聯(lián)網(wǎng)汽車主要策略如下。整車電氣系統(tǒng)內不同預警功能實施中需要一定條件支持，并基于司機和整車狀態(tài)滿足基礎條件，會自動撤銷預警。比如針對前行碰撞問題進行預警過程中，駕駛者未主動剎車，車輛高速行駛和不處于變道條件下，整車電氣系統(tǒng)能夠借助傳感器對車輛前行中的環(huán)境狀況進行全面監(jiān)測，在出現(xiàn)向前碰撞風險條件下能夠自動發(fā)出預警蜂鳴。應用傳感器設備針對前方車輛進行測距監(jiān)控中，提醒前方車輛間隔距離前，汽車內的控制系統(tǒng)能夠對車速進行判斷，分析是否超速，車輛是否存在其他故障，隨后在駕駛者未及時剎車以及變道條件下提醒相關行為。基于上述兩種狀況，整車電氣系統(tǒng)控制中的預警退出基礎條件包含車輛低速運行、車輛轉彎以及駕駛者主動剎車，啟動電氣系統(tǒng)功能是實現(xiàn)相關預警功能的基礎前提。汽車想要進一步發(fā)揮出疲勞監(jiān)控功能，等待駕駛員啟動相關功能后，處于良好光線條件下，車輛行駛速度超出特定范圍內，假如監(jiān)測到汽車駕駛者出現(xiàn)疲勞狀態(tài)能夠進行提示預警。汽車實施前方交通穿行相關示警功能中主要控制策略如下：

智聯(lián)網(wǎng)汽車通過內部整車電氣系統(tǒng)互相協(xié)調配合能夠發(fā)揮出汽車輔助駕駛功能。比如自動緊急剎車以及輔助保持行駛車道等功能。控制輔助和預警功能不同，能夠支持實現(xiàn)整車動作，即利用整車電氣系統(tǒng)控制車輛行駛過程。例如車輛處于特定運行條件下，可能出現(xiàn)碰撞隱患，可以借助緊急自動剎車功能促進整車控制系統(tǒng)自動開啟。

智聯(lián)網(wǎng)汽車在我國擁有較大的發(fā)展優(yōu)勢和發(fā)展?jié)摿Α３酥猓⒆阌谄嚠a(chǎn)業(yè)發(fā)展層面分析，關鍵零件以及核心技術之間形成較大競爭力。比起傳統(tǒng)汽車，新能源汽車主要差異是關于電能利用，在促進整車電氣系統(tǒng)持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展進化基礎上，智聯(lián)網(wǎng)汽車能夠幫助改善汽車所形成的交通隱患，從而進一步降低交通事故幾率。基于新能源汽車相關電氣系統(tǒng)進一步創(chuàng)新設計，最終所形成的智聯(lián)網(wǎng)汽車具有良好環(huán)保特性，具有綠色特征，智聯(lián)網(wǎng)汽車的智能化特性能夠幫助駕駛者降低疲勞強度，提升道路交通效率。除此之外，智聯(lián)網(wǎng)汽車在不斷優(yōu)化完善電氣系統(tǒng)基礎上能夠促進實現(xiàn)共享出行，擴大車輛綜合利用率[1]。

4.2 整車電氣架構開發(fā)

整車電氣架構設計開發(fā)中需要做好全面需求分析，電氣架構需求作為架構開發(fā)早期，結合需求分析能夠準確識別開發(fā)約束和開發(fā)目標，創(chuàng)建完善的功能場景。具體開發(fā)內容包括電氣功能需求、控制策略、功能定義、信號設計、系統(tǒng)方案設計、保險絲選取、整車功能性測試、供電方式等。圍繞智聯(lián)網(wǎng)汽車相關電氣架構設計和一般汽車電氣架構不同，需要進一步突出域控制器架構、高帶寬車載通信、自動駕駛、車聯(lián)網(wǎng)以及智能座艙等內容。相關領域開發(fā)應用可以進一步提升電氣架構智能化、共享化以及網(wǎng)聯(lián)化。面向智聯(lián)網(wǎng)汽車進行電氣架構設計需要滿足車輛在多種場景中的穩(wěn)定運行需求，保證車輛便捷性和安全性，提高人機交互智能性，優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)間交互擴展性[2]。

4.3 關鍵方案設計

車身控制器相關設計方案聯(lián)系具體需求需要滿足各項功能要求。通過細致分析各種功能模塊的信息傳輸能夠進一步得出和車身控制器關聯(lián)系統(tǒng)，包括天窗系統(tǒng)、安全氣囊、組合儀表、組合開關、控制器、保險絲盒、一鍵啟動、智能進入以及空調系統(tǒng)等。整車電氣架構對應系統(tǒng)方案設計涵蓋各種電氣系統(tǒng)方案。初步確定系統(tǒng)功能框架后能夠進一步得到不同電氣系統(tǒng)內在信號聯(lián)系。綜合考慮不同系統(tǒng)實際信號需求，獲得整車信號需求。通過硬線連接不同系統(tǒng)，支持網(wǎng)絡總線連接，需要對電器設置部位以及信號接收技術難度進行系統(tǒng)分析，比較網(wǎng)絡連接和硬線連接成本進行設計。硬線連接下無法支持多方信號接收，任意修改都會導致硬件插接件變更，具有較長驗證周期，但能夠減少驅動芯片以及網(wǎng)絡控制芯片相關設置成本，消除網(wǎng)絡軟件設計。在網(wǎng)絡模塊逐漸降低成本背景下，后續(xù)網(wǎng)絡信號修改更加便捷，縮短周期，一個網(wǎng)絡信號能夠支持多個控制器同步接收，網(wǎng)絡連接逐漸取代硬線連接。結束整車電氣信號策略設計以及整車電氣框架設計后，針對系統(tǒng)網(wǎng)絡進行優(yōu)化設計。對應網(wǎng)絡設計分為網(wǎng)絡拓撲以及整車通信矩陣。整車電氣原理圖設計中需要率先采集整車用電信息，為整車電氣原理圖、用電器接口、發(fā)電機選型、線束設計和電源設計提供有效參考依據(jù)。明確各個用電器、系統(tǒng)和電源/保險絲，其他系統(tǒng)連接模式，網(wǎng)絡線束和連接線的編號、線徑以及色彩等，插接件針腳和線束明確列表，構建不同系統(tǒng)整車電氣設計圖[3]。

4.4 硬件模塊化設計

針對電子硬件和結構實施模塊化分解，汽車不同型號聯(lián)系不同子模塊實施全面整合，滿足變型車設計需求。變型車對于電器結構、造型擁有不同需求，針對電器結構件設計需要聯(lián)系汽車具體造型特征和安裝需求實施差異化設計，但應該盡量保障內部核心元件一致性，支持零件實現(xiàn)通用化發(fā)展。中空臺多媒體針對顯示屏實施模塊化設計，相同顯示屏搭配不同邊框模塊構成多樣顯示部件。結合電子架構設計相關功能模塊，支持順利實現(xiàn)輸入輸出，對關聯(lián)電子組件進行準確演算，結合最高功能需求設計傳輸接口以及電子線路，滿足汽車電氣功能需求[4]。

4.5 軟件分層設計

針對控制器軟件實施有效分層設計，具體可以劃分成車型配置、標定軟件以及基礎軟件。其中基礎軟件模塊和電子硬件、結構件充當基礎零部件，供應商負責直接供應。配置軟件以及標定軟件充當單獨零件，整車生產(chǎn)廠家負責線上直接組裝。軟件模塊化能夠從最大程度上提升控制器的通用化性能，不但能夠于平臺內實現(xiàn)跨車型，同時還可以支持跨越平臺，擴大規(guī)模化發(fā)展水平。后期開發(fā)設計中只需對應相關配置軟件和標定軟件模塊，進一步減少軟件開發(fā)周期，減少設計開發(fā)費用。對于售后缺陷只需對部分軟件進行刷新，保持元件良好通用性[5]。

5 結語

綜上所述，隨著時代發(fā)展，人們對于汽車性能提出更好要求，關于汽車網(wǎng)聯(lián)化、智能化、電動化以及共享化需求相繼提升，同時進一步從國家戰(zhàn)略發(fā)展層面提出智聯(lián)網(wǎng)汽車電氣系統(tǒng)研發(fā)需求。為此需要基于整車層面，聯(lián)系智聯(lián)網(wǎng)汽車電氣架構需求，提出有效設計實施方案，促進智聯(lián)網(wǎng)汽車整車電氣系統(tǒng)實現(xiàn)進一步創(chuàng)新發(fā)展。

“2021年度吉林省職業(yè)教育科研課題”課題名稱：汽車專業(yè)“技能導師工作室”建設研究與實踐，項目批準號：2021XHY129。

參考文獻：

[1]向朝參，李耀宇.基于深度強化學習的智聯(lián)網(wǎng)汽車感知任務分配[J].計算機學報，2022，45（05）：918-934.

[2]張薇薇，魏代禮.移動網(wǎng)絡新媒體時代下的新能源汽車銷售策略研究[J].辦公自動化，2022，27（22）：18-20.

[3]郭美華，劉杰.“新能源汽車技術”在智能網(wǎng)聯(lián)背景下的高職高專教育課程體系構建探索[J].時代汽車，2021（07）：107-108+111.

[4]馬子程，張建琦.智聯(lián)網(wǎng)情境下企業(yè)商業(yè)模式創(chuàng)新的三階段動力機制探究[J].廣東財經(jīng)大學學報，2021，36（01）：61-72.

[5]李保生，曾憲寧.某電動汽車無線電騷擾窄帶超標問題的排查與優(yōu)化[J].中國汽車，2022（11）：38-41+53.