整車電子電氣架構中的智能執行器

還記得兩三年前，當我們談論電子電氣架構(Electrical/Electronic Architecture，EEA)的時候，還是談論分布式架構到域控架構的升級，關于中央計算單元+區域控制器架構，感覺還是遙不可及，電子電氣架構發展階段圖如下所示。

▲圖1 博世的電子電氣發展階段圖

而今，我們眼看各個主機廠的中央計算單元架構都要紛紛落地了，小鵬的X-EEA3.0中央計算平臺+區域控制架構、廣汽埃安的星靈中央計算平臺架構、長城的GEEP3.0計算平臺架構、理想的LEEA3.0等。

在電子電氣架構的技術變革中，整車上各ECU的功能被重新分配和整合到域控制器或者是中央控制器中，比如VCU和BMS以及電機控制器等被整合成動力域控制器，各個車身控制的邏輯被上移至車身域控制器，泊車控制器和行車控制器整合成智駕控制器等。以特斯拉為例，其最新一代的車身控制器架構中，用了三個車身域控（左右前）來實現大多數的車上的執行器的操作從而省卻了傳統的ECU。下圖為特斯拉的前車身控制板控制的外部執行器。

▲圖2 特斯拉的前車身控制板控制的外部執行器

在這樣的變革中，當前階段看到三個問題有待解決。

第一個問題是當前的整車EE的架構的還在快速迭代中，有些智能執行器的功能在新車型上會被臨時增加，集成的車身域控中可能未必實現考慮到這樣的執行器的布置。舉個例子來講有些車廠增加了自動充電小門的功能，或者旋轉大屏的功能，這些增加的功能又不在原本的域控的計劃內，這就需要有一個簡便的智能執行器的增加方式。

第二個問題是由于集成域控的功能過于集中，一個在域控板卡上的小部件的損壞會帶來比較大的維修成本，包括拆卸的人工，故障定位和更換售后的成本。

第三個問題是線束的數量。域控的出現原則上是減少線束的數量，重量和成本，但是事實上由于域控需要直接驅動各類電機，由于驅動電流相對比較大，往往很多需要走功率的線束需要從域控的接插件中走出，事實上各類電機線束和接插件PIN針的數量和成本并沒有大幅減少，而且還帶來了整車EMI的挑戰。

在這樣的前提下，業內對于執行器，有另一種發展的觀點就是所謂的電子智能執行器的應用。

和傳統的電機+執行機構+ECU架構不同的是，新一代的電子執行器往往做到驅動電路和位置反饋用傳感器直接集成進電機機構中，使得執行器成為一個帶有LIN總線接口或者CAN總線接口的小型化的標準器件從而大大減少傳統的ECU和電機執行機構之間的線纜連接的數量。

舉一個例子來講就是新能源汽車的隱藏式電子出風口的應用：一個電子出風口，由于要支持上下和左右的風扇擺動，在一個出風口內要安裝兩個步進電機。一輛車前部四個出風口，后部兩個出風口，就需要總共驅動12個步進電機。

▲圖3 新能源汽車隱藏式電子出風口應用

每個步進電機需要4根驅動線，如果直接采用中央域控的方案，那就需要總共48根驅動線來控制所有的風門電機，而且全部都需要連接到域控的輸出接插件上面。這樣方式無論是從線纜的成本來講，或者系統裝配的復雜度來講，都不是最優的。

如果采用智能執行器，將步進電機和電機的驅動電路（驅動電路做集成在電機模塊內部）做成一個標準的模塊，對外信號就只剩下12V，GND,LIN_IN和LIN_OUT，那就利用LIN的Bus Shunt Mode（BSM）來構成級聯的方式大大減少總的線纜數量。在域控上只需要在LIN總線發對應的位置命令就可以，而不在需要去關注電機和步進電機的驅動。下圖為電子出風口中的智能執行器模塊。

 ▲圖4 電子出風口中的智能執行器模塊

從成本上來講，雖然每個電機都有個單獨的驅動貌似會增加一點成本，但是由于線纜的數量/長度以及域控接插件的PIN腳大為減少，其實總的成本反而會減少。另外，后續的維修成本也因為控制部分不在域控上從而大大減少。這個就是智能執行器所給予的車身域控架構的一個很好的補充。

類似的智能執行器，在新能源車上的應用比比皆是，比如：電子充電門，電子旋轉大屏執行器，電子水閥，AGS，大燈隨動，座椅通風電機控制等。

電子執行器的關鍵是電子控制電路需要做的很小，可以內嵌入電機執行機構中把電機變成一個標準的可以通過LIN或者CAN總線來進行直接數字控制的部件。而要做到這點，就只有有高集成度的電機控制SoC專用芯片才能做到。

這樣的芯片，目前市面上有的并不多，比如比利時Melexis公司的MLX81332，或者德國Micronas的HVC4223這樣的芯片。可喜的是，目前國內的半導體公司也看到這一趨勢并開發出了類似的SoC芯片來填補這一應用細分領域的國內空白，目前知道的有納芯微的NSUC1610 。

 ▲圖5 納芯微NSUC1610

這個芯片最大的特點就是可以用汽車12V電池直接供電并在內部集成電源，LIN總線物理層，4個半橋的驅動滿足20W以內直流有刷，直流無刷或者步進電機的直接驅動。基本上在PCB上就不在需要太多外圍元器件就可以直接搭建一個電子執行器的驅動電路。完美的滿足一個電子執行器要的全部功能。

在高集成度SoC電子芯片的推動下，智能執行器在新能源汽車的新的EE架構中可能會是后續車身域控的一個完美的補充。