ADI如何助力电动汽车轻量化设计

航空运输中有一个“油耗油”的概念，是指飞机加油过多时，因油重增加使油耗增加的一种现象。一般来说，飞机重量大飞行的阻力就大，需要发动机使用的推力大，耗油就多。有数据指出以波音747飞行时间超过9小时为例，每多加3吨燃油飞行中至少多耗1吨油。其实这个概念对于所有交通工具来说都具有参考性，这个概念也被引用到其他交通工具中，指油箱里的油料自重对运输工具(主要指汽车)产生的负载而导致的油料消耗。

因为汽车自身重量增加，是导致油耗增高的一个“内卷”关键，在倡导节能减排、零碳趋势下的今天，如何在确保安全性与功能性完备的情况下，降低油耗/耗电量是汽车功能设计的一个要点。随着汽车电气化、智能化趋势加剧，电子系统的减负也是考量因素之一，高性能半导体技术提供商ADI就在这个方面有多个维度的“建树”，特别是在汽车音频、视频连接总线的创新和电动汽车电池BMS系统无线化创新下做出了卓有成效的探索，并在数年间实现了大规模量产。

减负

音频线束

ADI推出的汽车音频总线A2B作为一种高带宽双向数字总线，最初用于解决汽车应用中的音频分配挑战。因为现有的汽车音频网络一般使用多个点对点模拟连接，A2B技术可以解决许多与点对点模拟连接相关的挑战，包括电缆重量、电缆成本、布线难题，以及多个连接的可靠性。它有助于通过非屏蔽双绞(UTP)线和连接器基础设施，在整个分配式多节点音频系统中传输完全同步的音频数据(I2S/TDM/PDM)和控制数据(I2C)。该技术在上行和下行总线上支持多达32个音频通道，提供50 Mbps总带宽。A2B技术支持点对点、菊花链和分支网络拓扑。

A2B技术是减轻车重的一种方法，上图左侧显示的例子是车辆中的传统线束，布置非常复杂，使用大量的铜材料和大量的连接器。右侧显示的是A2B例子，用单对非屏蔽双绞线电缆就能替换上方图中显示的线束。从生产角度看，这要容易得多，连接器更便宜且更小，但最重要的是，从线束中减除的铜材料量相当大。在ADI与沃尔沃的合作新闻中，有提到ADI的解决方案使音频系统能够连接到低延时总线架构中，不仅能保证音频的高保真度，还可在车内减轻多达50公斤的线缆和绝缘装置。

近年来，由于A2B可以保证延时最多2个时钟周期，为ANC/RNC这样的延时敏感型应用提供时间确定性，正是在50Mbps下的两个时钟周期时延，为汽车道路或发动机噪音到达乘客只需要大约 0.009 秒的声音传播条件下的噪声消除创造了非常必要条件，近年来在大量的汽车路噪消噪中得到应用。汽车主动消噪技术的应用为汽车创造一个非常舒适和安静的内部环境，避免使用消音材料降低燃油效率。另外，创造这种安静的环境并控制其中的一些噪声源，从而减弱车架中的振动，还能进一步延长汽车使用寿命。

事实上，车辆中消音材料多达80磅并不少见，算一下就会知道这种材料会使车辆的续航里程减少大约2.5%。换言之，如果我们能用电子解决方案代替这种消音材料，从而减除80磅的材料，那么电动汽车的续航里程或内燃机的燃油效率将提高百分之二点五，这是相当大的改善。许多汽车制造商花费成百上千万美元来试图将燃油效率提高百分之几，减除消音材料从而减重80磅，是达到目的方法之一。

减负

视频总线

现代汽车在自动化和智能化趋势下，各种传感器与信息娱乐系统配置越来越丰富，例如33 英寸、分辨率高达9K的 LED 超大连屏，部署中控、副驾双15.7英寸3K OLED双联屏以及后排顶部大尺寸吸顶屏，6颗800万像素摄像头和5颗200万像素摄像头以及1个毫米波雷达+12个超声波雷达+1个激光雷达等感知部件……几年前是高配甚至不可想象的配置，在今天已经成为很多新款车型标配。

如何为如此众多的系统提供数据传输?传统的数据通讯一般采用并行总线增加带宽，将控制信息与视频数据单独编码进行独立传输，完成后再进行相应的解码。此种方式会导致线束越来越多，成本与线束重量也随之增加，同时还会有EMI的风险。

相较并行总线，SerDes(Serializer/Deserializer，串行器/解串器)是当前主流的时分多路复用、点对点的串行通信技术，不存在信号线间的干扰，而且也没有同一时序要求，只需提高频率就能进行更高数据流传输，能有效满足车载高带宽数据实时传输需求。ADI GMSL(千兆多媒体串行链路)技术作为SerDes的一种，串行器与解串器芯片的互操作性允许链路两侧使用不同接口，广泛适用于车内UHD视频、音频、控制信息、组合传感器等数据的高速传输。GMSL通信介质支持长达15m同轴电缆或10m-15m屏蔽双绞线电缆，具有相当大的配置灵活性和成本优势，同时满足汽车行业最苛刻的电磁兼容要求。

此外，GMSL还可以通过电缆供电，既传数据又供电，这样可以省一条电源线和地线，对于成本、车自身重量来说，都是一个非常大的改进。作为一种双向的传输连接，GMSL也能进行控制信号的传输和多路集成，例如显示屏的触摸检测与信息处理等，由于一个GMSL串行器最多可驱动四个解串器，因此理论上可同时传输四块屏幕的数据信息，进一步降低电缆成本和重量。

减负

电池管理系统

很长时间内，电动汽车有线电池包管理系统是理所当然的选择，直到几年前陆续有企业做无线电池管理的思考和实践。其中ADI是早期的实践者，基于其SmartMesh嵌入式无线传感器网络，推出业界首款无线电池管理系统(wBMS)概念车，取代了电池组和电池管理系统之间的传统有线连接，解决了由于汽车线束以及电动汽车和混合动力/电动汽车中的连接线所引起并长期存在的可靠性问题，并简化了BMS设计和制造。

2020年ADI与通用汽车的合作使得无线BMS产业率先在业界落地，ADI和通用汽车宣布共同将无线BMS技术用于通用汽车的Ultium电池平台，目前基于该平台的汽车已经驶下产品线。ADI的无线BMS技术有助于将Ultium平台扩展到通用汽车的未来车型，包括不同子品牌和车型细分领域(从卡车到性能车等)。去年，无线BMS汽车应用落地再传好消息，ADI宣布英国知名品牌路特斯汽车计划在其下一代电动汽车架构中采用ADI的无线电池管理系统。

ADI的无线BMS无线连接解决方案采用了SmartMesh嵌入式无线传感器网络，该网络由高度可扩展的自成形多跃点节点网格和网络管理器构成，这些节点称为智能微尘，用于收集和中继数据，网络管理器用于监控和管理网络性能和安全，并与主机应用程序交换数据。

通用和路特斯都给出了选择无线BMS的几个理由：省去了传统线束，可减少高达90%的线束和15%的电池组体积;提高了设计灵活性和可制造性，同时不会影响电池使用寿命内的里程数和充电精度;通过提高车辆使用寿命期间的精度，无线BMS系统可最大化单个电芯的能量利用率;无线BMS简化了电池组的装配与拆卸过程，确保能够快速高效地移除并修复故障电池电芯。

当然，作为里程焦虑依然存在的电动汽车，无线BMS轻量化是最直观的“收益”，减负的目标很直接而显著。而更深远的意义不仅于此，基于无线BMS还将有助于实现电池全生命端云结合的管理，让云平台算法针对各家电池生产厂商的电池特性进行优化，实现更高质量的监测、更及时响应，以及覆盖更多整车，针对整车厂实现更好的数据服务，以及服务更多的梯次电池商业开发企业，实现电池的全寿命周期管理，有助于二手车的合理流动，以及电池梯次利用。

审核编辑：汤梓红