SAECCE 2020 | 标致雪铁龙卢小荣:整车设计阶段如何考虑V2X EMC性能

2020-10-30    134
摘要:SAECCE 2020 | 标致雪铁龙卢小荣:整车设计阶段如何考虑V2X EMC性能2020中国汽车工程学会年会暨展览会(SAECCE 2020)于2020年10月27-29日在嘉定上海国际汽车城-上海汽车会

2020中国汽车工程学会年会暨展览会(SAECCE 2020)于2020年10月27-29日在嘉定上海国际汽车城-上海汽车会展中心举办,汇聚汽车及相关行业的企业高层、技术领军人物、资深专家学者、广大科技工作者。10月29日,标致雪铁龙集团亚太研发中心卢小荣在本次大会上发表了主旨演讲。

SAECCE,电磁兼容,V2X

 以下为演讲实录:

很高兴今天有这个机会跟大家分享一下目前或者是当下比较热门的一个话题,我们都说的叫V2X。借着这个机会给大家分享一些在V2X的领域里面对于整车厂或者车端这边怎么考虑EMC的影响。

我从网络上拷贝了一个图纸,比较清楚的看到了未来V2X在现实当中是怎么样的,这个图可以比较直观的看出来,是V2X包含了哪些信息。这个就是我们今天大的框架,我们再从这个框架里面慢慢引到整车上面,包括整车上面零部件级别,包括一些车载上面的重要的要素,怎么样去提高EMC性能。

今天的主题包含有四部分,第一部分我们会大概了解一些电气架构V2X的知识,第二块是了解一下V2X重要的部件或者因素。第三部分大概了解一些我们说的在车载端怎么样去验证这些重要的部件EMC的测试,第四部分也是做一些建议,就是在整车设计的阶段过程当中,如果作为一个主机厂应该样去考虑设计的环节,去规避可能会导致后续V2X性能的影响。

开始之前我也非常感谢我们之前的几位专家带来的一些主题,因为这里面大家可以看到这些话题,之前几位专家已经做了很深的介绍现在,因此对我来说这个PPT可能会对大家来说更容易理解一些。

第一块,大概了解一下,我抛砖引玉,对这个图片做一个介绍。这是一个V2X,我们说的最简单的去理解V2X是什么东西,那就是顾名思义,V2X“X”代表任何东西。第一块要达到我们的预期,就是车辆跟万物互联,“万物”指的是什么?在汽车,包括我们生活的生态链里面应该包含了哪些?简单介绍一下V2I(基础设施),这里面包括交通的信息、路边的信息,怎么样跟车辆通讯。第二是V2N,“N”的代表是网络,我们提到更高层面上也是一个比较火的话题,叫云端。第三是V2P,指的是车辆能够跟我们所说的行人、人能够形成通讯,这个“人”指的是车外行走的这些人,能够形成通讯。第四块是最主要的,我个人觉得最主要的问题是V2V的问题,因为V2V会关联到车与车之间的通讯,避免掉很多安全的问题。比如怎么样避免车辆之间可能产生的碰撞,比如在十字路口你怎么能够感知到左边的车辆或者横向的车辆跟纵向的车辆在同样一个交叉路口的时候怎么样规避,怎么样自动降速,怎么样感知车辆的位置,这是V2V应用的场景。

刚才把大的背景了解了一下,我们回到怎么样构建V2X通信的网络。我们把这个话题放大一点,为什么?V2X在现在这个层面来说还是有两种主要的方式,我们国内说的更多是C-V2X,在美洲、美国、欧洲一些车厂,他们也会进入另外一种模式,我们说它通讯的模式基于DSRC的模式上建立的,因此这两种模式目前都存在的。我们从图片上大概了解一些V2X之间的一些通讯,包括我们说的中间有一个非常重要的,对C-V2X有一个蜂窝的通讯,就是国内主推的模式。还有一种是V2V的,车辆与车辆之间通讯的模式,国内主流推的是PC5的模式,还有网络端的,Uu的通讯协议,这个大家简单了解一下。

刚才把我们最大的一个篮球生态链缩小到一个通讯的协议,再转到车端上怎么实现这些东西。我们现在看到车端上怎么样关联到V2X的问题,现在可以看到的一块是车辆,车辆上面有一大块的蓝色的部分,因此我们可以看到这些都是非常重要的通讯网络,这些通讯不仅仅跟车内通讯,而且要跟外面的通讯,这跟之前我们说的现在的汽车越来越变成移动的终端,你会慢慢发现以前根本没有什么射频的很多存在,电子部件少,现在是越来越多。因此我们特别要注意的是网络的通讯,包括一些天线,这个是大概的V2X的理解。

进入正式的第一个主题,整车V2X电子电气架构,这里面花1分钟时间给大家了解一下V2X整车上面的架构,而且它应该包含哪些功能,这是一个小小的视频(播放视频)。

我们刚才看到的视频大概可以了解一些对整车上V2X的,我们说的电气的架构,上面可以看到更多的是一些线束的跑来跑去,包括关键的部件,特别车的顶棚上的天线一直在工作。

先回到电气的架构,为什么提到电气架构?这个话题我们雷博今天也做了很多的介绍,我们在整车设计的过程当中EMC怎么去考虑?其实非常重要的是我们要从设计端开始去慢慢关注EMC的问题,那就是说我们在任何一个设计的环节里面都不要忘了EMC去做哪些工作。也就是说如果你发现的早,能够尽早的解决,到后面会越来越轻松。如果等你把所有的都设计,包括量产都出来之后,然后我想起来做EMC的话,这时候可能会耗费很多的成本再去整改。

这里面讲了第一块内容叫功能架构,功能架构指的是什么?就是你在设计这个车的时候,首先要导入一些,我们说它应该需要哪些功能,当然今天这里面提到的信息,这个是基于V2X所增加的一些,我们说的叫功能架构。因此首先我们要把V2X所涉及到的一些功能加进去,大家可以看到V2X、ADAS、OTA、大数据、云平台,包括一些E-Call,还有其他的信息,这些关联进去。基于新的架构平台,怎么样把这些功能架构实现。

从功能架构怎么做这个事情?怎么样把这块做出来?大家可以看到右上角稍微偏红色的区域,这个是我们说的基于V2X应该增加的一些功能架构的问题,你要融入到原来或者是一个平台上面应该怎么样去搭建电子电气的架构。第二块也是一样,很重要的是网络架构的定义,今天这个话题也讲了很多,我们大概了解一些。网络架构我们也知道从最原始的,最开始是lin,有can有高速、低速,到后面的MOST、FLEXRAY、以太网,这些都会加入,功能怎么样需求以及怎么样实现,再去定义网络架构的需求。从网络架构的定义来说其实是为了满足功能架构怎么去实现的问题,这一块也是很重要的。

对V2X来说,对车厂来说哪些是重要的部件?在这些部件应该怎么去考虑?这个话题王专家今天说了很多的天线,我这边稍微增加一点信息,我们怎么样做一些天线上面的验证,包括后续设计上应该怎么样规避EMC的风险。

第一个是天线,我们从最开始的时候,比如说车辆级要AM、FM,到后面有DAB再到后面GNSS,全球定位系统的天线,包括wifi,蓝牙、蜂窝的天线,最后是V2X的天线。这些天线我们现在在市面上,可以看到后面有好多的样车,现在一般有两种形式,一种是分布式,意思是有些天线是单独独立的。目前市面上大部分的AM、FM,包括DAB,DAB一般在中国是没有的,DAB的天线绝大部分都是在后玻璃的上面会示意一些天线出来。还有GPS,是单独的GPS天线的模块,这个模块根据你实际需要来摆放。因此你会发现,这些天线都是分布的,不是集中在一块。

因为V2X的需求的出现,对主机厂来说其实面对更多的挑战,非常重要的一点是对天线的要求,包括它性能怎么来保证,因为它是非常非常重要的要素。如果天线出了问题,收音机不涉及到安全,可能涉及到客户的感官享受。我们刚才说的V2V的层面上,可能会导致一些安全事故。因此天线我们现在又推出一种智能的天线,我们可以理解为它是一个黑盒,我们不是单一的,摆放了几根或者接口插进去就可以了,现在要越来越集成化,因此会把更多的天线集成在一个盒子里面实现,而这个天线盒就是我们说有很多的东西你是看不到的,里面都是集成了一些软件,包括一些策略,包括我们说的现在也特别火热的一个话题,我们叫信息安全。

第二个主要的要素或者部件是通讯网络的线束,刚刚上面一个话题说的是线束,可能一切都是巧合,我基本作为一个收尾工作,辛苦大家把前面帮我都讲掉了,我把这个整合一下。因此我们会提到通讯网络跟线束,为什么对主机厂来说这块绝大部分都是自己设计的?除了你外包,一般都是主机厂自己knowhow的东西。因此这个我们大概了解一下。

Network有以太网,这块东西大家都清楚了。对线束来讲,线束起到非常非常关键的要素,对EMC来说你可能对它既爱又恨,有很多的东西来自于线束。比亚迪的专家也说了,到后面解决不了这个问题,你发现这个问题的时候怎么解决呢?他跟我们说了两句话,一个是你可能要在高压线或者是上面的线加磁环,加电感,加哪里?不可能把控制件都造起来,因此还会加在线束上去降低或者提高一些抗干扰的能力。因此线束对整车的EMC至关重要。大家也都比较清楚电源线、地线,包括信号线,大概了解一下,后面有比较详细的对这些的说明。

进入第三部分,对V2X几个重要的要素在整车上怎么验证?第一个要素是天线。作为车厂来说,在整个的开发过程中,很多的开发,包括验证都会参与。有些天线的那些,大部分是Tier1供应商会提供,主机厂提要求,Tier1去设计,验证,每一不怎么验证这些东西。今天王总也讲过很多,我一并带过,大概可以了解一下。我们PCA集团在这方面做的时间是非常长的经验,自从我接触EMC之前,包括我第一次踏上欧洲大陆时,我就看到了这个东西,离现在已经十来年了。而且人家都已经用了很多年了,因此对他们来说这个东西都是非常成熟的一样东西,但是对国内来说目前绝对是比较新鲜的事物。我们一直在提OTA,整车厂怎么样验证车载天线,对通讯业来说绝对不是新鲜的思路,以前最早的这些东西都是在手机、导航方面做的,但是我说的是整车级别上面,我们曾经尝试着找了很多的资源,能够在国内做类似的事情,那时候没有找到什么可以实现理想的东西。

稍微了解一下,刚才提到的单体的天线,我们说的是天线单一的部件怎么去做这个事情。第二个我们要在整车上还要再去做,因为天线你一旦改变了它周边的材料也好,还是它的覆盖面也好,还是它接触的区域也好,都会或多或少改变天线的某些参数。因此单体的天线,增益、效率、方向性,单体没有问题,不能保证在车端上面放置之后再去做实验的时候跟原来是一样的,决定你这个天线要放在哪里,那个区域是怎么样的情况。

我们做这个工作的目的其实就是要能确保天线的一些效率,从几个方向性、增益,这方面来衡量天线是不是满足我们设计的要求。这个图是非常非常早的,是对收音机的天线来说,当然现在还有很多的GNSS,或者是导航的一些天线,其实都有做这方面的工作。我们把天线开发的做完之后,进入验证的环节。在整车上怎么去测试?第一个天线怎么样做抗干扰的实验,我基于所做的实验,基于智能天线盒上面集成的好多天线,你说我们用分布式的天线也应该考虑这个问题,只不过是一种测试链有不一样而已,但是方法论来说都是一样的。因此从天线来说它是一个,我们说叫受害者,它怎么样扛得住其他射频的信号对它的干扰。

举个例子,这个例子涉及到的模式提出多,GNSS我们都知道是全球卫星的定位系统,就是我们说的目前比较流行的GPS,包括Glonass,包括北斗我们中国的,还有Galileo,包括QZSS,这是日本的。最常用的是前面的三个,因此我们要清楚的是,这个天线有几种工作模式,这个很重要。为什么几种工作模式?因为它们频率,你说大一点的话,它基本都差不多,但是对它们接受的灵敏度、精度来说是不一样的,因此我们必须得把主流的,先把三个绿色的地方,要测试的地方列出来,有几种工作模式,因此我们要说的是抗扰的问题。

对于天线,首先考虑的是天线与天线之间的干扰,怎么平衡?我们架构讲了那么多,原因是什么?你要对整车的架构了解,你知道这个天线所处的环境周边有多少可能会存在对你GPS天线产生干扰的源头,因此我们要清楚这些东西,这个就不具体说,我会列出来。比如我们有GSM蜂窝的通讯,2G、3G,还有WCDMA,还有其他的WIFI,其他的蓝牙,像这些方面的,都要去验证一下它们跟你同时在工作的模式下面会不会对GPS产生影响,这个大家明白吗?

另外其他的模式是,刚才说天线周边的,还要考虑到车辆其他工作的模式,我打个比方车辆上面某一个工作的模式,比如说我开雨刮,比如我开多媒体,听播音乐,比如空调启动的时候,会不会对天线形成一定的干扰?这个东西要看你做的有多细,如果你做的很细基本就能够规避绝大部分的问题,因此这边会讲到这个问题,具体怎么去测试,我觉得如果你做过,比如整车,或者我们说的CISPR25这种实验的话,这些来说应该都比较简单。

列出来的一些数据表格仅供参考,仅仅是列出来GNSS导航测试的模式,然后对哪些干扰源在GPS或者GNSS上面产生的干扰数据,来评估GNSS的性能到底OK不OK,这是非常关键的问题。

讲完这个,再花点时间,刚才我们讲了重要的要素有天线,第二个是网络,包括线束,大家可能会有疑问,说那么多的电子件难道不重要吗?当然也很重要,那是执行器发指令的东西当然重要,如果把这个都列出来话题要谈好几天。怎么理解这个概念?我们说的关键的部件可能会有更多的资源去帮我们控制这个东西,比如我们的供应商,他开发这个产品的时候会帮我们控制零部件EMC的性能应该达到怎么样的程度,因此对整车,对主机厂管控来说,我们更多关注于架构的设计,包括线束上的设计,可能对这个的干扰。这个图我们大概了解一些,整车上面应该要做的哪些实验,这个有利于帮助以后做V2X的时候怎么样考虑。

简单的了解一下,比如说抗扰,外部干扰源对车辆干扰的实验,第二是车辆对于外部辐射发射的实验,这个就是我们说的可以理解为法规的,我们说的CISPR12的概念。另外一个概念是静电,可能带有潜在破坏性的实验。这个是我们说的Emission的测试,车内其他电子部件工作的时候可能对车载的接收机产生干扰,干扰的时候会影响到其他部件的工作。最后一个是手持式的,或者带有移动通讯的设备在车上的时候本身就会发射一些辐射,可能对车载的产品产生一些干扰。最后一部分是人体防护,这个是目前提的比较热的话题,当然这是对人体健康的保护,怎么样去评估,现在天线越来越多,它的一些工作频率也越来越高,可能对人体的一些潜在伤害都要去评估。

这里面不具体的把所有实验都列出来,太多了,基于V2X实现的功能实在太多了。我们说的V2X的UScase上百个,怎么样融合到这里面,有兴趣的划分一下,从安全层面比较高的程度做。比如ACC、AEBS、ODW等这种的功能怎么样在这里面做这种实验,去验证一下能不能产生一些失控的因素。

现在进入到最后一部分,这里面提出来一些比较重要的信息给大家分享一下。设计的一些建议,首先我们前面也说了,设计的建议也是针对重要的一些部件、要素来说的,因此我们第一部分又回到线束上面来讲这个问题。这里面可能大家相对更容易了解,因为线束就是一个媒介,传输的媒介也好,干扰的媒介也是它。怎么样去评估这个东西?或者是它会导致怎么样的形式?比如干扰源来自于哪里?随便你开个电机,现在电动车越来越多了,车上都有一个大功率了电机,它一开起来辐射发射有多厉害。我们举个例子,这个东西怎么样影响到车上面的部件,容易受到干扰的部件,比较脆弱的,我们说的传感器特别脆弱,我们说的安全气囊碰撞的传感器,包括带有陀螺仪的,带车辆平衡的模型,还有脚踏板,基本都带有霍尔器件的,这些都是比较脆弱的,受到干扰会导致比较大的问题。还有一些天线的,天线在这里有可能也会受到干扰,干扰的时候接收的灵敏度不够、精度也不够,它后台处理的数据可能会报错,报错可能会导致机制、策略有问题。

最后一个问题是安全等级特别高的,比如说EMC带有刹车的,比如EABS,很多是通过ESP实现的,这些等级非常高的东西,这些容易受到影响的话,肯定会产生比较大的后果。

又回到之前天线的问题,这个部分刚才有提到很类似的话题,他们能够做仿真,包括整车上做一些工作的时候,我们在这边也做了非常多的数据,包括怎么样整车上线束的布置,怎么样考虑这个问题,因此我们说天线的部分怎么样规避或者远离干扰源的问题。我们做了一些建议在这边,具体不念了。

第二是GNSS(全球定位的天线),它是一个单体,单体放在哪里?很多主机厂不一样的,有些人放在顶棚上,如果是敞篷车放在哪里,这个东西可能放在尾部、前面,大家都不一样,这些都是数据,包括分析和仿真的东西。怎么样平衡我放到这边的时候又能够收到非常好的信号,而且这是对我其他的,比如我线束非常短的地方,你不可能把这根线拉到2米多的地方,半米能搞定的事情拉到2米多吗?这绝对导不过的,这很现实,整车方方面面要考虑的。这边一个图就是这边来说的问题。

最后一点,我们说的车辆网络布置好了那么多线束,你怎么样去布地的问题,地特别重要,哪怕你是PCB,控制板设计的方面来说特别重要的点就是找个布地,PCB板的布局,怎么样把干扰地等等分开,放在整车上从样也面临这个问题。大家看到这个图,可以看到整车上面主要的接地点,要清楚车辆上不可能给你一个ECU或者一个控制器给你一个独立的接地点,这样整车上面得打多少个接地点?这是不现实的。因此我们要综合一下,两部分,一个如果我们涉及到产品灵敏度特别特别高的,也就是对信号特别敏感的,这个地方你一定要固定在这个位置,这个位置不能跟别的其他的产品控制器的地连在一起,我们会做这个建议,而且这个建议确实是非常好的建议,我说的这个是老外积累了几十年的经验,可能就写的这句话。如果有疑问,大家可以做很多的验证。我们可以了解一下,比如天线的专门划出来一个区域,这个地方就是给天线接的地。

另外干扰源特别强烈的,比如电机,包括电流变化比较大的接地尽可能放到一块,这些东西不能跟灵敏度特别高的,比如说我的电机地跟安全气囊ECU的地接在一起,你就觉得不可思议的事情有可能都会发生。有可能它的工作容易干扰到你的控制器,控制器受到影响之后会误触发某一些东西,导致车辆的安全性有问题,因此我们在说设计的这些建议,比如接地线束的布局真的是非常重要,看起来很简单,就那几个导线摆来摆去,但是还是非常有学问的。

今天就讲到这里,感谢大家!

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(注:本文根据现场速记整理,未经演讲嘉宾审阅,仅作为参考资料,请勿转载!)


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