四大解决方案，助您打造面向未来的新能源汽车

前言

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打造一辆面向未来的新能源汽车应该拥有什么特性呢？是一个移动的第二起居室？一辆能在赛道上飞驰的性能猛兽？还是一座可以给用户带来无限情绪价值的乐园呢？这些也许都不全面，一辆面向未来的汽车，应该不仅仅局限于是一台简单的交通工具，或是一个移动家，它更应该是一个融合了创新科技、智能交互和极致安全特性的移动平台。

本篇文章将介绍四个解决方案，它们分别应用于：汽车UWB 3D定位方案、用于e-Mobility、ADAS、EEA和AI的系列MCU、用于汽车OBC-DCDC的评估板方案以及电动车辆的辅助电源方案。

这些解决方案不仅提升了新能源汽车的性能，还为驾驶者带来了前所未有的便捷和安全。它们是科技创新的结晶，是工程师们对完美不懈追求的结果。这些技术的发展，不仅解决了现实问题，也为未来的可能性打开了大门。

汽车应该像是有生命一般，认识用户。

您应该有这样的经历：在忙完了一天的工作之后，疲惫地来到停车场，在“车海”中寻找自己的爱车，早上的记忆已经模糊，此时，仿佛大海捞针，疲惫无助。这时您也是否会期待，一辆面向未来的汽车，要如何解决这个问题呢？

面向未来的汽车，在用户走近之后，爱车就能精确定位并有所回应，车灯自动亮起，柔和的光芒在昏暗的停车场中为用户指引方向，就像是在说：“我在这里，主人。”随着用户的脚步越来越近，车辆的门把手轻轻弹出，车门微微开启，仿佛在向用户张开温暖的怀抱。

目前，UWB（Ultra Wide Band，超宽带）技术就是让上述场景照进现实的最好手段。UWB技术，以其独特的极窄脉冲传输数据和宽广的频谱范围，实现了高精度、厘米级的定位能力，优于BLE、Wi-Fi、5G等常用通信制式。

UWB的抗干扰性和抗多径能力强，使其在复杂的室内环境中表现优异。此外，UWB技术天然具备安全性，通过跳时扩频和极低的发射功率谱密度，确保了数据传输的安全性，使得只有掌握特定扩频码的接收端才能解密数据，为无线通信提供了坚固的安全保障。

近年来，UWB技术在已经全球范围内取得了令人瞩目的进展，众多科技企业和汽车制造商纷纷看到UWB技术的巨大潜力，已將大量的UWB技术在汽车领域的应用实践中。

世平基于恩智浦 S32K144、NCJ29D5D 与KW38的 UWB 3D 定位方案就是其中的佼佼者，为汽车行业带来了前所未有的创新。

该方案遵循3C协议，利用UWB技术的高定位精度和强防中继能力，为智能汽车提供了一种高效、可靠的定位解决方案。通过采用双边双向测距方式，该方案能够精确测量钥匙与基站之间的距离，并将数据传输至BCM进行处理。结合3D算法，钥匙在三维空间中的坐标得以精确计算。

该方案的核心组件包括S32K144评估板、NCJ29D5D评估板和KW38评估板。这三个板子相互搭配，形成了UWB锚点、BCM、BLE锚点和Keyfob。通过Keyfob与UWB锚点的通信测距，数据汇总到BCM后进行计算，实现了高精度定位。在获取四个锚点到钥匙的距离后，方案采用最小二乘法计算钥匙的位置，找出方差和最小的解。这种方法有效提高了定位的准确性，使其在复杂环境下依然表现出色。

 不仅仅是硬件，为了更好地展示UWB 3D定位技术的应用，一款基于Python和GUI开发的UWB 3D上位机应运而生。在面对 UWB 大量的采集数据时，大量的数据令人感到枯燥乏味，为了有效地传达数据信息，通过图形化手段将数据可视化，达到有效地传达信息，从而实现将复杂的数据集变得利于观察。

该上位机通过UART通信方式与PC端进行数据传输，可以实时显示钥匙、汽车模型、迎宾区、解锁区在三维空间中的位置，并提供3D显示界面视角控制按键；也可以显示当前功能状态，如连接设备、钥匙进入迎宾区、钥匙进入解锁区等；还能实现上位机配置功能，包括串口配置、UWB锚点坐标设置、滤波数据数量控制、迎宾区解锁区范围设置等。

3D 显示功能

该方案具有诸多技术优势，如3D汽车模型显示、车门动画、迎宾区与解锁区范围功能等。在实际应用中，UWB 3D定位技术可广泛应用于智能停车场、无人驾驶等领域，为用户提供便捷、安全的出行体验。

如果说UWB技术赋予了车辆“生命”，那么作为一辆面向未来的新能源汽车如何让用户用车的全程都充满着“未来感”呢？那就是智能化，这无疑是最能体现“未来感”的一环，随着整车智能化的加速推进，汽车已经不再是简单的交通工具，而是逐渐演变成移动的智能终端。这就对传统车规级MCU（Micro Control Unit, 微控制器单元）提出了更高的要求。

传统MCU需要在不牺牲稳定性和可靠性的前提下，提升处理能力、扩展功能范围、增强通信能力。这意味着，MCU不仅要保持其在严苛汽车环境下的耐用性，还要适应新的技术需求，比如更高的运算速度、更大的存储空间和更先进的通信接口。

面对这些挑战，MCU制造商不得不加快技术创新的步伐，推出新一代的车规级MCU，以满足智能化汽车对高性能、高可靠性微控制器的需求。在这之中，英飞凌科技就以其最新的AURIX™ TC4xx系列微控制器（MCU）站在了技术革新的“未来”。这一系列MCU以其卓越的性能和效率，为e-Mobility、ADAS、EEA和AI等前沿应用提供了强大的推动力，同时解决了里程焦虑、充电速度和系统成本的挑战。

该系列MCU采用了6核TriCore™ CPUs  (TC1.8 LS)，这种多核架构提供了强大的处理能力，每个核心最大主频可达500MHz，能够同时处理多个任务，提高了系统的整体性能和算力。得益于MCU的高性能，面对复杂的计算任务时，如自动驾驶算法和数据分析，这种高算力处理器能够提供必要的支持；支持20MB的片上存储使得MCU能够存储更多的数据和程序代码，这对于复杂的汽车应用至关重要。而低延时NVM访问则 进一步保证了数据的快速读写，这对于实时系统来说非常重要；同时，这一系列的MCU还支持A/B 交换分区和外部内存接口，这种设计支持无缝的软件更新，可以在不中断系统运行的情况下进行固件升级，这意味着车辆在行驶过程中也可以进行软件在线升级（SOTA），提高了车辆的可用性和维护便利性。

AURIX™ TC4xx系列应用方向

在电池管理方面，AURIX™ TC4xx系列通过其强大的并行处理单元（PPU），显著缩短了计算时间，实现了全阶电化学电池模型、人工神经网络和虚拟传感器等功能，为电池状态（SOX）提供了更准确的估算。这不仅提高了电池的续航里程和充电速度，还延长了电池的使用寿命。

在牵引逆变器方面，AURIX™ TC4xx系列以其高效率和高可靠性的ASIL-D性能，优化了控制策略，减少了开关损耗，提高了系统效率，并实现了能量回收。其创新的cDSP和灵活的软件滤波器功能，减轻了主CPU的负担，提高了系统的稳健性和准确性。而新型eGTM定时器和高分辨率PWM的引入，能够满足更快和更精确的控制需求。

在ADAS方面，AURIX™ TC4xx系列不仅提供了一系列传感器所需的计算性能，还提供了丰富的连接功能，如Gbit以太网、PCIe、10BASE-T1S以太网和CAN XL，实现了快速数据传输、高带宽数据预处理和复杂的决策算法。在ADAS至关重要的物体识别上，AURIX™ TC4xx系列提供专用的信号处理单元（SPU）和DMA，用于快速数据处理，满足了雷达通道增加、计算能力提升和内存扩展的需求，对于物体识别有着出色的性能。

而在最重要的整车电子/电气（E/E）架构方面，AURIX™ TC4x系列MCU更是引领了一次“技术革命”。传统的分布式ECU和单一功能控制正在向更集中的计算平台转变。这种转变对MCU提出了更高的要求，包括更高性能、更高的安全性、更宽带的数据通信和实时性计算。高工智能汽车研究院预测，到2030年，跨域集中计算平台的市场占比将突破30%。

AURIX™ TC4x系列MCU基于域控和区控的E/E架构，提供了两种发展路线：一是通过导入更多的A核来强调服务型网关需求的网络处理器；二是在CPU、虚拟化、片上闪存、OTA、网络安全等多个维度全面升级的平衡性能优化。这些MCU专为下一代高性能、高集中度整车架构设计，以满足更高的处理能力、安全性能和硬件虚拟化支持需求。

不仅如此，AURIX™ TC4x系列的还增加了AI能力，这得益于全新的并行处理单元（PPU）和SIMD矢量数字信号处理器（DSP）。PPU承担协处理器的角色，用于减轻 主CPU的信号处理、滤波和其他数学运算，从而为实时控制、传感器信号处理和轨迹规划提供高计算能力和缩短执行时间。

至于安全，AURIX™ TC4x系列的MCAL具备满足ASIL D安全等级的驱动程序，并且增强了对multi-core, virtualization、ASIL partitioning的支持，从而提供更大的灵活性，简化客户的软件分区和系统级安全论证。这意味着，对于下游客户来说，可以实现对MCU硬件资源的最大化利用，资源隔离的特性还可以降低软件开发和集成的难度，更好地满足功能安全和信息安全的要求。

 目前您在使用新能源汽车时，您有没有遇到什么特别棘手的问题呢？想必不少人都会提到：充电！相比于3分钟加满的燃油车，新能源汽车冲一次电动辄40分钟、一小时无疑是不少新能源汽车车主最大的痛点。那么作为工程师，要开发一辆面向“未来”的新能源汽车，必将要致力于解决这一个用户痛点，我们不妨来一起看看ST意法半导体的最新一代StellarE1 SR5E1 MCU系列，以其卓越的数字控制和高性能模拟特性，满足了这些挑战，为汽车OBC（车载充电器）和DCDC（直流-直流转换器）应用带来了革命性的解决方案。

StellarE1 SR5E1系列

StellarE1 SR5E1系列是基于ARM Cortex-M7核心的高性能MCU，不仅可以用于OBC-DCDC的开发，还可以用于电机控制。这款MCU不仅提供了增强型数字控制和高性能模拟功能，还具备最高的ASIL-D功能安全等级、安全加密服务（HSM）和高效的OTA（空中）重编程能力，确保了系统的实时性和安全性。

在硬件配置上，评估板提供了高分辨率的定时器资源，这些定时器具有极高的精度，能够满足复杂控制算法对时间同步的严格要求。同时，SAR-ADC（逐次逼近寄存器型模拟数字转换器）和SD-ADC（sigma-delta模拟数字转换器）连接器的集成，使得研发人员能够轻松地测试和优化Stellar E1 MCU在控制回路应用中的性能，从而提升系统的整体效率和响应速度。

与此同时，为了满足现代汽车电子系统中日益增长的通信需求，评估板还配备了FDCAN（灵活数据速率控制器局域网络）通道，以及LIN（局域互连网络）、UART（通用异步收发传输器）、I²C（集成电路总线）和SPI（串行外设接口）等标准通信接口。这些接口的集成，不仅方便了与其他汽车电子组件的互联互通，也为复杂的网络拓扑结构提供了灵活的配置选项。此外，评估板上还设有用于用户控制的LED指示灯和按钮，这些直观的用户界面元素使得研发人员能够更加方便地进行功能测试和系统调试。通过这些精心设计的功能模块，SR5E1E7 Stellar E1评估板不仅简化了开发流程，还大大缩短了产品从设计到上市的时间周期，为汽车电子技术的创新和发展提供了强有力的支持。

既然提到了OBC，那么就不得不提新能源汽车对于高效、可靠的电源管理解决方案的需求日益增长。Power Integrations，作为全球领先的高压集成电路（IC）制造商，旗下的InnoSwitch3系列返驰式切换开关IC新增支持900V氮化镓（GaN）和1700V碳化硅（SiC）技术，这势必会在未来推动新能源汽车的技术进步。

Power Integrations的汽车业务发展总监Peter Vaughan强调，电动车辆主要汇流排电压为400伏特，并指出制造商正在不断优化他们的新一代400伏特系统。900V PowiGaN与1700V SiC切换开关能够轻松适应汽车环境中经常出现的高电感杂讯峰值，满足电动车辆制造商不断增长的功率需求。

InnoSwitch3实物图

在此市场背景下，Power Integrations的InnoSwitch3系列IC采用公司专有的PowiGaN技术，能够提供高达100瓦的输出功率，效率超过93%。这一创新不仅消除了对散热片的需求，还简化了空间受限的应用设计，为电动汽车制造商提供了一种更为紧凑、高效的电源解决方案。

InnoSwitch3系列的设计特别强调了轻载效率，使其成为电动车辆低功率睡眠模式下辅助电源的理想选择。符合AEC-Q100标准的InnoSwitch3-AQ系列尤其适用于采用400伏特汇流排系统的电动车辆，其中900V PowiGaN与1700V SiC切换开关为12伏特电池更换系统提供了更大的功率和更高的设计余量，与硅基转换器相比效率更高。

结束语

我们正站在一个新时代的门槛上，新能源汽车不仅仅是交通工具的革命，更是人类生活方式的一次深刻变革。从UWB 3D定位技术方案的人性化交互，到AURIX™ TC4xx系列MCU的智能化驾驶体验，再到StellarE1 SR5E1 MCU系列的高效能电力管理，以及InnoSwitch3系列的创新电源管理，每一项技术都在推动着汽车行业向更智能、更环保、更安全的方向发展。

这些技术背后是对人类需求深刻的理解和关怀。它们让汽车不再是冰冷的机器，而是充满温度的伙伴，能够理解并响应我们的需求，提供舒适、便捷的出行体验。它们让驾驶变得更加安全，让出行更加环保，让生活更加美好。在这个技术与人文交织的时代，我们有理由相信，新能源汽车将成为连接人与自然、人与社会的纽带，成为推动可持续发展的重要力量。随着技术的不断进步和人文关怀的深入，未来的汽车将不仅仅是一种交通工具，更是人类文明进步的象征，是我们共同迈向更美好未来的伙伴。