在換電站及充電樁等補能基礎設施尚未大規(guī)模普及的情況下，普通用戶購買電動車最關心的還是車輛的續(xù)航能力。從這個需求場景處出發(fā)，有利于降低整車能量消耗、提高整車續(xù)航能力的技術都值得主機廠工程師研究一番。

車輛在使用過程中的能量消耗一般包括以下三大類：

（1）車輛行駛時克服各種阻力消耗的能量；

（2）車輛熱管理消耗的能量；

（3）車輛各個控制器和執(zhí)行器工作時消耗的能量。

其中前兩類在車輛行駛中占據(jù)能量消耗的大頭，如果說一輛車的百公里能耗低，那勢必在這兩方面做到了很好的平衡。

第三類能量消耗與我們日常生活息息相關，既會發(fā)生在車輛行使過程中，也會發(fā)生在車輛靜止的時候。開車時開個空調、停車時開個尾門都會產(chǎn)生不同程度的能量消耗。

這類能量消耗雖然總體占比不大，對整車續(xù)航能力影響有限，但螞蟻腿也是肉，如何節(jié)省這部分的能量成為主機廠架構工程師日日忙碌的事情。

本文就來介紹一種可以降低此類能量消耗的技術方案；PNC+E-FUSE。

01 PNC

在傳統(tǒng)整車網(wǎng)絡管理中，整車控制器要么同時被喚醒要么同時休眠。但在一些功能場景中，比如車輛充電場景、比如哨兵模式，我們只需要部分網(wǎng)段中部分控制器參與工作，而不是全部網(wǎng)段的全部控制器。

基于以上需求痛點，AUTOSAR在其網(wǎng)絡管理中定義了局部網(wǎng)絡（Partial Network，PN）的特性，允許通過采用一些規(guī)則將整車網(wǎng)絡進一步劃分為不同的局部網(wǎng)絡。在特定功能場景下，與功能場景相關的局部網(wǎng)絡內的控制器處于工作狀態(tài)，而無關的局部網(wǎng)絡內的控制器仍處于低功耗狀態(tài)，以達到進一步減少能量消耗的目的。

局部網(wǎng)絡根據(jù)功能將整車控制器劃分為不同的網(wǎng)絡簇（Partial Network Cluster，PNC），每一個PNC就是一個虛擬的局部網(wǎng)絡，PNC中的控制器可以在同一個網(wǎng)段，也可以跨不同的網(wǎng)段，且每一個PNC支持單獨的喚醒和休眠。 NM PDU是AUTOSAR中定義的CAN網(wǎng)絡上的網(wǎng)絡報文，包括8個字節(jié)，每個字節(jié)定義如圖1所示。

圖1 NM PDU定義

Byte1對應的控制位向量（Control Bit Vector，CBV）中每個Bit定義如圖2所示。

圖2 CBV中各Bit定義

CBV中Bit 6表示局部網(wǎng)絡管理支持位（Partial Network Information Bit，PNI），等于0時表示不支持局部網(wǎng)絡管理，等于1時表示支持局部網(wǎng)絡管理。如果整車要使用PN功能，發(fā)送NW PDU時，需要將該位置1。

圖1中的Byte2到Byte7通常用來存儲PNC信息，一共有6個Byte，每一組PNC使用其中的某一個bit位來表示，所以原則上整車最多可以有48個PNC。

02 E-FUSE

E-FUSE本質上是一種集成電路，通過在單芯片上集成MOSFET、驅動、檢測電路、邏輯電路、診斷等模塊，提供一種供電電路保護的半導體解決方案。

當E-FUSE串聯(lián)進主供電電路時，其工作方式類似于傳統(tǒng)保險絲，能夠檢測過電流和過電壓情況并對其做出快速反應。發(fā)生過載情況時，設備會將輸出電流限制為用戶定義的安全值。如果異常過載情況持續(xù)存在，則設備將進入打開狀態(tài)，從而斷開負載與電源的連接。過載電流限制可以通過一個外部電阻器進行編程。

E-FUSE具有的優(yōu)點如下：

（1）節(jié)省空間。E-FUSE通過集成在PCB板上，相比于現(xiàn)在至少需要單獨兩個配電盒（前艙和乘員艙各一個），可以節(jié)省不少空間，對本就捉襟見肘的車內布置空間來說是一大福音；

（2）相比傳統(tǒng)保險絲通過不可逆的自毀方式保護整車的用電線路，E-FUSE具備自恢復的能力。這也就意味著E-FUSE因過壓、過流、低壓等電路異常損壞的概率極小，不考慮芯片本身的故障，E-FUSE幾乎可以用到車輛報廢。所以從這個維度來看，E-FUSE還能側面減少整車生命周期的維修成本，提供更好的用戶體驗；

（3）提高功能安全。高等級自動駕駛對關鍵供電線路的功能安全等級要求一般為最高的ASIL D。采用傳統(tǒng)“黃金搭檔”方案很難達到此要求或者需要付出極大的代價，而讓一顆半導體芯片達到ASIL D，這是芯片巨頭的強項；

（4）診斷功能。通過對每一條供電線路進行檢測和診斷，可以提早發(fā)現(xiàn)故障，減少重大故障發(fā)生的幾率；

（5）在線升級。通過在線升級可以靈活調整功能邏輯、及時修復BUG。

E-FUSE具有的缺點如下：

（1）單個E-FUS的成本高。十幾塊錢的E-FUS相比幾毛錢的保險絲，誰用誰敗家。但是萊特定律告訴我們：產(chǎn)量每累計增加一倍，成本價格就會下降15％。現(xiàn)在是缺點，產(chǎn)量達到一定規(guī)模就是優(yōu)點；

（2）更換成本高。一旦壞掉（雖然硬件失效的概率極小，但不排除百萬分之一壞的可能），需要連著整個控制器都一起換，更換一個控制器的成本是一個保險絲的幾百上千倍。

03 PNC與E-FUSE的結合

下文以一個具體的使用場景來說明對PNC進行詳細設計的過程。

比如說有一個遠程座艙舒適功能的場景，需要把車內溫度和座椅溫度達到用戶設定的值，這個場景定義為PNC1（NM PDU Byte2Bit0）。

如圖3所示，假定空調和座椅分別由ECU1和ECU2進行控制，并且分布在不同的CAN網(wǎng)段上。根據(jù)該場景需求，需要對ECU1和ECU4分別進行網(wǎng)絡配置，并在收到NM PDU Byte2Bit0 == 1時，ECU1和ECU4 可以被喚醒。

圖3 遠程舒適功能架構

當用戶激活該功能時，對應區(qū)域控制器收到該請求信號，把對應的NM PDU Byte2Bit0置為1，同時發(fā)送到相應的網(wǎng)段（CAN1和CAN2），當ECU1和ECU4收到該NM PDU時會自行喚醒，此時控制器可正常工作。其余的控制器因為沒有配置PNC1對應的內容，所以即使在同一網(wǎng)段上收到該網(wǎng)絡管理幀也不會喚醒。

在沒有引入PNC的特性時，AUTOSAR的網(wǎng)絡管理一般是同一網(wǎng)段上只要有網(wǎng)絡管理幀，那么該網(wǎng)段上的所有控制器都會喚醒。更有甚者是只要整車有任一喚醒源喚醒了網(wǎng)絡，中央網(wǎng)關就會把整車所有節(jié)點都喚醒。

對于那些并不需要參與這個功能的控制器來說，尤其是功率比較大的控制器，比如主機屏幕、激光雷達等，醒著就是浪費車輛的能耗。

所以在不增加硬件成本的情況下針對特殊的使用場景設計不同的PNC，能有效地降低整車的功耗，特別是該特殊使用場景持續(xù)使用的時間還比較長，比如哨兵模式、露營模式等，就可以運用PNC進行管理，以達到節(jié)能的目的。

隨著最近幾年E-FUSE也引入了車輛的設計中，E-FUSE與PNC的組合設計成為主機廠架構設計中的一種潮流。

在沒有用到E-FUSE之前，整車的電源管理一般只分為三種狀態(tài)，分別為OFF、ACC、ON，這里我做一個簡化，把ACC和ON狀態(tài)合并叫做KL15供電，OFF狀態(tài)叫做KL30供電。KL15供電一般是由BCM控制繼電器吸合后供電，KL30為接入蓄電池的常電。

一般只有需要在整車OFF下工作的用電器才掛在KL30下，像BCM、PLG、T-BOX、SCM等控制器。而不需要在整車OFF下工作的用電器通常會掛在KL15供電下面，像空調、娛樂大屏等控制器，KL30和KL15供電示意圖如圖4所示。

圖4 KL30和KL15供電示意圖

很顯然這樣的電源管理方式是比較粗獷的，在當前流行的區(qū)域控制器中，區(qū)域控制器會統(tǒng)一對下轄的子節(jié)點進行電源管理，也就是通過E-FUSE來實現(xiàn)電源的供給與切斷。不同的ECU以及執(zhí)行器按照就近原則被放在不同的區(qū)域控制器下面來進行控制，通過區(qū)域控制器對下一級的ECU的電源進行管理，這就是E-FUSE當前的使用場景，如圖5所示。

圖5 區(qū)域架構下E-FUSE應用案例

既然已經(jīng)用了E-FUSE這么高端且智能的控制芯片，那么如果僅僅只是為了電源的管理豈不是太浪費了。可以把不同的控制器放在不同的E-FUSE上，一個車上的E-FUSE越多，那么就可以更精準的控制每個用電器的電源。

回想一下前面提到的PNC1的管理，也就是遠程座艙舒適功能場景的網(wǎng)絡管理。在沒有引入E-FUSE之前，需要區(qū)域控制器通過網(wǎng)絡的方式喚醒座椅和空調控制器，并且控制KL15繼電器吸合，因為KL15供電下的控制器不止空調控制器，在該供電下的其他控制器也會同時工作，這樣就會導致整車的能耗增加。

如果有E-FUSE的精細化管理控制，區(qū)域控制器可以精準的控制空調和座椅控制器所在的E-FUSE。雖然也有可能有其他的控制器掛在空調或者座椅所在的這一路E-FUSE上，但是通過對使用場景的分析，可以盡可能的把功耗小的控制器掛在該E-FUSE上，甚至如果分析完所有場景需求，在滿足場景需求的情況下可以把空調和座椅控制器放在同一個E-FUSE下進行控制。

04 寫在最后

車輛剛誕生的時候，其實并不需要網(wǎng)絡管理，因為車上就沒有幾個控制器。隨著汽車的發(fā)展，車上的控制器越來越多，需要在整車OFF模式下工作的用電器也越來越多，如果沒有網(wǎng)絡管理，那當某個功能需要不同的控制器協(xié)同工作時，只能通過硬線的方式對需要的控制器進行喚醒。隨著控制器的增多，采用這樣的方式效率會很低，所以網(wǎng)絡管理孕育而生。

正所謂天下合久必分，分久必合。汽車的發(fā)展也由之前的控制器極少變成控制器超多，到現(xiàn)在慢慢的控制器在減少。所以在控制器變少的情況下，網(wǎng)絡管理是不是也會有相應的變化。前文提到的遠程座艙舒適功能的單一場景，如果僅僅只是滿足這個場景需求，其實可以把座椅控制器和空調控制器放在同一路E-FUSE下，直接由區(qū)域控制器來控制這兩個控制器。當用戶觸發(fā)該功能時，E-FUSE工作，而不需要用到PNC的管理。

AUTOSAR的網(wǎng)絡管理協(xié)議棧并不便宜，通過梳理整車的功能場景，如果在滿足所有場景的情況下部分的用電器可以直接由E-FUSE控制，其余的通過PNC進行管理，這兩者相結合，這樣可以省掉一筆不菲的開發(fā)費以及帶來整車能耗的下降，這也是給消費者帶來更實惠產(chǎn)品進行的嘗試。

審核編輯 ：李倩