一種車載娛樂系統(tǒng)的電源管理設(shè)計及運用

中圖分類號：U463.6 文獻標識碼：A 文章編號：1003-8639（2025）07-0141-03

Designand ApplicationofPower ManagementforVehicle Entertainment Syster

Zhang mei

（Jiangling Motor Co.，Ltd.，Nanchang330052，China）

【Abstract】As the functions of vehicle-mounted entertainment system become more and more complex，power distributionand management need tobedesignedreasonably，and moreand more functionalmodulesofthevehicle，the vehicle isprone to increase the demand for module power supply，resulting in feedingandother situations.Inorderto ensure the vehicle work and save energy，the vehicle-mounted entertainment system power management is particularly important.Verified through bench testandreal vehicletest，this method cannot only makethe module poweroff protection when abnormal，but also ensure the normal operation when normal.

【Key words】 intelligent networked vehicle；power management；feed；storage

0 引言

隨著社會的不斷發(fā)展，汽車進入千家萬戶，伴隨著科技的發(fā)展和進步，汽車的功能也越來越多。在汽車行業(yè)中，為豐富娛樂系統(tǒng)功能，增加行車樂趣，為用戶提供智能化出行服務(wù)，車載娛樂系統(tǒng)功能越來越復雜，電源分配和管理需合理設(shè)計。車載娛樂系統(tǒng)是采用車載專用中央處理器，基于車身總線系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，形成的車載綜合信息處理系統(tǒng)。

當下，整車功能模塊越來越多，由于缺乏合理的電路保護措施，使得整車容易出現(xiàn)模塊使用電源需求增大而導致饋電等情況，從而嚴重影響了電源的使用壽命以及造成不好的用戶體驗。本文設(shè)計一種電源管理方法，可高效合理地解決車載娛樂系統(tǒng)的電源管理問題。

1車載娛樂系統(tǒng)的構(gòu)成

智能網(wǎng)聯(lián)車機是車載娛樂系統(tǒng)之一，智能網(wǎng)聯(lián)車機包括關(guān)鍵芯片及其軟件。一般包括以下關(guān)鍵芯片：主控制芯片SOC、微控制單元MCU、電源轉(zhuǎn)換芯片IC、復位芯片RESETIC、開關(guān)管MOSIC、Wi-Fi/BT芯片、EMMC存儲芯片、AVM模塊解碼芯片以及周邊環(huán)境需要的電阻R、電容C等。智能網(wǎng)聯(lián)車機電路框圖如圖1所示。

2智能網(wǎng)聯(lián)車機電源管理的工作原理

2.1系統(tǒng)重啟原理設(shè)計

開關(guān)管MOS負責監(jiān)測整個電路的電流，當通過開關(guān)管MOS的電流增大，壓降增大，高于電壓監(jiān)控的復位芯片保護閾值 U_max 時，觸發(fā)RESETIC低電壓保護，導致主控芯片SOC復位；主控芯片SOC輸出的P_OFF低電平信號給到微控制器MCU，微控制器MCU收到P_OFF后 500ms 內(nèi)將輸出P_ON拉低到0V，將主控芯片SOC的電源斷電，娛樂系統(tǒng)關(guān)機，達到保護系統(tǒng)的效果。

濾波電路（由C1和R1組成）為RC濾波電路，濾波電路與電源之間還設(shè)有熔斷絲單元FU（以7A為例）。熔斷絲通過的最大電流為7A，其中RC濾波電路中的電容采用 0.47μF ，電阻采用 10kΩ 。如圖2所示。

主控芯片還連接MCU單元與復位芯片，當電路電壓低于復位芯片的保護閾值時，觸發(fā)復位芯片進行低電壓保護，導致主控芯片復位，主控芯片給MCU單元輸出低電平信號，當MCU單元接收到低電平信號時，通過信號控制單元控制MOS管單元斷開，使得主控芯片處于斷電狀態(tài)，保護電源。

當MCU單元檢測到車輛打火信號以及車載電源信號均正常時，MCU單元給MOS管單元輸出高電平信號，導通主控芯片的工作電路，并為主控芯片供電，重啟車載娛樂系統(tǒng)。

2.2系統(tǒng)重啟電流值理論計算

中國出口汽車的中控大部分采用收音機和小尺寸MP5，主要是收音和藍牙功能。隨著近幾年國內(nèi)外智能網(wǎng)聯(lián)車機的快速發(fā)展和中控大屏的普及趨勢，以及對國外汽車市場競品車型調(diào)研情況，國外市場用戶對智能網(wǎng)聯(lián)車機的需求越來越多，需研究和開發(fā)智能化、個性化、大屏化的智能網(wǎng)聯(lián)車機，以滿足用戶需求。

傳統(tǒng)MP5車機基本功能有收音機電臺AM/FM、藍牙電話、藍牙音樂和USB充電等，這些功能僅滿足了用戶最基本的駕乘需求。但是隨著信息化的發(fā)展，語音識別、導航、音樂和在線娛樂等網(wǎng)聯(lián)功能的需求越來越多，在汽車中控車機引入手機互聯(lián)，可以大大解決用戶對于智能網(wǎng)聯(lián)功能的迫切需求。海外整車的智能網(wǎng)聯(lián)車機同時引入了蘋果和谷歌兩大科技公司開發(fā)的AppleCarplay和AndroidAuto智能手機互聯(lián)，為國外用戶提供全新的智能網(wǎng)聯(lián)駕駛體驗。

一直以來，車載電話、AM/FM廣播、音樂、GPS導航、空調(diào)控制等功能一直是汽車的標準配置。實踐證明，這些傳統(tǒng)功能滿足了廣大車主使用過程中的功能性需求。而互聯(lián)網(wǎng)的接人，一方面升級這些傳統(tǒng)功能，如導航加入實時路況，通過將路段進行不同顏色的填充來表示該路段的擁堵狀況，服務(wù)器通過采集各個路段上不同車輛的行駛速度，計算出該路段所有車輛的平均速度，然后根據(jù)該路段的平均速度及道路級別進行相應(yīng)填充，如此用戶可查看路線的實時路況，提前避開擁堵路段。另一方面拓展用戶潛在需求。由于用車場景的不斷豐富，如停車場、加油站等接入物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，智能網(wǎng)聯(lián)生態(tài)服務(wù)系統(tǒng)可使用戶在車上即可完成停車支付、智慧加油等。如建立賬號體系，用戶在手機/PC端高頻使用的視頻運用、在線音樂、在線電臺等互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，無縫切換到車機端。車機作為智能網(wǎng)聯(lián)生態(tài)服務(wù)系統(tǒng)的載體之一，是一個嵌入式數(shù)字系統(tǒng)，由于網(wǎng)絡(luò)的接入，眾多在手機、PC上的服務(wù)和應(yīng)用可以無縫地映射到車機上顯示和操作。在設(shè)計車機系統(tǒng)時，從用戶需求、用戶體驗、用戶運營以及安全性多維度考慮。

3 設(shè)計方案

3.1 方案描述

智能網(wǎng)聯(lián)出口車機終端系統(tǒng)主要由兩個部分組成：智能網(wǎng)聯(lián)硬件平臺和智能網(wǎng)聯(lián)顯示系統(tǒng)。

硬件結(jié)構(gòu)分兩部分，一部分由高算力主SOC作為主控芯片，外接內(nèi)存芯片DDR3/DDR4、存儲芯片EMMC、USB控制器、語音處理芯片、藍牙芯片、功放芯片等，運行Android或Linux系統(tǒng)，負責管理整個系統(tǒng)。

另一部分為MCU，采用低功耗單片機，外接CAN控制器和收發(fā)器，負責將網(wǎng)聯(lián)車機接入CAN網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)與其他電子零部件的通信及整車網(wǎng)絡(luò)管理等，主SOC芯片和MCU通過SPI通信。

智能出口車機運行于主SOC的軟件主要包含Bootloader（Uboot）、操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序三大部分。

智能出口車機上運行于主SOC上的軟件架構(gòu)，主要包括Linux操作系統(tǒng)（LinuxKernel、驅(qū)動程序、Framework）和各種應(yīng)用程序。LinuxKernel和Frame-work移植已有開源代碼，IC、藍牙、USB、背光燈外設(shè)驅(qū)動自行開發(fā)。應(yīng)用程序如AM/FM、DAB、USB設(shè)置等基于Framework自行開發(fā)。應(yīng)用程序與內(nèi)核之間是運行時庫，運行時庫包含了各種通用的功能實現(xiàn)，如C運行庫Libc、SSLLibs。應(yīng)用程序調(diào)用運行時庫API，運行時庫通過系統(tǒng)調(diào)用切換到內(nèi)核，內(nèi)核最終運行硬件實現(xiàn)具體的功能。

3.2 方案實施

3.2.1 安全功能

隨著全球各國對信息安全的重視，以及出口國家對隱私保護的高要求，出口車機在確保用戶享受智能互聯(lián)服務(wù)的同時，前瞻性地開發(fā)了安全功能設(shè)計，為車主信息安全提供了絕對性保障。隨著新四化的進一步普及和滲透，消費者在享受便利的同時，也對新四化所對應(yīng)的安全威脅表達明確的需求。據(jù)悉， 91.8% 消費者表示需要汽車信息安全防護， 94.7% 消費者表示需要主動安全配置， 94.4% 消費者表示需要新能源汽車安全防護。

汽車信息安全中，數(shù)字鑰匙、移動控車、惡意車載APP應(yīng)用、OTA升級等常見智能網(wǎng)聯(lián)使用場景的信息安全問題，需要整車廠與產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)方提升針對性的防護。

智能網(wǎng)聯(lián)生態(tài)服務(wù)系統(tǒng)帶來豐富生態(tài)服務(wù)的同時，也帶來了安全威脅，輕則泄露隱私，重則引起車身車輛故障，進而影響行車安全。安全是一個系統(tǒng)工程，涉及系統(tǒng)啟動、運行時程序權(quán)限控制、網(wǎng)絡(luò)通信等各方面。需要采取措施保證每一個環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)來源的合法性、完整性，以及必要的加密措施保證配置文件、網(wǎng)絡(luò)通信的安全性。

3.2.2 手機互聯(lián)

隨著互聯(lián)網(wǎng)科技的不斷發(fā)展和智能化的驅(qū)動，傳統(tǒng)的車機功能已不能滿足用戶的需求，利用手機互聯(lián)將用戶需要展示的功能投屏到車機，智能出口車機平臺有不同連接方式（USB、Wi-Fi），同時支持AppleCarPlay（ 5G/2.4G+USB 和AndroidAuto（USB）兩種手機互聯(lián)，無縫實時映射電話，有聲讀物、博客、導航等高頻功能5G相對2.4G傳輸距離更遠，抗衰能力強，傳輸速率更高，更穩(wěn)定。2.4GWi-Fi和 2.4～ 2.5GHz 的無線頻率，5GWi-Fi，即 4.9～5.9GHz 的無線頻率。帶寬能提高 80MHz 或更高，傳輸速度最高提升到 1Gb/s ，每秒可以傳輸約125MB的內(nèi)容。

智能出口車機解決了傳統(tǒng)手機互聯(lián)，從APP返回到AppleCarPlay主界面時，會出現(xiàn)動畫偶爾卡頓不流暢，以及在導航界面地圖加載更新卡頓不流暢，旋鈕旋轉(zhuǎn)切換APP時的不流暢和延時卡斷。配置5GWi-FiCarPlay，由于帶寬提升，已解決這些問題，從流暢度和時效性等多方面提升客戶體驗。

智能網(wǎng)聯(lián)車機的手機互聯(lián)應(yīng)用、AndroidAuto應(yīng)用基于Linux系統(tǒng)（運行環(huán)境）開發(fā)，支持USB和Wi-Fi兩種互聯(lián)方式，提供獨立的應(yīng)用程序（進程），通過進程間通信（IPC：Socket或其他）的方式與車載設(shè)備的UI進程或獨立進程交互資源、控制、狀態(tài)等數(shù)據(jù)，協(xié)同完成CarPlay/AndroidAuto在車載設(shè)備上的部署和應(yīng)用。車載設(shè)備CarPlay、AndroidAuto應(yīng)用系統(tǒng)需求如下。

1）提供標準接口用于訪問IC芯片（2.0C或3.0）以實現(xiàn)CarPlay鑒權(quán)。

2）負責視頻（解碼器）、音頻、麥克風、觸控、按鍵、GPS等資源的采集、處理（包含UI前后臺切換，多通道音頻混音，藍牙電話、本地語音、倒車等狀態(tài)通知和切換等）。

3）提供標準USB服務(wù)用于CarPlay、AndroidAuto相關(guān)驅(qū)動加載、操作以及數(shù)據(jù)通信。

4）提供符合蘋果CarPlay、谷歌AndroidAuto官方文檔要求的藍牙和Wi-Fi服務(wù)（可協(xié)助開發(fā)）。

5）相關(guān)應(yīng)用程序（進程）的啟動和守護。

6）Wi-Fi互聯(lián)方案建議使用Wi-Fi5G。

3.2.3 DAB

數(shù)字信號廣播（DigitalAudioBroadcast，DAB）數(shù)字信號廣播，是繼AM、FM傳統(tǒng)模擬廣播之后的第3代廣播，它是由單一頻率模塊組成。頻率范圍為：174＼～240MHz（Band I）。

在滿足傳統(tǒng)的FM/AM電臺基礎(chǔ)上，增加數(shù)字信號廣播DAB，具有抗噪聲、抗干擾、抗電波傳播衰落、適合高速移動接收等優(yōu)點，保證固定、攜帶及移動時接收信號的品質(zhì)。

數(shù)字音頻廣播DAB不僅傳遞音頻，也可傳遞相關(guān)信息（路況、氣象、新聞等），甚至也可傳遞圖像。除了抗雜信、抗干擾能力強之外，傳遞的信號衰減性也低，使數(shù)字廣播電臺的發(fā)送傳遞距離可更遠、覆蓋率更廣

3.2.4 360^° 環(huán)視影像

360^° 全景影像系統(tǒng)（AroundViewMonitor，AVM）在汽車周圍安裝能覆蓋車輛周邊所有視場范圍的4個廣角攝像頭，對同一時刻采集到的多路視頻影像處理成一幅車輛周邊 360^° 的車身俯視圖，最后在中控臺的屏幕上顯示，可徹底消滅車輛周圍的視覺盲點。它能讓駕駛員實時在車內(nèi)監(jiān)控車外前后左右視頻畫面的情況，避免意外事件發(fā)生。同時配備的前后超聲波倒車雷達輔助倒車，讓駕駛員清楚地查看車輛周邊是否存在障礙物并準確了解障礙物的相對方位與距離，避免倒車時因駕駛員看不到車后和左右兩邊的情況而發(fā)生刮碰與車禍，并可以通過畫面的指示調(diào)整入庫、倒庫的角度，幫助駕駛員安全輕松停泊車輛。

3.2.5 智能多模交互方式

智能網(wǎng)聯(lián)賦予車輛最大的特點是系統(tǒng)全時在線，智能網(wǎng)聯(lián)生態(tài)服務(wù)不再是孤立的系統(tǒng)。智能網(wǎng)聯(lián)出口車機系統(tǒng)支持多模交互，根據(jù)車機功能劃分，可以將同類型的功能放置在同一區(qū)域。在顯示屏中間保留一個觸摸按鍵，定義該按鍵可以用于調(diào)節(jié)任一屏幕界面的大小以及顯示屏的模式切換。用戶可根據(jù)自己的喜好、不同的場景選擇交互的形式和大小，簡化了運用的交互層級，多形態(tài)的交互方式，滿足市場所有用戶的需求。

4小結(jié)

結(jié)合出口市場以及企業(yè)定制化的需求、功能需求以及HMI設(shè)計優(yōu)化，不同于傳統(tǒng)車機，智能網(wǎng)聯(lián)生態(tài)基于實時場景，從此車輛不再是單一的出行工具，而成為服務(wù)的載體。未來可以滿足用戶基于車生活的服務(wù)需求，以及基于日常生活服務(wù)場景的泛生活服務(wù)需求。隨著智能網(wǎng)聯(lián)產(chǎn)品迭代升級，豐富的用車服務(wù)、后市場及生活服務(wù)等將產(chǎn)生強大的用戶黏性，并且可以產(chǎn)生持續(xù)的用戶流量及增值服務(wù)價值。直面汽車新科技領(lǐng)域日新月異的新挑戰(zhàn)，持續(xù)優(yōu)化營銷體系和渠道能力，以高品質(zhì)產(chǎn)品和優(yōu)質(zhì)服務(wù)贏得市場。

參考文獻

[1]崔勝民.智能網(wǎng)聯(lián)汽車新技術(shù)[M].北京：化學工業(yè)出版社，2016.

[2]陳科宏.集成電路設(shè)計中的電源管理技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2020.

[3]聞躍，高巖，杜普選.基礎(chǔ)電路分析[M].北京：清華大學出版社，2003.

[4]蔣志堅.電路分析與基礎(chǔ)教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.

（編輯楊凱麟）