刘玥　汪春华　姚勤文　裴静　王冠达

摘 要：随着汽车智能化，网联化的不断深入，T-BOX作为互联通信的基础，逐渐成为不可或缺的零部件。T-BOX的功能也从最初的车辆数据上传，发展到了现在车辆管理，车辆定位，远程控制，安全监测，紧急通话以及辅助驾驶等功能。功能增加的给T-BOX的信息处理速度、整机功耗和稳定性都提出了更高的要求。由MPU和MCU组成的多核异构架构，成为当前T-BOX的主流设计，文章介绍了一种用于支持多核异构架构的T-BOX电源系统，本系统由DCDC，LDO，PMIC，以及主备电源切换电路组成，除满足功能要求外，还通过电性能，EMC，环境实验等车载电子可靠性测试，满足产品配套要求。关键字：T-BOX;电源系统设计;车辆网中图分类号：U463.6  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）01-46-03

Abstract： Along with automotive intellectualization and network-connected more and more thoroughly， the T-BOX is becoming the indispensable ECU as it provides the foundation of the wireless communication. The function of T-box has developed from the vehicle data upload initially to the remote vehicle management， positioning， remote control， safety monitoring， emergency call and driving assistance presently. And the function become more and more complex， the higher requirement for the core processing speed， the total consumption， stability. The MPU and MCU multi-core architecture has become the mainstream design of the current T-BOX. This paper introduces a T-BOX power supply system for supporting multi-core architecture. The power system included the DCDC， LDO， PMIC and the switch circuit of main and backup power. The power system has passed the function test， electric performance test， EMC test and environmental reliability test， and meet the mass production requirement.Keywords： T-BOX; Power system design; IOVCLC NO.： U463.6  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）01-46-03

引言

Telematics BOX，簡称T-BOX，是具有无线通信功能的车载ECU。T-BOX是车联网中的核心零部件，当今汽车上的电子元器件和网络单元越来越多，汽车从一个单独封闭的整体变得越来越开放，T-BOX的功能也从基础无线通信连接，发展到现在车辆管理，车辆定位，远程控制，安全监测，紧急通话以及辅助驾驶等功能。用户可以通过手机端APP发送控制命令后，TSP后台会发出监控请求指令到车载T-box，车辆在获取到控制命令后，通过CAN总线发送控制报文并实现对车辆的控制，最后反馈操作结果到用户的手机APP上。功能复杂度的提升，仅靠MCU + modem的架构已经无法满足要求，所以诞生了目前主流T-BOX的MPU+MCU的多核异构系统架构。MPU的引入，以及主备电源的自动切换设计成了T-BOX电源系统的难点。

本文主要阐述了多核异构T-BOX系统的电源架构设计，硬件电路实现，包括电源拓扑设计，主备电源自动切换电路设计等。另外，本文也介绍了针对所设计电路的测试验证试验的方案和结果，包括电性能实验，电磁兼容实验等。

1 T-BOX系统架构

本文设计的T-BOX系统包含了一颗高性能MPU作为核心处理器，来处理4G通讯传输任务以及辅助ADAS任务，另有一颗高实时性低功耗MCU作为协处理器，用来处理实时性较强的任务，系统电源管理，以及休眠唤醒等任务。系统资源包括LTE通讯模块，GNSS地位模块，WIFI通讯模块，加速度计与陀螺仪，CAN收发器，外部储存芯片EMMC，以及音频解码芯片等。系统框图如图1所示：

MPU为核心处理器，负责LTE无线数据通讯，高精度地图GNSS定位任务，WIFI连接任务，CAN报文收发处理任务，远程车控任务，加速度数据处理和系统采集数据存储任务，以及VoIP功能。MPU芯片选择NXP公司的i.MX6系列处理器，运行频率最高可达1.0 GHz，配备512 KB L2缓存和32位DDR3/LPDDR2支持。

MCU为系统协处理器，负责处理实时性较强的任务，包括开机阶段替代MPU处理CAN报文，休眠CAN唤醒，休眠陀螺仪加速度计检测，系统电源管理，AD转换处理等任务。MCU芯片选用ST STM32F3系列，包含一颗Cortex-M4的核心，最高主频在72MHz。

系统外部资源包括LTE通讯模组，GNSS定位模组，WIFI通讯模组，加速度计陀螺仪，音频解码芯片，数据存储芯片等。

2 电源系统

T-BOX设计为24V系统，工作电压范围为6.8V～40V，系统自身配有备用电池满足主电断开的意外状况的工作要求，备用电池为可充电电池。电源系统要求满足ISO7637-2，pulse 5a（Us=160V，Td=350ms），TCP连接休眠静态设计功耗为5mA@24V，满足汽车电子电器性能环境要求。

系統有两种工作状态：

状态一：ACC ON，正常工作模式，设备全处于正常工作状态。

状态二：LTE休眠，CAN休眠，其他外设关闭（除陀螺仪），MCU进入STOP模式。

系统工作状态设置由MCU控制电源使能或load switch使能实现。系统电源拓扑见图2。

在系统进入工作状态二时，任务系统处于休眠模式。系统处于休眠阶段的唤醒源包括：看门狗中断，陀螺仪加速度计中断，CAN唤醒报文，LTE中断唤醒，外部按键唤醒，MCU唤醒时可识别内部唤醒中断源来判断是哪种外部唤醒源触发的此次唤醒。所有休眠唤醒逻辑都有MCU来实现。

备用电池在KL30断电时替代其为系统供电，要求系统全功能工作维持30分钟，兼顾考虑车载产品温度范围大安全性要求高的特点，选取镍氢电池作为系统的备用电池，选用镍氢电池供应商FDK的HR-AAULT产品。该产品兼顾良好的低温放电特性和较高的寿命，标称容量1000mAh，放电温度范围标称最大到-40℃～85℃，充放电曲线见图3。设计估算系统功耗最大不超过8W，为了满足30分钟工作时间，选用4节电池作为备用供电。

系统要求支持供电范围是6.8V～40V，4节镍氢电池充满电电压可到6.2V，主备点切换门限设置在6.5V，通过R417和R418设置切换门限电压，切换电路使用PMOS实现，硬件切换，不需要软件参与，MCU通过读取目前主电电压来判断主电是否在位，切换电路见图4，其中BAT_6V5是备用电源，VBR是KL30输入滤波后电源，VBAT为系统总能供电。

3 测试验证

本系统通过电性能测试，EMC测试，上下电时序测试等，满足预期设计要求，T-BOX产品生产实物见图5。

根据主流车厂可靠性实验标准，对本文设计产品进行直流供电试验，过压试验，叠加交流电压试验，供电缓升缓降试验，供电电压瞬时下降，电压骤降复位试验等，测试结果均符合预期要求，电性能试验现场如图6所示。

EMC摸底试验项目如图7，EMC试验在CNAS认证实验室执行，测试结果全部通过。

4 结束语

本文基于T-BOX多核异构的系统架构，设计了一套满足使用场景各工作条件要求的电源系统，包括上下电时序，主备电源切换，休眠唤醒设计等功能。在此电源系统下，使T-BOX产品可以稳定的实现远程数据上报，车辆远程控制定位报警，以及ADAS等功能，使T-BOX功能得以进一步扩展，为整车提供更多的车联网应用支持。

参考文献

[1] 杨瑞.工程车辆联网系统及软件平台设计[D].浙江大学，2012.

[2] 宋晖.基于GPS/CAN/GPRS的车辆监控管理系统终端的设计与实现[D].武汉科技大学，2010.

[3] 白杰，孟令军，张慧慧.基于ARM的实验室智能无线监控系统设计[J].实验室研究与探索.2017（02）.

[4] 张东伟，王文扬，杜明星等.基于车联网的车辆远程控制系统设计[J].制造业自动化，2017，39（09）：67-71.