2012年8月，美國(guó)交通部國(guó)家公路交通安全管理局(NHTSA)和美國(guó)環(huán)保局(EPA)共同公布了全新的汽車(chē)業(yè)企業(yè)平均燃油經(jīng)濟(jì)性(CAFÉ)標(biāo)準(zhǔn)。里程數(shù)將以一種全新的方式定義，此外，汽車(chē)的“排放”將被納入效率評(píng)級(jí)中。

到2025年，目標(biāo)燃油經(jīng)濟(jì)性將為每加侖54.5英里(MPG)。當(dāng)今乘用車(chē)的平均燃油經(jīng)濟(jì)性為27.8mpg，要實(shí)現(xiàn)CAF的54.5mpg的目標(biāo)，2021年前小轎車(chē)需每年平均提高5%的燃油經(jīng)濟(jì)性，而輕型卡車(chē)需每年提高3.5%，之后所有車(chē)輛需提高5%的燃油經(jīng)濟(jì)性。歐盟在降低能耗方面已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了美國(guó)，并計(jì)劃在2020年以前實(shí)現(xiàn)65MPG的平均燃油經(jīng)濟(jì)性。

采用新一代動(dòng)力總成控制器，可整合更多的功能并大幅增加計(jì)算性能，可在提升燃油經(jīng)濟(jì)性的諸多方面(以及汽車(chē)尾氣排放)做出改進(jìn)。這個(gè)由控制器所控制的精密系統(tǒng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了傳統(tǒng)火花點(diǎn)火(SI)引擎和傳輸控制。包含混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)和插入式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)(帶發(fā)動(dòng)機(jī)、電池和系統(tǒng)管理電子)的要求迫使廠商采用與傳統(tǒng)改進(jìn)趨勢(shì)不同的控制技術(shù)。

安全和效率的高增長(zhǎng)需求

在動(dòng)力總成控制中正在出現(xiàn)一種相對(duì)不可預(yù)見(jiàn)的趨勢(shì)，即對(duì)汽車(chē)電子系統(tǒng)安全性的不斷需求。設(shè)計(jì)人員必須確保在規(guī)避任何燃料和排放控制機(jī)制時(shí)，不影響車(chē)輛控制單元。

當(dāng)汽車(chē)電子在20世紀(jì)70年代首次推出時(shí)，所實(shí)現(xiàn)的控制功能非常簡(jiǎn)單——這些汽車(chē)電子是分離的，并且沒(méi)有連接到車(chē)輛的其他組件?？刂苹鸹ㄈ慕M件未與儀表盤(pán)的速度表或轉(zhuǎn)速表對(duì)接，也沒(méi)有無(wú)線(xiàn)移動(dòng)電話(huà)接口或音響系統(tǒng)。行車(chē)電腦是當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的功能，在當(dāng)時(shí)僅僅處于起步階段。

隨著時(shí)間的推移，更多的復(fù)雜電子以及更多的固定和便攜式組件(如無(wú)鑰門(mén)禁系統(tǒng)、音響系統(tǒng)、車(chē)載信息系統(tǒng)和無(wú)線(xiàn)通信)組合使人們可以訪(fǎng)問(wèn)深嵌在汽車(chē)中的控制系統(tǒng)。這些用戶(hù)可訪(fǎng)問(wèn)的系統(tǒng)可能包含個(gè)人和隱私信息，同時(shí)，嵌入式系統(tǒng)不可避免地影響到汽車(chē)的基本物理行為——如加速、制動(dòng)、和轉(zhuǎn)向。這些互聯(lián)功能的新特性意味著，如果車(chē)輛的控制或信息系統(tǒng)受到侵害，盜賊便有機(jī)會(huì)從外部對(duì)車(chē)輛進(jìn)行破壞。

通向節(jié)能之路

作為汽車(chē)動(dòng)力總成微控制器(MCU)的主要供應(yīng)商，飛思卡爾半導(dǎo)體以其在電子控制領(lǐng)域促進(jìn)汽車(chē)業(yè)開(kāi)拓同樣的方式應(yīng)對(duì)了這些挑戰(zhàn)。

圖1顯示了2012年至2022年間，不同車(chē)輛的燃料消耗趨勢(shì)走向圖。通過(guò)減少車(chē)重和滾動(dòng)阻力并改進(jìn)空氣動(dòng)力特性可提高燃油經(jīng)濟(jì)性，但符合這些不斷變化的標(biāo)準(zhǔn)且最具經(jīng)濟(jì)效益和最實(shí)際的方法是改進(jìn)內(nèi)燃機(jī)和汽車(chē)電器化。

如果制造商未遵守相關(guān)規(guī)定，可能會(huì)受到處罰。同樣，購(gòu)買(mǎi)不符合標(biāo)準(zhǔn)汽車(chē)的用戶(hù)必須支付額外的汽車(chē)稅。為了減少在非節(jié)能高效型汽車(chē)上所支付的花費(fèi)，汽車(chē)制造商可利用當(dāng)前和未來(lái)的飛思卡爾Qorivva MCU(如MPC5676R和MPC5777M)所提供的不斷增加的性能和功能。

這些飛思卡爾MCU有許多通用特性，如Power Architecture內(nèi)核、DMA控制器和串行通信接口。它們與上一代動(dòng)力總成MCU相似，允許傳統(tǒng)軟件遷移到最新實(shí)施方案中；然而，與十年前的老式MCU相比，性能提升了5倍，閃存存儲(chǔ)器大小增大了4倍。

多核MCU的崛起

雖然通過(guò)簡(jiǎn)單地增加操作頻率即可提升MCU的性能，但最新的Qorivva MCU實(shí)施方案采用多個(gè)CPU內(nèi)核，大大增強(qiáng)了功能，同時(shí)減少功耗。如果沒(méi)有多核架構(gòu)，由于產(chǎn)生的熱量過(guò)多以及設(shè)計(jì)和集成更高頻率電路所面臨的其他挑戰(zhàn)，以經(jīng)濟(jì)高效的方式提供滿(mǎn)足即將來(lái)臨的54mpg要求的性能是幾乎不可能的。

MPC5676R MCU是首款面向動(dòng)力總成應(yīng)用的雙核Power Architecture器件，可與上一代單核MPC5674F MCU實(shí)現(xiàn)虛擬無(wú)縫兼容。它還提供了一組強(qiáng)大的、全新雙核特性，以應(yīng)對(duì)虛擬傳感和啟發(fā)式控制算法等全新計(jì)算密集型軟件的挑戰(zhàn)。這些功能使開(kāi)發(fā)人員不再需要大量的外部組件，與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比，節(jié)省了30%的成本，并使高級(jí)節(jié)能技術(shù)更經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

MPC5777M提供了每核300MHz的性能(比MPC5746M性能高50%)以及2.5到8MB的閃存存儲(chǔ)器擴(kuò)展功能。利用I/O處理器分流計(jì)算內(nèi)核，它還使汽車(chē)設(shè)計(jì)人員可以靈活執(zhí)行任務(wù)并提高了其并行處理能力。MPC5777M還包括新一代安全保護(hù)功能，如硬件安全模塊和防篡改檢測(cè)模塊，可阻止軟件遭受黑客攻擊并防止售后篡改。

隨著效率標(biāo)準(zhǔn)的不斷出臺(tái)，最新的MCU可幫助汽車(chē)制造商采取節(jié)能措施，如直接注入燃料、汽缸去活、廢氣再循環(huán)、渦輪增壓、自動(dòng)停止-啟動(dòng)、雙離合變速器和先進(jìn)的閥門(mén)控制。在不久的將來(lái)，更高級(jí)的MCU(目前在開(kāi)發(fā)管道內(nèi)使用)將允許汽車(chē)制造商在實(shí)現(xiàn)燃料經(jīng)濟(jì)性和排放控制時(shí)采用新方法，如均質(zhì)充量壓縮點(diǎn)火(HCCI)、2沖程/4沖程切換、主動(dòng)式空氣動(dòng)力學(xué)和尾氣余熱回收。