《電子技術(shù)應(yīng)用》
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從特斯拉的原型呼吸機(jī)談起

2020-04-08
來源:與非網(wǎng)

結(jié)合美敦力發(fā)布的簡(jiǎn)單版本的呼吸機(jī),,我們可以看到一個(gè)很有意思的情況: 

 

特斯拉把中控屏+娛樂系統(tǒng)的 UI 和 HMI 交互為一個(gè)醫(yī)用儀器非常快,,而且把上層的控制算法都放在頂層上面進(jìn)行控制

 

特斯拉的車身電子集成控制器,,提供了各路不同的傳感器調(diào)理電路(采集)和驅(qū)動(dòng)控制,加上電池的智能管理,,可以在底層我們比較花時(shí)間的 ECU 層面的軟件改動(dòng)也比較快 

 

結(jié)合各個(gè)車企圍繞信息系統(tǒng)開發(fā) OS 也好,,把大量的底層功能開始抽象往上做,,未來的汽車電子確實(shí)和其他工業(yè)產(chǎn)品有很大的相似性

 

01 美敦力的 PB560 呼吸機(jī)信息

   

我覺得美敦力是一家具有社會(huì)責(zé)任感的公司,,為緩解呼吸機(jī)供應(yīng)短缺,,將便攜式的 PB560 呼吸機(jī)設(shè)計(jì)圖紙全部開源,包括了軟件,、硬件(BOM+PCBA)、和結(jié)構(gòu)圖紙,。如下圖所示,我們可以理解下這個(gè)呼吸機(jī)包含哪些東西,。呼吸機(jī)的基本功能為是輔助病人呼吸,,包括輔助供氧的氣路壓力控制,、整個(gè)回路的壓力監(jiān)控,、回路的濕度監(jiān)控,,這些是基于醫(yī)學(xué)的一套需求功能。在實(shí)際工作中,,由于和人的性命相關(guān),整個(gè)系統(tǒng)頁(yè)包含自身的故障診斷功能,,包括供電的高,、低壓報(bào)警,、病人的窒息報(bào)警、濕度過高 / 過低報(bào)警,,流速監(jiān)控報(bào)警、供氧基本管路報(bào)警,、呼吸機(jī)供電系統(tǒng)報(bào)警,、電池系統(tǒng)故障報(bào)警、通訊報(bào)警等,。

 

 

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圖 1 美敦力的呼吸機(jī)基本功能 

 

根據(jù) PB569 里面的幾塊板子,包括 Power Supply Board,、Power Pack2、BuzzerBoard,、CPU Board 和電池板,,整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是比較簡(jiǎn)單的。核心的就是我們之前汽車 ECU 里面,,輸入傳感器檢測(cè)和輸出閥門和基于 PWM 的氣泵控制,。

 

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圖 2 美敦力呼吸機(jī)電子控制原理圖 

 

這個(gè)產(chǎn)品的難度,如下圖所示,,由于這個(gè)市場(chǎng)是穩(wěn)定的,,需要強(qiáng)管制的產(chǎn)品。即使是美敦力開源,從 PCBA 的打樣,、找部件,、燒錄軟件,這個(gè)工作需要挺長(zhǎng)一段時(shí)間才能把產(chǎn)量提高,,而且這些元器件設(shè)計(jì)選型可能比較老,,在當(dāng)前的條件下,你想批量的按著現(xiàn)有的材料造出來,,還比較困難,。

 

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圖 3 呼吸機(jī)的供電整理

 

02 特斯拉的原型機(jī)

    

特斯拉的工程師團(tuán)隊(duì)是非常靈活和有意思的,因?yàn)楹粑鼨C(jī)的原理如視頻所說,,其實(shí)并不復(fù)雜,,使用車用的 HVAC 系統(tǒng),轉(zhuǎn)變到呼吸機(jī)的要求,,需要一些時(shí)間,。他們的做法,就是使用車上的部件,,根據(jù)系統(tǒng)原理圖進(jìn)行重組,,這里分為車用原有部件、其他部件(主要是檢測(cè)傳感器)和醫(yī)療部件,,下面是特斯拉做的總體結(jié)構(gòu)框圖,。如上面所說的,核心的問題是控制氧氣的輸入壓力和整體的流量,、壓力和濕度控制,。 

 

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圖 4 特斯拉呼吸機(jī)的框圖 

 

特斯拉其實(shí)跳過了美敦力用嵌入式系統(tǒng)來控制單個(gè)控制器,采用了 Model 3/Y 上的娛樂系統(tǒng)來進(jìn)行頂層控制(在這個(gè)里面,,特斯拉基于 Linux 開發(fā)),,傳感器和驅(qū)動(dòng)部分,使用車身控制器(包含 VC Front 和 VC Right 兩個(gè),,一個(gè)是配電功能+一個(gè)控制功能)來控制可變閥門交換信息,,并且根據(jù)自己的系統(tǒng) GUI 開發(fā),快速在 15 寸屏上做系統(tǒng)的交互,,進(jìn)行調(diào)節(jié)氣壓,、流量、氣量的操作,。 備注:這套原型系統(tǒng)是具備 12V 電池+外部接入的電源 

 

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圖 5 特斯拉的呼吸機(jī)控制部件 

 

其實(shí)我的理解,,這種偏向于集成化的系統(tǒng)架構(gòu),以后在車上是比較普遍的,,大眾 / 奧迪所提倡的 End to End(E2E)的架構(gòu),,開發(fā)的核心還是自己的信息系統(tǒng) OS,,假定在 ID3 上這么魔改,我們也能快速的得到一套基于車載域控制器的系統(tǒng),,理論上這個(gè)開發(fā)時(shí)間可能比我們?cè)诘讓?ECU 上面改起來更快一些,,特別是不算特別實(shí)時(shí)的任務(wù)。 

 

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圖 6 奧迪的 E3 電子架構(gòu) 

 

小結(jié):最近和佟老師一直在搜集車載計(jì)算平臺(tái)的信息,,這個(gè)趨勢(shì)還是很明顯的,,就是不同車企對(duì)于采用這套東西是一致的,但是如何處理和供應(yīng)商之間的關(guān)系,,如何構(gòu)建自身的軟件中心(到底做多少工作)還是存在分歧的。


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