芝能智芯出品

电动垂直起降飞行器（eVTOL）作为低空经济的关键技术，依赖飞控系统（Flight Control System, FCS）实现航迹规划、姿态控制与飞行增稳。

飞控系统通过电传操纵、多余度设计和综合化架构，确保eVTOL的安全性与智能化。

恩智浦也在尝试把汽车电子中使用的S32G汽车网络处理器，放在在eVTOL飞控解决方案中，包括高性能计算、安全认证、网络通信及可扩展性等特性。

城市空中交通（UAM）的商业化落地，到底如何能做到成本可控，安全可靠也是我们讨论的重点。

Part 1

飞控系统的技术架构与核心功能

eVTOL的飞控系统作为其核心“大脑”，负责确保飞行的安全与效率。

其关键功能在于通过先进的控制律实现飞行增稳，优化飞机的动态特性，从而提升操纵性和稳定性。

同时，飞控系统能够精确管理航迹与姿态，支持速度、高度、航向的控制，并实现自动领航、自动着陆等高级功能，还内置飞行包线保护，限制关键参数以防止操作失误，并能支持地形跟随、编队飞行等复杂任务，通常由负责增稳和包线保护的主飞行控制系统（PFCS）以及通过自动驾驶仪、飞行指引等实现自动化航迹管理的自动飞行控制系统（AFCS）组成。

基于电传操纵（FBW）技术，飞控系统以电子信号取代传统的机械连接，这显著提高了控制精度、减轻了系统重量，并赋予了系统更大的灵活性，为eVTOL的高可靠性与智能化奠定了技术基础。

eVTOL飞行控制系统的设计必须满足极为严格的安全认证要求，尤其是适航条款SC-VTOL.2510(a)中关于单一故障不得导致灾难性后果（概率小于10−9/飞行小时）的规定。

这要求设计遵循ARP4754B、DO-254等指南，并在系统层面通过功能危害分析（FHA）识别潜在的共因故障（CMF）。

传统的通过采购多家供应商组件来降低CMF影响的方法，内部引入内在的多样性来提升容错能力。实现高可靠性依赖于严格的设计原则，包括功能分离和组件分离。

功能分离体现在高压电机驱动电源与低压数字处理器电源（常采用冗余供电）的物理和电气隔离，确保部分电源损失时仍保留功能。

处理器层面，即使执行相同算法，角色也需区分，并通过如数字简易表决器（Digital Simple Voter）等机制，在冗余通道间进行命令仲裁和监控，避免控制冲突。

组件分离则要求内部各冗余单元（数字、模拟、机械）实现物理和电气上的相互隔离，以防范热、振动、短路等共因或级联故障蔓延。

Part 2

恩智浦S32G

在eVTOL飞控系统中的应用与优势

恩智浦S32G汽车网络处理器开发的eVTOL飞控解决方案，为下一代城市空中交通提供了高性能、安全可靠的控制平台。

S32G是一款车规级处理器，结合ASIL-D功能安全认证（ISO 26262）与异构多核架构，专为高性能计算与实时控制设计，核心特性包括：

◎ 异构多核架构：集成4个Arm Cortex-A53内核与3个双核锁步Arm Cortex-M7内核，支持并行处理AI导航、实时控制及多传感器融合。

◎ 高速网络通信：支持CAN FD、TSN以太网及PCIe 3.0，实现与推进系统、电池及地面站的低延迟交互。

◎ 硬件安全引擎（HSE）：保障数据安全与OTA升级的可靠性。

◎ 丰富的硬件资源：包括64MB QSPI flash、32GB eMMC、4GB LPDDR4，以及多路以太网（2×10GBASE-T1、8×1GBASE-T1、12×100MBASE-T1）、17×FlexCAN等，满足复杂飞控需求。

◎ 紧凑设计：采用“S32G SOM+主板”架构，优化空间与功耗，适合eVTOL轻量化要求。

S32G这款高性能、车规级的处理器作为系统的核心计算平台，提供了航空级的高性能计算能力和关键的安全认证。

S32G处理器采用先进的异构多核架构，集成了高性能的Arm Cortex-A应用处理内核与用于实时控制的双核锁步Arm Cortex-M实时内核。

这种架构的优势在于能够并行处理eVTOL飞控系统所需的多种复杂任务：

◎ Cortex-A内核可以负责运行复杂的AI导航算法、处理多传感器融合数据（如来自LiDAR和视觉系统的信息），进行路径规划和决策；

◎ 而Cortex-M内核则专注于对飞行器的舵面、电机等进行毫秒级的精准实时控制，确保飞行的稳定性与响应速度。

至关重要的是，S32G处理器符合严格的ISO 26262 ASIL-D功能安全标准，这是汽车行业最高的功能安全等级，其设计理念与航空领域的安全要求高度契合。

结合方案中的航空级冗余设计，该解决方案能够实现符合适航认证要求的高度容错运行，即使在部分硬件发生故障时也能保持系统的关键功能，极大地提升了飞行的安全性。

S32G集成了高速网络通信接口，包括CAN FD和符合TSN（时间敏感网络）标准的以太网，这保障了飞控系统与其他关键子系统（如推进系统、电池管理系统）以及地面站之间能够进行低延迟、高带宽的数据交互。

内置的硬件安全引擎（HSE）为数据传输和日益重要的空中软件更新（OTA）提供了强大的硬件级安全防护，抵御潜在的网络威胁。

该方案支持QNX、AutoSAR等多种实时操作系统，并依托恩智浦完善的开发工具链，加速了航电系统的开发、集成和认证过程。

安富利采用“S32G SOM（System On Module）+主板”的模块化架构，这种设计不仅紧凑可靠，而且具有良好的可扩展性，使得该解决方案能够灵活适应不同尺寸和配置的eVTOL平台，为下一代城市空中交通和自主飞行应用提供了强大的基础。

这是一个高度集成的紧凑型解决方案，其“S32G SOM+主板”架构为eVTOL开发者提供了一个优化的计算平台，非常适合需要高性能处理、严格功能安全和信息安全的域控制和中央计算应用。

处理器内含的4个Arm Cortex-A53内核和3个双核锁步Arm Cortex-M7内核组合，提供了充裕的计算资源和丰富的输入/输出接口（包括多种类型的以太网、FlexCAN、LIN、FlexRay、PCIe等），足以应对复杂的飞行控制算法、多传感器数据处理、网络通信管理、FOTA更新以及安全密钥管理等任务。

丰富的硬件资源，如大容量的QSPI Flash、eMMC、SDRAM等，为系统软件和飞行数据存储提供了保障。VR5510电源管理芯片的ASIL D等级认证进一步提升了整个系统的功能安全水平。

通过采用这样一个预先认证、功能丰富且高度集成的平台，eVTOL制造商可以大幅缩短研发周期，降低系统集成的复杂性和认证风险。一个强大、安全、可靠的飞控系统是实现自主飞行、编队飞行、精确导航和着陆等高级功能的先决条件。

小结

eVTOL飞控系统是低空经济的核心技术，通过电传操纵与多余度设计，保障了飞行安全与效率。整个系统是否沿用汽车电子的一整套方案还是从传统的航空电子走，这里会有一个不同的选择方向。