每個企業都有自己的基因,蓋茨電子的基因是創新和敏捷。創新是要敢為人先,打破桎梏,超越客戶的預期。敏捷是要系統地、科學地滿足客戶的目標。
汽車電壓為什么選擇800V?2023年11月16日,在第三屆汽車智能底盤大會上,蓋茨電子副總經理付勇談到,800V電壓能夠滿足車載電氣化設備集合急速增長的需求;提升車載用電設備的最大功率,并且減少整車線速面積、節省空間、減輕重量、減少成本;提升電機的功率,提高電機的功率密度;提升電機的驅動效率,增加汽車的提速性能;充電速度加快,減緩里程焦慮。
蓋茨電子副總經理
以下為演講內容整理:
每個企業都有自己的基因,蓋茨電子的基因是創新和敏捷。創新是要敢為人先,打破桎梏,超越客戶的預期。敏捷地系統的、科學地滿足客戶需求。蓋茨電子有三個產品布局板塊。一是底盤域控,蓋茨是以Z向懸架控制系統為基礎,結合X、Y兩個方向的子域,達到全域融合的控制技術;二是熱管理域控,主要應用于子節點分布式控制以及集中控制的架構;三是智能駕艙,主要為客戶開發面向終端市場的,有趣的創新場景應用體驗。
汽車電壓的進化趨勢
在能源分配,環境保護的大戰略前提下,汽車動力正在進行多元化的轉型與升級。從2000年至今,短短二十幾年,汽車從燃油時代進展到新能源時代,汽車電子用量、電子架構發生了翻天覆地的變化。現階段,多種新能源動力百花齊放,如純電BEV、混動HEV,插電的PHEV,增程的RHEV以及燃料的FCEV等。據相關數據預測,2030年汽車將迎來全面電動時代。
汽車工業協會發布的中國新能源動力汽車數據顯示,2022年中國新能源汽車銷量為620.9萬輛,滲透率近30%。截止到10月,今年中國新能源汽車銷量為628.5萬輛,預計到年底銷量可達800萬輛,同比增長約22%,滲透率近35%。當前我國新能源市場仍以純電車為主。2022年BEV約占75%。截止到10月,今年BEV約占80%。
圖源:演講嘉賓素材
整車電壓的高壓化帶來了諸多優勢。一是滿足車載電氣設備幾何集數增長的需求;二是提升車載用電設備的最大功率;三是減少整車線束截面積,節省空間和減少重點;四是提升電機性能,提高電機攻略密度;五是提升電機驅動效率,增加汽車提速性能;六是降低零部件以及整車成本;七是提升整車充電速度,減緩歷程焦慮,減少電池發熱情況。
800V高壓架構是大勢所趨。當前許多車廠正在布局1000公里的續航里程,緩解里程焦慮。在1000公里的需求下,整車電新需要達到100千瓦/時,結合4C快充,800V是最優架構。在800V高壓架構下,快充技術將得以優化,車輛性能得到提升,電壓平臺實現升級。當前國內車企客戶終端OEM紛紛布局,800V的平臺序幕已經拉開。我們需要迎接時代挑戰,從電控系統開始,逐漸向800V進行設計變更。
蓋茨800V底盤懸架控制系統的探索
下圖是蓋茨智能底盤懸架系統的技術路線。就底盤控制而言,蓋茨一直深耕Z向。2019年,蓋茨所做的是12V連續阻尼可調試懸架電控系統。2021年進入12V空氣懸架電控系統,結合了CDC和AS。2022年開始做48V液壓懸架驅動系統,每個車上有4個ECU控制不同的懸架系統應用電機。2023年蓋茨開始做800V液壓懸架電控系統。
圖源:演講嘉賓素材
第四代的800V懸架系統構架,系統的空間布局包括4個液壓懸架,4個蓄能器,2個二合一的泵油電機,2個二合一的電機控制ECU,4個加速度傳感器,3個車身高度傳感器,1個ZONE 控制器和1個雙目攝像頭。
就800V 電機控制ECU的硬件架構而言,高壓最核心難點有三個。一是把DCDC的部分功能融入到控制器中,做高低壓的隔離、解耦和絕緣保護,同時體積不能增大。二是EMC的難題。三是器件,如薄膜電感、IGBT碳化硅的應用等。
蓋茨的產品有諸多特性。硬件層面,工作電壓為800V,工作溫度為-40-125℃,防護等級達IP6K9K,EMC等級在部分頻段能做到Cispr25Level5。蓋茨還采用了Encoder應用,通過ABI模式精確控制電機位置。軟件層面,1個控制器可以同時驅動2個電機,左右兩個電機可以協調控制算法。低溫帶載啟動算法是蓋茨液壓懸架控制系統的核心算法。由于液壓懸架系統是液壓油,在低溫下有較強的阻力,因此需要在-40℃帶粘稠液體進行啟動。
下圖是800VZONE控制器圖示。左邊是感知信號輸入,包括車輪輪速、車輪加速度、PSI5通訊、六路CANFD接口等。蓋茨通過ECU的判定進行控制的相應電機輸出電機位置信號、電流反饋信號、電壓反饋信號、扭矩和診斷反饋信號。
圖源:演講嘉賓素材
蓋茨的硬件設計有諸多特性。一是采用疊層板設計,集成散熱模式,可以更有效的進行散熱;二是有更小的體積,可以做到450×220mm;三是應用多核MCU應用,要同時處理多個傳感器以及多路電機控制,與多核進行判定。此外,還應用了6路CANFD接口,可以驅動16路電磁閥,還可應用于液壓懸架系統的恒流以及標準的PEAK-HOLD探測模式。
軟件架構是基于AUTOSAR的分層架構進行拓展。底層是BSW層,中間是RTE的實時運行環境層,應用層通過四個板塊與Tier 1和OEM進行交互,如電磁閥控制、電機控制、傳感器采集和融合技術,預瞄算法控制。
結合以前的經驗,我們融合了超100個軟件功能在區域控制器中。CDC功能包括溫度補償控制、連續阻尼控制等。液壓控制的HS功能通過車身高度控制,隨速調節,包含了車載載荷識別、高度維持、驅動電機的保護策略。電磁閥快速響應時間達3ms,電機實時通訊算法達1ms。
與400V平臺相比,客戶能夠從800V液壓懸架電控系統中受益諸多。一是提升舉升重量20%,能夠為客戶巨大的系統舉升力;二是液壓懸架響應速率提升至5ms;三是提升舉升速度30%;四是更小的系統重量,線束+ECU集成可以減重10%;五是更優的協同控制方案,1個ECU可以控制2個電機。
三大應用場景
800V液壓懸架系統有三大應用場景。一是在崎嶇路面駕駛場景中,通過實時預瞄算法,根據路面起伏情況,控制液壓懸架系統實時主動獨立調節車輪高度,消減車身顛簸和側傾,使車身在不平整的路面下仍能保持水平,提供更好的體驗和乘坐舒適性。
二是在戶外露營場景中,通過多閥門精準控制油液算法,不僅能做到四輪同時升降,還可以單獨調節懸架高度。當用戶將車輛停放在不平整的路面上時,可以根據整車需求,對四輪高度精準控制,可以一鍵把車身調整到水平。能夠方便用戶搭建帳篷或在車內舒服地睡覺,提升戶外露營的舒適性。
三是在娛樂互動場景中,作為人類緊密的第二空間,以無人駕駛汽車、共享汽車為主體的新興智慧座艙空間需要賦予更多娛樂體驗。以液壓懸架為執行主體的車輛體感增強系統,結合智慧座艙3D全息影像技術,可以增強娛樂交互效果和游戲體感,實現車輛隨音樂律動以及4D體驗效果。
創新和場景是相輔相成的。當前許多先進的底盤制動技術早在二十年前就在國外出現過,但并沒有運用,一個重要原因是沒有場景進行落地。因此在不斷創新的過程中,我們希望Tier 1和OEM客戶能夠為我們提供相應場景進行落地和實踐。
當前,信息安全和功能安全是整個行業的目標。明年7月信息安全強標將貫徹落地,對此我們有自己的信息安全測試團隊,為控制器產品保駕護航。我們愿意成為整合Tier2的橋梁,從技術和創新角度讓場景和生態進行合作,共同為行業發展貢獻力量。
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