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【投稿】高集成化,未來汽車的必然之選

2021-07-30
來源:汽車電子設計
關鍵詞: 智能汽車 高集成化

  未來智能汽車會是什么樣子?我想我們很多人都有暢想過,要智能,要無人駕駛,要無限續航,要空間舒適……無論你是在行業內,還是行業外。而這基本上都建立在我們今天要討論的話題上,汽車的高集成化
  高集成化可以充分擴展車輛的使用空間,使汽車從一種駕駛工具到成為一種舒適的移動大空間;高集成化可以充分降低車輛的重量,達到汽車的輕量化和續航提升,同時也能更有益于降低車輛重心的設計,從而達到更好的駕駛操控性;高度集成化是滿足未來車輛更強大通信和運算能力的基礎,從而更進一步提升車輛的智能化和無人駕駛能力。
  接下來我們來看怎么做及為什么?
  大小三電的集成化
  車輛EEA架構的進一步集中化
  空間布置
  大小三電的集成化
  對于一輛智能電動汽車,我們來看一下主要部件,通常可以劃分為:
  車身部分(車輛的車殼和車殼上的各種部件),
  底盤部分(前后橋及其連接部件,制動轉向系統,懸架系統,電池pack/電池CTC(cell to classis,電池電芯集成到底盤)的支撐結構),
  大小三電部分(一般三電指:電池,電機,電控組成的電驅系統,為大三電,當然也還有小三電:OBC車載充電機,DC-DC電壓轉換,PDU高壓配電盒組成的高壓系統),
  自動駕駛部分(自動駕駛感知及運算部分,當然感知部分基本上集成在車殼上,運算部分占用空間也較小),
  座艙部分(主要為娛樂大屏及移動通訊和運算部分,集成性也較高相對占用體積較小),
  (考慮到空調蒸發冷凝和各溫度交換體系體積的原因,我們也算入空氣&溫控系統,但由于其功能較單一,通常將其整合入車身域中。)
  整體來看,除去車內座椅外,最影響車內空間布置的就是三電和空氣&溫控系統,這樣我們勢必就要對其做進一步的集成化。從而不僅可以在空間上可以得到極大的節約,在整體重量和成本控制上也能得到極大的改善。(本篇不對空氣&溫控系統的集成做討論,目前最高集成方案可參照Model S Plaid熱泵,Model 3八通閥和電機堵轉過載生熱來研究)。
  對于大三電(電池,電機,電控)和小三電(OBC,DC-DC,PDU)行業較先進的方案主要分為:
  1.Tesla的三合一電驅(電機+電控+減速器)+小三電整合到電池pack或者CTC底盤上
  OBD充電機,DC-DC電壓轉換,PDU高壓配電這些通常比較占用車輛空間布置的部件,被Tesla整合到了電池pack/CTC底盤上,給車輛的乘客空間留出了更多的富余。
  可以看到在Tesla Model S Plaid中這種整合又做了更進一步的提升,OBD+DC-DC+PDU的整合包體積做了進一步減小。
  2.六合一/七合一電驅系統+電池Pack/CTC(cell to classis電芯集成到底盤)電池底盤。
  這里的代表為華為的七合一和比亞迪的六合一,可以說都是行業內相當先進的方案。
  比亞迪電驅總成集成了:電機+電控+減速器+OBC+DC-DC+PDU,為目前行業接近量產集成度最高的電驅系統。
  華為DriveONE電驅系統除了集成傳統三合一電機+電控+減速器,小三電OBC+DC-DC+PDU外,進一步集成了BCU(電池控制單元)。
  以上兩大方案方向還需市場進一步檢驗,但是唯一可以確認的是大小三電的進一步整合與集成是大勢所趨,也在近些年必然會加速進行。
  車輛EEA架構的進一步集成化
  說到車輛的EEA架構的進化,我們必然會提到博世提出的EEA發展路線圖。
  EEA架構從分散的各功能模塊的獨立感知,獨立運算控制,再通過can網關與其他獨立功能模塊連接起來進行信息通信(圖中的一二三層),發展到至今已車輛上已經有近百個獨立的控制器,不僅相互間連接繁雜,導致通信和電力線路冗長,而且各控制器大多由各獨立供應商提供,相互間的協同作用難以開發;
  到逐漸進化到區域內或功能域內進行獨立的感知和運算控制,整車的控制器上得到了極大的降低(圖中的第四層),像Tesla Model 3,整車主要只有四個大的主控制器(智能駕駛&智能座艙域,左車身域,右車身域,和前車身域);
        整車主要由四大控制器進行控制,在幾個主控制器周圍環聚了不同種類的傳感器,通過can總線,以太網以及Lin線和各主控制器連接,進行運算處理,同時對于部分對實時性要求極高的功能,如ESP等則保留獨立運算能力,當然也接入到總線中。
  再到未來進一步的整車只留下一個大的主控制器,整車功能模塊不再區分車身域,底盤域,自動駕駛域,座艙域,三電域,各車身功能模塊只留下感知能力和執行能力,運算控制能力統一上移,所有感知得到的信號統一集中到中央處理器,進行集中控制,集中協調和集中管理,運算后發送控制信號到各功能模塊進行執行。
  這其實很像我們的手機產品,手機周邊各模塊也是將感知信號傳遞到中央處理器進行統一運算處理,再輸入到執行模塊,只是汽車這個產品的外延感知及執行模塊比手機多出了太多。
  這樣做的好處是,我們可以徹底把汽車的硬件和軟件進行分離,人們不需要再關心車輛的硬件是什么樣子,只需要關心有沒有這個硬件能力,把硬件的能力虛擬化,抽取出各標準的能力接口,對外釋放,大家只需要在軟件層面根據場景和功能對接口進行組合開發,進行持續的功能迭代升級,這樣汽車的智能化可以得到極大的提升。同時每一代汽車也可以進行標準化智能化了,像我們的手機一樣可以進行持續的迭代升級。
  安波福的SVA域架構(各區域綠色的6個域控制器+中間的中央控制器)
  再者SOA(Service-Oriented Architecture,面向服務的架構)域架構方案,可以極大的減少車輛內部連接線路的長度(目前階段車輛線材長度通常在3公里以上)。像musk說的那樣,未來我們很有可能把車輛的線材降低到100m以內,這樣不僅可以極大的減少線材上的成本和整體重量,也可以大大的降低車輛的組裝難度(機器人對軟材的操作較有難度),其實想想好像也不是不可能,一圈低壓通信和供電線路連接上車身各功能執行模塊和各傳感器,然后總接入到中央控制器進行統一管理控制。
  在接下來的汽車中,這一切將很快到來。
  空間布置
  以上我們討論了車輛的電氣化高集成和通過EEA的升級集成達到進一步智能化升級的能力,這一部分我們來講空間布置,高集成最直觀的表現就是車輛內部空間的擴大化。
  Model Y的后備箱和前備箱,對目前市面上所有在售車型來說都是非常大的,尤其是前備箱的加入對用戶帶來的便利尤甚(誰會閑得沒事,每次停車后跑到車后,為了打開后備箱還得各種將就)。
  但這些的前提都是車輛需要高集成化來給用戶讓出空間。
  車輛的A柱往前移,車輛的C柱往后移,再結合上電動汽車平整的地板,這樣就有了一個大的空間留給了用戶,再結合上無人駕駛,這樣我們隨時隨地就擁有了一個屬于自己的獨立的私人移動空間,你可以像裝飾家一樣盡情地裝飾你的愛車空間,因為它實際上就已成為你的家的一部分。
  說到此是不是有點耳熟,最新發布的奔馳EQS,和小鵬P5也有類似的想法,一樣的將A柱和C柱往前后移(當然最后的效果不在咱們此番的討論中),其實細心觀察一下最近幾年大型的車展,各家的概念車也都差不多如此趨勢。
  當然如果再結合上豐田概念的可拆卸底盤(車輛車體空間和車輛底盤可自由拆卸組合)你就可以徹底的擁有這個專屬空間,連車輛的底盤都不需要買,反正都無人駕駛了,誰還要開車啊,我只要坐在這個舒適的空間里自由移動!(是不是連房子都不需要買了呢?)




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