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盖茨电子:800V智能底盘悬架控制系统的开发和探索

盖世直播 2023-11-27 11:52:24
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每个企业都有自己的基因,盖茨电子的基因是创新和敏捷。创新是要敢为人先,打破桎梏,超越客户的预期。敏捷是要系统地、科学地满足客户的目标。

汽车电压为什么选择800V?2023年11月16日,在第三届汽车智能底盘大会上,盖茨电子副总经理付勇谈到,800V电压能够满足车载电气化设备集合急速增长的需求;提升车载用电设备的最大功率,并且减少整车线速面积、节省空间、减轻重量、减少成本;提升电机的功率,提高电机的功率密度;提升电机的驱动效率,增加汽车的提速性能;充电速度加快,减缓里程焦虑。

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 付勇 | 盖茨电子副总经理

以下为演讲内容整理:

每个企业都有自己的基因,盖茨电子的基因是创新和敏捷。创新是要敢为人先,打破桎梏,超越客户的预期。敏捷地系统的、科学地满足客户需求。盖茨电子有三个产品布局板块。一是底盘域控,盖茨是以Z向悬架控制系统为基础,结合X、Y两个方向的子域,达到全域融合的控制技术;二是热管理域控,主要应用于子节点分布式控制以及集中控制的架构;三是智能驾舱,主要为客户开发面向终端市场的,有趣的创新场景应用体验。

汽车电压的进化趋势

在能源分配,环境保护的大战略前提下,汽车动力正在进行多元化的转型与升级。从2000年至今,短短二十几年,汽车从燃油时代进展到新能源时代,汽车电子用量、电子架构发生了翻天覆地的变化。现阶段,多种新能源动力百花齐放,如纯电BEV、混动HEV,插电的PHEV,增程的RHEV以及燃料的FCEV等。据相关数据预测,2030年汽车将迎来全面电动时代。

汽车工业协会发布的中国新能源动力汽车数据显示,2022年中国新能源汽车销量为620.9万辆,渗透率近30%。截止到10月,今年中国新能源汽车销量为628.5万辆,预计到年底销量可达800万辆,同比增长约22%,渗透率近35%。当前我国新能源市场仍以纯电车(BEV)为主。2022年BEV约占75%。截止到10月,今年BEV约占80%。

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图源:演讲嘉宾素材

从1950年至今,整车电压进行了多次迭代,从12V发展到如今的800V。1950年,整车电压为12V,主要是为一些常用的电机系统如喇叭、空调车灯系统提供电能来源。1980年出现了24V系统,主要应用于商用车的车载空调、车外空调、大功率的音响等。2011年,汽车进入48V时代,汽车的用电量逐渐增加。2016年,整车电压达到400V,大量应用于电动汽车。此时由于整车还有12V/48V平台,高低压需要共存,可以加入DCDC模组,通过高压转化为低压平台,供车辆用电使用,能够提供较长的续航里程,解决长途驾驶的里程问题。2019年,整车逐渐推向800V平台。

整车电压的高压化带来了诸多优势。一是满足车载电气设备几何集数增长的需求;二是提升车载用电设备的最大功率;三是减少整车线束截面积,节省空间和减少重点;四是提升电机性能,提高电机攻略密度;五是提升电机驱动效率,增加汽车提速性能;六是降低零部件以及整车成本;七是提升整车充电速度,减缓历程焦虑,减少电池发热情况。

800V高压架构是大势所趋。当前许多车厂正在布局1000公里的续航里程,缓解里程焦虑。在1000公里的需求下,整车电新需要达到100千瓦/时,结合4C快充,800V是最优架构。在800V高压架构下,快充技术将得以优化,车辆性能得到提升,电压平台实现升级。当前国内车企客户终端OEM纷纷布局,800V的平台序幕已经拉开。我们需要迎接时代挑战,从电控系统开始,逐渐向800V进行设计变更。

盖茨800V底盘悬架控制系统的探索

下图是盖茨智能底盘悬架系统的技术路线。就底盘控制而言,盖茨一直深耕Z向。2019年,盖茨所做的是12V连续阻尼可调试悬架电控系统。2021年进入12V空气悬架电控系统,结合了CDC和AS。2022年开始做48V液压悬架驱动系统,每个车上有4个ECU控制不同的悬架系统应用电机。2023年盖茨开始做800V液压悬架电控系统。 3.png

图源:演讲嘉宾素材

第四代的800V悬架系统构架,系统的空间布局包括4个液压悬架,4个蓄能器,2个二合一的泵油电机,2个二合一的电机控制ECU,4个加速度传感器,3个车身高度传感器,1个ZONE 控制器和1个双目摄像头。

就800V 电机控制ECU的硬件架构而言,高压最核心难点有三个。一是把DCDC的部分功能融入到控制器中,做高低压的隔离、解耦和绝缘保护,同时体积不能增大。二是EMC的难题。三是器件,如薄膜电感、IGBT碳化硅的应用等。

盖茨的产品有诸多特性。硬件层面,工作电压为800V,工作温度为-40-125℃,防护等级达IP6K9K,EMC等级在部分频段能做到Cispr25 Level5。盖茨还采用了Encoder应用,通过ABI模式精确控制电机位置。软件层面,1个控制器可以同时驱动2个电机,左右两个电机可以协调控制算法。低温带载启动算法是盖茨液压悬架控制系统的核心算法。由于液压悬架系统是液压油,在低温下有较强的阻力,因此需要在-40℃带粘稠液体进行启动。

下图是800VZONE控制器图示。左边是感知信号输入,包括车轮轮速、车轮加速度、PSI5通讯、六路CANFD接口等。盖茨通过ECU的判定进行控制的相应电机输出电机位置信号、电流反馈信号、电压反馈信号、扭矩和诊断反馈信号。

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图源:演讲嘉宾素材

盖茨的硬件设计有诸多特性。一是采用叠层板设计,集成散热模式,可以更有效的进行散热;二是有更小的体积,可以做到450×220mm;三是应用多核MCU应用,要同时处理多个传感器以及多路电机控制,与多核进行判定。此外,还应用了6路CAN FD接口,可以驱动16路电磁阀,还可应用于液压悬架系统的恒流以及标准的PEAK-HOLD探测模式。

软件架构是基于AUTOSAR的分层架构进行拓展。底层是BSW层,中间是RTE的实时运行环境层,应用层通过四个板块与Tier 1和OEM进行交互,如电磁阀控制、电机控制、传感器采集和融合技术,预瞄算法控制。

结合以前的经验,我们融合了超100个软件功能在区域控制器中。CDC功能包括温度补偿控制、连续阻尼控制等。液压控制的HS功能通过车身高度控制,随速调节,包含了车载载荷识别、高度维持、驱动电机的保护策略。电磁阀快速响应时间达3ms,电机实时通讯算法达1ms。

与400V平台相比,客户能够从800V液压悬架电控系统中受益诸多。一是提升举升重量20%,能够为客户巨大的系统举升力;二是液压悬架响应速率提升至5ms;三是提升举升速度30%;四是更小的系统重量,线束+ECU集成可以减重10%;五是更优的协同控制方案,1个ECU可以控制2个电机。

三大应用场景

800V液压悬架系统有三大应用场景。一是在崎岖路面驾驶场景中,通过实时预瞄算法,根据路面起伏情况,控制液压悬架系统实时主动独立调节车轮高度,消减车身颠簸和侧倾,使车身在不平整的路面下仍能保持水平,提供更好的体验和乘坐舒适性。

二是在户外露营场景中,通过多阀门精准控制油液算法,不仅能做到四轮同时升降,还可以单独调节悬架高度。当用户将车辆停放在不平整的路面上时,可以根据整车需求,对四轮高度精准控制,可以一键把车身调整到水平。能够方便用户搭建帐篷或在车内舒服地睡觉,提升户外露营的舒适性。

三是在娱乐互动场景中,作为人类紧密的第二空间,以无人驾驶汽车、共享汽车为主体的新兴智慧座舱空间需要赋予更多娱乐体验。以液压悬架为执行主体的车辆体感增强系统,结合智慧座舱3D全息影像技术,可以增强娱乐交互效果和游戏体感,实现车辆随音乐律动以及4D体验效果。

创新和场景是相辅相成的。当前许多先进的底盘制动技术早在二十年前就在国外出现过,但并没有运用,一个重要原因是没有场景进行落地。因此在不断创新的过程中,我们希望Tier 1和OEM客户能够为我们提供相应场景进行落地和实践。

当前,信息安全和功能安全是整个行业的目标。明年7月信息安全强标将贯彻落地,对此我们有自己的信息安全测试团队,为控制器产品保驾护航。我们愿意成为整合Tier2的桥梁,从技术和创新角度让场景和生态进行合作,共同为行业发展贡献力量。

(以上内容来自盖茨电子副总经理付勇于2023年11月16日-17日在第三届汽车智能底盘大会发表的《800V智能底盘悬架控制系统的开发和探索》主题演讲。)

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