特斯拉的Cybertruck自2019年11月推出原型車,直到2023年11月才正式量產,它重量驚人,有3.13噸重,長度達5683毫米,裝備123度鋰電池(816V,150Ah),AC充電功率11.5千瓦,400伏直流充電功率250千瓦,800伏為350千瓦。
數據來源:特斯拉,經佐思汽研整理
特斯拉Cybertruck相對Model3/Y有兩大區別:一是大量使用以太網,Model3/Y的設計非常老舊,只有車機和智能駕駛用到了以太網;Cybertruck是2022年的設計,相對Model3/Y先進程度很高,但與國產比亞迪騰勢N7先進程度基本差不多,落后于問界M9。二是特別考慮接線端子防氧化,關鍵節點多采用鍍金端子,傳感器節點為提高導電率則是鍍銀,這非常罕見。
特斯拉Cybertruck整體電子系統框架
來源:特斯拉,經佐思汽研整理
特斯拉Cybertruck整體電子系統框架,高側驅動HSD也叫高邊驅動,開關元件位于 Vcc 和負載之間,而低邊驅動開關元件位于負載和公共端之間。高邊驅動通常用于比較精密的器械,略微復雜,一般帶自舉電路(也叫升壓電路),通常BMS或MCU有多個HSD端口。上圖中座艙域控制器,特斯拉稱之為MCU,其和診斷部分有兩路以太網連接。
和比亞迪MPV近似,Cybertruck采用左右后三個域控制器,用以太網連接。而Model3/Y是左中右三個控制器,用老舊的CAN線連接,在筆者看來不算嚴格意義上的域控制器,嚴格意義上的域控制器必然帶以太網做點對點通訊,而非CAN這種總線式通信,以太網是基于服務的,CAN是基于信號的,所謂軟件定義汽車實際就是服務定義汽車。以太網與CAN之間有著天壤之別,看車輛的先進程度就看以太網的應用程度和以太網的帶寬高低。上圖中智能駕駛ECU與右域控制器特別標注千兆以太網,其余應該都是百兆。
為了保證整車線束布局更集中有序,高壓控制器的以太網與右域控制器的互聯信號走線,通過板卡連接器bypass,代替控制器外車架穿孔走線或者繞線,接插件pin腳分配靈活,出線方式靈活,但存在接線不牢固隱患。這是比較少見的設計,可能是因為Cybertruck的獨特外形,鋁合金壓鑄注定外形難以復雜,其內部線束空間也有限。以太網接口端子大部分都鍍金。
特斯拉Cybertruck中控控制器
來源:特斯拉,經佐思汽研整理
特斯拉Cybertruck的車機系統包含了網關,估計是內部空間不足,或者設計完成度低,因此特別加了一個Console控制器,單獨對應USB。國內通常都把這部分集中在座艙控制器,像SA8295/SA8255這樣的芯片,USB接口比較豐富,特斯拉用的AMD的車機V1000系列芯片原本設計是用于筆記本電腦領域或工控機,需要擴展USB接口。無線充電和NFC也掛在Console之上。此外,特斯拉第二排的HVAC或者說空調系統的風扇制動器Vane Actuator全部都掛在Console控制器上,全部是半橋驅動。特斯拉第二排的HVAC水平與垂直分開致動,左右也分開,還是比較少見的設計。
特斯拉的左前門控制器架構
來源:特斯拉,經佐思汽研整理
Cybertruck沒有使用傳統的門把手,而是在窗戶邊緣的B柱上安裝了一個小按鈕,可以讓車門打開約2英寸,然后可以用手抓住車門并將它完全打開。在寒冷和結冰的天氣條件下,這項功能可能很難使用。左域控制器與左前門控制器用CAN線連接,其余基本都是硬線或LIN。后視鏡頗為復雜,加熱和DIM用高側驅動,折疊和傾斜用半橋驅動。國內座椅部分集成度不高,通常用單獨的座椅控制模塊,特斯拉則是將其集中在域控制器中。
特斯拉座艙內架構
來源:特斯拉,經佐思汽研整理
特斯拉座艙內架構,基本都是CAN線或硬線連接,60Hz毫米波雷達是CAN-FD連接,主要檢測有沒有把小孩或寵物遺忘車內。攝像頭加熱是為防止雪覆蓋攝像頭,加熱的其實不是攝像頭,是攝像頭區域的玻璃。DMS攝像頭,特斯拉稱之為車廂鏡頭,車廂鏡頭可以判斷駕駛人是否專心以及提供聲響警報,以便在啟用「Autopilot 自動輔助駕駛」時仍提醒駕駛員注意路況。根據默認,除非駕駛員啟用數據分享,否則鏡頭產生的影像和影片不會離開車輛本身,也不會傳送給包括 Tesla 在內的任何人。如果駕駛員啟用數據分享并且發生嚴重的安全事件(例如,碰撞),會將車廂鏡頭短片分享給 Tesla。手套箱的開啟是電動的,需要點擊中控屏控制頁面的手套箱才能開啟,且手套箱是可以設置四位密碼的,頗為復雜。手套箱上還有測試位移的霍爾傳感器。
特斯拉智能駕駛電子架構
來源:特斯拉,經佐思汽研整理
上圖是特斯拉智能駕駛電子架構,前三目設計,寬、窄和中三個FOV。8攝像頭設計,攝像頭側端子都鍍金,傳輸到智能駕駛ECU側端子都鍍銀。所有天線、收音頭、T-BOX端子兩側都鍍金。座艙域控制器全部端子鍍金,包括T-BOX的以太網接口。FM/DAB收音頭外置非常罕見,可能是大面積鋁合金覆蓋導致車內信號不好。
Cybertruck前排配備18.5英寸超大觸摸屏,分辨率2k,后排配備9.4英寸觸摸屏,可以調整座椅、空調,也可以播放視頻或聯網。
特斯拉Cybertruck CAN總線網絡
來源:特斯拉,經佐思汽研整理
特斯拉Cybertruck CAN總線網絡,特斯拉力求網絡簡化,只有車身、轉向與制動、HVAC與超流體CAN總線,不像國內常見CAN有好多條。其LIN網絡主要用在車燈上,大部分都采用硬線直接連接,將網絡部分集中在域控制器內部,靈活性欠缺,難以實現復雜的功能,比如氛圍燈,特斯拉對這些花俏的功能也不在意,這樣最大的好處是線束和裝配成本較低。
此外,特斯拉還在用比較老舊的iBooster,需要單獨的液壓控制器,國內都開始用One-Box的博世IPD了。特斯拉的線控轉向比較有特色,線控轉向簡單說就是徹底取消方向盤和車輪的物理連接,使用電信號來操控車輪轉向,特斯拉使用雙重冗余,有兩套完全一樣的系統。線控轉向和目前的電動助力轉向沒有本質區別,只不過線控轉向體積可以大幅度縮小。特斯拉還可以后輪轉向。
特斯拉Cybertruck高壓系統
來源:特斯拉,經佐思汽研整理
特斯拉Cybertruck高壓系統,高壓控制器與后域控制器之間有以太網連接,非常罕見,通常高壓控制器算法很簡單,不會傳送太多數據量,高壓控制器也用上以太網的,特斯拉是第一個。48V配電盒即PCS,交流分布盒或者叫交流配電盒接收的也是48V。與BMB的連接是CAN總線。Pyro電池煙火斷開就是一種類似保險絲的裝置,在檢測到碰撞或煙火時,類似于氣囊那樣爆開,隔斷銅排電池之間的連接,特斯拉在2017年就開始用了。
對于電池電流的監測,電流信號會送到BMS,給BMS做充放電控制,電池SOC估算,以及過流和過充的保護。特斯拉采用電阻分流shunt方式,分流器(shunt)是根據直流電流通過電阻時電阻兩端產生電壓的原理制作而成,分流器實際就是一個阻值很小的電阻,其測量簡單,直流測量精度可以達到比較高的程度。
影響分流器測試精度關鍵點在于電阻的穩定性。分流器在通過大電流時會產生熱量,使分流器的溫度升高,要保證分流器的檢測精度,生產分流器的材料必須具有較小的溫度漂移,電阻值受溫度的影響較小。由于錳銅具有溫度性能好、溫度漂移小等優點,因此常用來作為生產分流器的材料。傳統的分流器生產采用釬焊的生產工藝。特斯拉是增加了一個SHUNT內部的溫度傳感器,應該是利用溫度傳感器的數值做一個升溫系數矯正。這個SHUNT有兩個方向。同時最大工作電流時在分流器上產生最大值為50mV的壓降。但是50mV的壓降相對來說非常小,在用AD進行采集時一般要加上適當的放大電路。最常用的放大加采集解決方案就是AS8510這個芯片,內部集成放大器的ADC芯片,放大系數可以通過軟件配置。特斯拉應該用的就是這個芯片,分流器有熱損耗,好處是比較簡單。這項技術在2017年的特斯拉上就已經用了。
不過目前更先進的做法是與高壓總線隔離的磁通門技術,磁通門電流傳感器是直接CAN信號輸出,不需要客戶系統層面做額外的標定和校準,幫客戶節省很多開發成本和時間,也避免了用分流器做需要額外的溫度補償和標定。再者它與高壓總線是隔離的,可以保證系統安全。它不需要考慮發熱的問題,也沒有過流過載的限制,具備無限的過流能力,也避免了分流器電阻片發熱帶來的老化問題。CAN系統的引入也有麻煩,就是需要重新設計高壓系統的CAN網絡,CAN這種基于信號的總線系統,每一次更新基本上都是推倒重來,升級比較麻煩。
Cybertruck是全球第一個使用48V供電的車型,但它可不是全域都采用了48V,只在少數大功率器件供電上使用了48V。48V理論上很好,它低于60V這一防范電壓下,是可以不考慮電壓保護下人類所能使用的理論電壓上限,此在 48V 架構中,由于電流是 12V 架構的四分之一,理論上電力傳輸系統中電阻導致的各種功率損耗都可以降至原來的十六分之一。當然,隨著電線尺寸的減小,電阻將會增大,因而實際損耗將取決于系統的優化情況。盡管如此,隨著電流的降低,驅動負載時電線上的電壓降也會相應減少。
但48V也會帶來麻煩,如果 48V 連接器意外接觸到鹽水等電解液,所產生電化學腐蝕反應對端子的侵蝕會比 12V 的情況下更強。因此,在決定連接器是否需要密封時,設計人員
應充分考慮這一因素。如果需要密封,就必須使用經過驗證的可靠密封技術。電弧風險與電壓水平和端子之間的間距有關。電弧的溫度在 2,800°C 至 19,000°C 之間。當 12V 電路斷開時,可能會出現小電弧,但通常會迅速自行熄滅。在 48V 電壓下,電弧可能持續較長時間,對端子和連接器造成嚴重損壞。為防范這一情況,連接器中的端子之間應留有適當間距,并應特別注意避免高溫導致的連接斷開。特斯拉的關鍵端子都鍍金或鍍銀可能是這方面的考慮。
再有就是如果是混合系統,需要對電路進行隔離,防止電流從48V流向12V領域。避免在電線絕緣層可能損壞的區域布置 48V 引線,并在必要時進行覆蓋保護。電線絕緣層受損可能會導致對車輛內接地的金屬產生電弧。此外,避免對不同電壓的設備使用相同的接地螺栓。如果接地螺栓松動或脫落,電流可能會通過共享的連接從 48V 設備流向 12V 設備。
特斯拉Cybertruck在48V的電路圖上都特別標出,因此推測默認的還是12V,蓄電池(非動力電池)首先經過一個低壓電池管理器,再進入左域控制器。特別設置了一個獨立48V的功率轉換系統,連在高壓控制器上,還有一個獨立的AC交流分布盒,高壓控制器為其輸出48V的交流電。每個域控制器內部可能也有DC/DC變換電路,給需要48V的器件供電,比如四門系統、拖車控制器、1000瓦冰箱壓縮機。其余部分包括用電量比較大的線控轉向都沒見到48V標記。此外據說其音頻放大部分是24V電壓。
整體來說,Cybertruck的E/E架構沒有比國內廠家先進,大致是國內中上的水平,不過集成度極高,國內比較難集成的照明、座椅系統特斯拉都集成于域控制器中,國內則熱衷于功能花俏,這些難以集中控制。線束的規整程度應該是非常高的,不惜大量用連接器直通,大大節約裝配時間,降低成本。先進E/E架構會讓新車開發周期大大縮短,降低開發成本,車型豐富,但先進E/E架構大量使用以太網交換機和物理層芯片,硬件成本更高。
-
電子系統
+關注
關注
0文章
435瀏覽量
31211 -
特斯拉
+關注
關注
66文章
6325瀏覽量
126708
原文標題:特斯拉Cybertruck之E/E電子電氣架構分析
文章出處:【微信號:zuosiqiche,微信公眾號:佐思汽車研究】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
發布評論請先 登錄
相關推薦
評論