吉利新能源：新能源电控技术发展趋势

当下电驱动系统有何技术方案？市场趋势如何？新能源三电在汽车成本中的占比达到了50%，从50年代汽车电子几乎为0到当前的年代，汽车电子的比重越来越高，可见软件的重要性。

2023年12月22日，在2023吉利新能源技术论坛上，吉利新能源软件开发资深总工、软件开发部部长金昶明博士总览电控全局，围绕汽车电控的发展历程、电子电气架构演进、域控制器开发的关键技术等方面探讨其前瞻技术及发展趋势。 

吉利新能源软件开发资深总工、软件开发部部长金昶明博士

以下为演讲内容整理：

汽车电控的新赋能

汽车电动在60年代是汽车上的发电机起动机，70年代有了车速表和时钟，80年代出现了防泡死系统、巡航控制，逐渐把单片机的控制引入到了汽车电子，再往后到90年代，我们有发动机变速箱的电控，实现了单点喷射、多点喷射等。再往后发现越来越多的控制器逐步引入了汽车的CAN网络总线，各个控制器在交互，到2015年前后又出现了线控技术，再到目前在经历的时代，有基于功能、区域化的域控制器架构。

新能源三电在汽车成本中的占比达到了50%，从50年代汽车电子几乎为0到当前的年代，汽车电子的比重越来越高，可见软件的重要性。为什么说我们一个拥有百年历史的汽车行业，在近些年来变化如此之大，实际上是半导体芯片迅猛的发展、电气化迅速导入、网络通讯5G时代导入和消费电子思想的影响。一辆车里面基本上半导体器件现在达到了1600个，大量的芯片在扮演重要角色，在智能座舱支架领域我们逐渐引入 SOC和 FPGA等。

图源：吉利新能源

在今天这个时代，电控软件给汽车产品做了非常多的赋能，一个整车厂OEM软件开发的能力决定了产品的很大一部分。谈到软件，就不得不谈电子电器架构的发展，电子电器架构决定了软件，反过来软件也能促进电子电器架构的发展。分布式控制器独立承担一个功能，各个控制器联合扮演开发出整车功能，控制器之间要有很多的协调工作，我们如果用眼睛看就是一大堆控制器之间有线束把它们连起来，但是实际上更复杂的东西在背后，有无数看不到的信号，它们共同协同实现了整车的功能。

对于电子电器架构来说，引爆整个市场的先驱者是特斯拉。当特斯拉的这个 model3、 model Y等车型出来的时候，各个厂商拆解后发现这家公司怎么做的东西跟我们都不一样，它的玩法与众不同，在整个车体里面有三大主控制器，而这三大主控制器颠覆了我们通常的认知。同时仔细拆解后，我们发现特斯拉有左车身控制器、前车身控制器和右车身控制器，它的思想就是区域性的架构，左车身里面有灯光、座椅、仪表，右车身有倒车雷达、扭距控制等，一般传统意义上车身控制器叫bcm，它往往是管理车门、灯光、天窗、雨刮等跟日常相关的功能，而特斯拉把扭距也放进去了，前车身里它不仅有一部分的雨刮控制，它放了热管理，它的这种思想给全世界的各个OEM厂家打开了一个完全不同的思路。

分析完了以后各个厂家纷纷推出，因为这样做能降低成本，便于OTA的升级，减少线束的长度，能在一个控制器主芯片上集成很多的功能。吉利在这方面紧跟技术发展趋势，我们从分布式电子电器架构，基于中央网关式的2.0架构走向了基于区域控制的3.0架构， 多合一控制器也是我们目前也正在开发的，集成了很多功能，能够大大降本，并且推出了吉利的os系统。

域控制器开发的关键技术     

电子电器架构有这种演变，并不代表每个厂家都能做到，为什么？因为这取决于资源整合能力、软件开发能力和控制器的设计能力，要瞄准这种先进的架构必须要有自己的域控制器开发能力。新能源域控制器发展趋势为模块化、平台化，电驱多合一和XYZ方向一体化控制。域控制器开发带来的价值，可以说它是集成度最高的一种优化控制，软件能够更加优化，减少电耗，动力底盘的融合驾驶响应速度更快，从企业的价值我们可以做到更低的成本，功能更加容易融合，OTA便捷。从硬件的角度方面，目前芯片的趋势是朝着大算力、多核以及大内存发展，原来最开始是单核，到双核，3核四核，现在用到6核。

另外呢Power management方面，我们提供了系统级的电源管理功能，减少了电源轨的处理电路，芯片的板载、功率开关和集成反馈电路能够大大减少外部的器件，芯片的驱动朝着碳化硅方向发展，功率运放芯片整合分立推挽类器件，总的来说芯片是朝着高度集成化的方向在发展。

依托于芯片，再上一层是器件，满载的功率变压器和感性功率元件，从原先的立体式器件逐渐转变为平面型卧式器件，PCB一体式感性器件将越来越多。原来感应的霍尔传感器都是一个大的线圈，很占空间，现在走向平面化，霍尔芯片从缝隙里面去感受电流传递过来，所以新能源市场内卷很严重，大家都在追求极致化，都在研究怎么样降低成本，怎么样提高性能。  

基于芯片和器件，PCBA板在电机控制器里有功率模块、支撑电容、散热器和电路板等，那最终也把它做成一种类似于比较标准化的东西，把功率砖和逆变砖贴在整个逆变器PCBA板的后面，这就是特斯拉典型的拆解，特斯拉做的是高低压一体化的，并没有用高压板低压板，然后用线缆连起来，整个一个板，功率功率驱动和逆变模块在背板的背后紧紧地贴住，减少空间，也能降低成本。 

图源：吉利新能源

在硬件的基础上，我们要做软件，软件是控制器的灵魂。软件从架构的角度，最近这些年也发生了很多变化，尤其是多核控制器引爆了很多，基础软件方面我们采用了标准化的AutoSar，有很多标准化的模块可以调用，把操作系统、驱动以及最底层IO调用全部做成标准的代码供人调用，可以做到极致的成本，包括功能安全、信息安全在AutoSar的范畴内都有相应的定义，使我们软件开发变得更加迅捷。

对于软件架构方面，我们在设计的过程中，关键要考量的一些方面是代码分析，怎么样能够实现很好的内存分配，以及函数调用的关系，我们的软件怎么样做到性能更加优化，然后在整个过程中函数调度是怎么样去排布的？在OS调度下面我们怎么做到代码、CPU负载率不超标等，有足够的安全裕度以及工程的追溯，怎么样做到一旦发生问题就能够定位到。对于这两层做完了以后，再往上顶层就是要搭应用层软件，应用层的模块都是基于底层软件框架搭。

在域控制器里面，热管理也明显有集成化的趋势。在热管理控制方面，以前油车上面单纯的制冷空调现在走向了双向热泵，既能制冷也能制热。最开始PTC加热基本上热泵的工作区间在-10度以上，到了-10度以下就没办法从环境外面抽热量到车舱里，随着技术的发展，后续到零下20度才会启用PTC加热，热泵的工作范围越来越宽。热泵热管理里面，软件架构有很多方面，包括电池加热、冷却、PTC的加热和电子膨胀阀热管理。

从乘用车智能底盘技术路线可以看出，智能底盘终极方案是XYZ一体化控制，域控技术是智能底盘核心技术。为适应整车技术需求变化，新能源底盘集成度和模块化程度越来越高，产生了滑板底盘平台和驱转一体化平台。轮毂电机为基础，高度集成转向、EMB和电控悬架的驱转一体全线控轮边角模块。传统车动力主要做纵向控制，但纯电时代，分布式驱动控制在横摆控制上有特殊优势，动力底盘域控是行业发展趋势，通过动力底盘能融合实现XYZ三向控制，将给未来车辆带来更多增益和极致用户体验。

在域控制器开发中，如何保证功能安全，功能安全最开始大家认为这是锦上添花的功能，没有功能安全也没事，甚至国内一些厂家把这个功能安全开发完了以后发现它不是很好标定，干脆把它关闭了，但是现在功能安全会越来越多，随着国内汽车大量向国外出口，国外的法规对安全要求非常严格，所以功能安全从锦上添花的功能转向了必不可少的功能。AutoSar架构的普及降低了通用安全机制的设计难度，提供了内存分区机制、时间监控机制、程序流监控机制等，EGAS架构不再是功能安全设计的唯一选择，应用层的功能安全开发与功能开发融合进行成为可能。

（以上内容来自吉利新能源软件开发资深总工、软件开发部部长金昶明博士于2023年12月22日在吉利2023新能源汽车技术论坛发表的《新能源电控技术发展趋势》主题演讲。）