盖茨电子：800V智能底盘悬架控制系统的开发和探索
2023-11-28 来源：- 作者：-
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。
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%。
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。
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。
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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