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特斯拉投资者日,哪些技术细节可能是未来方向

特斯拉电动汽车上使用的控制器,下一代汽车平台将实现100%自研。

这是特斯拉在进一步强调自己的造车理念:软件定义汽车。只有整车上使用的所有控制器,都控制在自己的手里,特斯拉才能更好地进行电气架构的规划、设计,数据收集和用户反馈,软件功能不断迭代和升级。

我觉得这个目标,凭借着特斯拉的软件开发实力,难度不大,实现很容易。

从特斯拉Model3被拆解的资料中,可以看到,车身域的前控制器、左控制器、右控制器,座舱域控制器,驾驶域控制器,电机控制器和电池BMS,都是自研的。其中自动驾驶控制器的关键芯片FSD还是特斯拉自己设计的。

但也不排除,目前的开发模式中,特斯拉车上的部分设备的软件控制,还需要零部件供应商配合,把之前独立的控制器的功能移植到特斯拉自研的控制器中,实现集中控制的功能,但软硬件部分的实现,特斯拉还需要零部件供应商的协助和共同开发。将来,特斯拉也要把这部分的主动权,牢牢地掌握在自己的手中。

特斯拉的自动驾驶系统AP,1.0版本使用的Mobileye EyeQ3平台。特斯拉想让Mobileye提供硬件和系统,自动驾驶的算法由自己研发和掌控,但被Mobileye拒绝。特斯拉的AP2.0和2.5版本,就转向了英伟达的平台。而到3.0版本,特斯拉干脆就采用了自研的芯片和算法,操作系统也是自定义的Linux内核的系统,连合作伙伴都不需要了。

现在,特斯拉在进一步加强对整车的电子控制系统的硬件和软件的掌控。

传统的整车主机厂,几乎不对整车的电子控制系统做任何掌控,几乎全部都是由一级零部件供应商提供。这是特斯拉和传统的主机厂的一个非常大的区别。特斯拉已经把自己看成了一家互联网模式的企业,而传统的主机厂还属于机械制造时代的企业。

传统的汽车的电子电气架构由多个厂商提供,硬件和软件功能都被切割成很多块,分布在不同的供应商的产品中。传统的主机厂对整车上的某一个功能进行更改或者优化时,需要先向供应商提出需求,供应商反馈一个报价和更改周期,在确认需求后才进行改动。这个变动时间,一般至少是以六个月为周期的,或者更长的时间。一辆已经出售的汽车,如果不是改装,从出厂到最终报废,可能一生,其中的软件功能都不会变动和升级。

特斯拉自己掌控整车电子控制系统软硬件,可以主动地对软件功能进行优化,测试验证通过后,就可以通过OTA,对已经出售的整车的软件功能进行更新。

传统的主机厂如果不改变,面对特斯拉,几乎就是被降维打击。

特斯拉汽车上的控制器将来都采取自研后,不知道除了FSD芯片外,电动汽车上使用量非常多的HSD芯片(高边驱动开关)和MOSFET,也自己设计?

如果把MOSFET、微处理器、总线控制器和电源转换器集成在一起,设计成一种集成式驱动芯片,就可以集成在用电设备上,通过总线直接控制,颠覆汽车现在的电气控制架构。

如现在的车门上,安装的驱动机构有门锁电机和玻璃升降电机,车身控制器控制门锁开闭和玻璃升降的过程,是先接收控制信号,然后输出电流,驱动电机动作。车门与车身控制器直接连接的导线就有:玻璃上升信号、玻璃下降信号、门锁开信号、门锁闭信号、玻璃电机正转电流、玻璃电机反转电流、门锁电机正转电流、门锁电机反转电流,如果玻璃升降具有防夹功能,控制器还需要采集霍尔传感器信号,等等。

因为一辆汽车,除了四个车门外,全车身还分布着大量的电气设备,如转向灯、远光灯、近光灯、雾灯、前后雨刮、清洗等等,此外,发动机、变速箱、空调等都有自己的专属控制器,这就涉及到车身电控系统是集中式控制还是分布式控制。

分布式控制,就是每个车门上安装一个控制器,就近驱动用电设备。实际上比这复杂,如使用遥控钥匙,可以实现四个门窗一键升窗功能,等等。集中式控制,就是四个车门上众多的控制信号和驱动电路都要和一个控制器连接。分布式控制系统负载,控制器成本高,集中式控制成本低,但增加了布线的长度。

集成式驱动芯片可以取代分布式控制器的使用,直接与电源和总线连接,接受控制信号,驱动电机、灯泡等用电设备。这样的话,整车上的布置的线束,就会非常简洁。

难处是,集成式驱动芯片的工艺要简单,需求量要大,成本降低或者持平,不能大幅增加。还有,零部件供应商愿意做出改变。

这种方式是我想象的,没有看到特斯拉要这样做的消息。这是我知道看到特斯拉要控制器全部自研后,联想到的。因为FSD芯片,特斯拉都自行设计了,这种集成式驱动芯片的设计难度并不大,只要使用chiplet工艺把现有的几种芯片集成在一起即可。当然了,重新设计也可以。

博世作为全球最大的汽车零部件供应商,它给主机厂提供的控制器上面,就有很多功率驱动芯片,上面印制的博世的标志,明显是博世自己定制的。因为博世在全球,有巨大的供货量,能够支持自己定制电子器件。

特斯拉未来所有汽车将转向48伏电气系统。

这个目标,我是最喜欢的。因为我深受24伏系统的元器件的选型之苦,和12伏系统的元器件的丰富程度根本无法相比。

现在,乘用车的供电系统主流是12伏系统,商用车的供电系统是24伏系统。

传统汽车上,主要的耗能大户,是直接从发动机上获取电力的。发动机通过变速箱驱动轮胎转动;空调系统的压缩机也是安装在发动机上,通过皮带带动转动;涡轮增压器是利用发动机运转时排放的废气工作。带助力转向的方向盘,真空泵中的空气,也是从发动机进气歧管来的。

因为早期汽车上的用电电器不多,所以采用了12伏的供电系统。商用车,如客车和中重卡车,用电设备相对乘用车比较多,功率大,采用了24伏的供电系统。

随着乘用车上的用电设备增多,许多原来由液压驱动和气压驱动的设备纷纷改为电机驱动,车上的供电电源的电线的线径在不断变粗,传统的12伏供电系统越来越显得不足。很多零部件供应商,纷纷建议使用48伏系统。

把整车的12伏系统,改变48伏系统,并不仅仅是由原来的一块蓄电池,改为四块蓄电池串联那么简单,商用车上的24伏系统就是由两块蓄电池并联使用,整车的用电设备、控制器上使用的元器件,都需要重新选型或者开发。

这个“沉没成本”是巨大的,对于很多电气零部件供应商,意味着原有的很多投入都归为零,技术储备也过时了,可能是不可接受的。

如伟大的发明家爱迪生,当特斯拉向他建议,交流电比直流电在发电、输电和变配电更有效率,应该向交流电转型时,爱迪生拒绝了。现在的特斯拉电动汽车的名字,就是来自科学家特斯拉的姓氏。最后的结果,就是特斯拉被爱迪生的竞争对手西屋公司“挖去”,当尼亚加拉瀑布建立水力发电站后,爱迪生的直流电时代就彻底结束了。后来,有人说,爱迪生不是没有看到交流电的优势,但他在直流电上的投入太大,已无法回头。

很多主机厂,都有自己的核心零部件供应商,很多零部件供应商,都和某个主机厂结成了战略联盟。当主机厂在一辆新车或者一个新的整车平台规划的阶段,核心零部件供应商就已经介入,参与规划和设计。

所以,虽然48伏系统已经提了多年,但不管是在乘用车上,还是商用车上,都没有成为主流,使用的厂商和车型很少。

相对于那些动则就是上百年历史的汽车大公司,特斯拉还非常年轻,包袱轻,核心供应商也不多。当初特斯拉开发新车的过程中,在欧美寻找供应商开发零部件的时候,很多供应商直接就拒绝了特斯拉。特斯拉不得不来到亚洲,寻找合作者。早期为特斯拉生产电机的公司,就是来自中国台湾的富田电机,电池来自日本的松下,Model S首次安装的17英寸的液晶触摸屏的供应商,也是来自中国台湾。

但特斯拉抛弃自己的供应商,也是毫不犹豫,非常决绝。当特斯拉在上海工厂生产Model3和Model Y,使用的动力电池,并不是在自己创业时就和自己同舟共济的松下,而选择了LG和宁德时代。特斯拉的自动驾驶AP,3.0版本也是采用自研芯片,抛弃了2.0和2.5版本采用的英伟达芯片。

采用48伏电气系统,最直观的好处,是减少车上低压系统的尺寸,所需的线束的线径也会变小,成本降低。48伏系统相对于12伏系统供电,同样的用电设备,电流减少到原来的四分之一。线束上损失的功耗,是12伏系统的十六分之一。

马斯克曾立下豪言,要把整车的线束长度缩短到100米。

目前传统分布式架构汽车的线束长度大约为5千米。特斯拉的Model S的线束长度约为3千米,Model3的线束长度进一步缩短到1.5千米。但Model Y的线束长度,并没有缩减到100米,估计约为1.8千米,比Model3的线束还长。

在48伏系统上,小电流的控制信号线,和部分驱动电流线,可能真的可以用FPC取代线束,减少整车使用的线束长度和安装的复杂度,用机器人或机器手取代人工,进行安装。

传统的汽车上的线束,主要使用0.5平方毫米或者0.35平方毫米的导线,在48伏系统上,也可以考虑用0.13平方毫米的导线取代0.5平方毫米或者0.35平方毫米的导线。

用48伏电气系统取代12伏系统,最大的颠覆,就是整车的电气架构,需要重新设计,车上的用电设备和控制器,几乎都要推倒,重新选型、设计和验证。对于汽车零部件供应市场的新进入者,是一次巨大的机遇,但对传统汽车电子零部件供应商,就面临着两难的选择,是继续保持旧状,还是跟进?保持旧状,可能被时代抛弃;进行转型的话,就需要和别的供应商从零进行竞争,很有可能旧的市场丢失了,新的市场也没有抓住。

燃油汽车向电动汽车转型的过程中,造车新势力因为没有积累,只能从头开始,全新设计车型。而传统的燃油车厂,面对新出现的电动汽车是否能够取得成功,心存疑虑,除了观望外,就是用已有的车型进行油改电的模式来尝试。

如动力电池的放置,早期的油改电车型,就有放在行李箱里,前座椅下方,后座椅下方,中通道位置以及脚踏位置等等方式,都是牺牲整车的性能、舒适性以及安全性。后期的油改电车型的动力电池,也采用平铺在底盘的方式,但电池自身的高度,会直接压缩车内的乘坐空间。这也是它们大多开发SUV车型的原因。

对于特斯拉即将使用的48伏系统,现在的汽车厂家仍然面临着这样的两难选择,要么也进行转型跟进,要么保持现状不变。等到48伏系统成为主流后,在现在的电气架构上进行混合搭配使用,车上有两套供电系统,12伏的设备使用12伏的供电,或者将48伏的供电进行降压处理后使用,48伏的设备使用48伏的供电。但这样,尤其增加了整车的电气控制系统设计的复杂性,造成更多的混乱和故障。

特斯拉一家进行改变,并不可怕。令人担心的是特斯拉的影响力,产品的领先性和每年都高速增长的销量,会有供应商愿意跟进,和特斯拉一起做出改变。

当特斯拉提出一体式压铸技术后,寻求压铸机合作厂家时,全球主要的压铸机厂家都拒绝了,因为特斯拉需要6000吨锁模力的压铸机,在这之前是没有的,如果实现不了,前期的投入就要打水漂。最后只有意大利的IDRA(意德拉)愿意合作。现在IDRA成了全球主要的大吨位压铸机生产厂家。现在,特斯拉已经在使用9000吨级的压铸机。2008年,IDRA已经被深圳力劲收购,成为力劲的子公司。

以上就是我对特斯拉投资者日大会上公布关于电动汽车技术方面的一些分析,很多都是猜想,可能谬误很多。

但对特斯拉投资者日上透露的新技术,很多文章的分析,还是倾向于特斯拉要走回头路,即并不是采用更先进的技术,而是使用之前已经采用的技术。驱动电机不使用采用稀土材料的永磁电机,那么就是要使用比永磁电机效率低的感应电机。减少碳化硅的使用数量,则要使用IGBT。这些选择,都是成本优先。当然了,特斯拉在使用这些旧技术时,也会利用自己的研发实力,做出改进和提升。对于硬件上的不足,用自己在软件上的优势用来弥补。

我是向前看的,我是不相信特斯拉会这样做。但特斯拉也可能会采用这样的选择。因为我曾经错过。

特斯拉在上海投产前,使用的是圆柱形的电池,18650和21700。国内的电动汽车多采用方形电池或者软包电池,使用圆柱形的电池很少。在上海生产Model3时,放弃了合作伙伴日本松下,选择了韩国的LG和国内的宁德时代。当时我认为,宁德时代如果给特斯拉供应动力电池的话,需要做出妥协,生产圆柱形电池。因为把圆柱形电池改为方形电池,特斯拉的底盘设计和电池管理,都需要做出重大的改变,工作量很大,整车还需要重新验证和认证。

但没有想到,竟然是特斯拉做出了妥协。特斯拉不但使用了宁德时代的方形电池,并且选择的不是三元锂电池,而是电池容量比三元锂电低的磷酸锂铁电池。

大出意料。

特斯拉开始使用永磁同步电机,也是在上海建厂之后。并且在美国生产的Model S/X,也开始使用永磁电机。

苹果在发布新品手机的时候,从来不和友商的手机大比各种参数,只和自己比。苹果觉得不需要。因为手机的综合性能和体验在消费者中拥有良好的口碑,苹果的手机使用的摄像头的像素,并不高,但在照相方面的体验,并不差。

在技术选择上,特斯拉和在苹果做同样的事情:品牌自信。

责任编辑: 方寻  来源:虎嗅网 转载请注明作者、出处並保持完整。

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