特斯拉Model3控制技术汇总
玫瑰柒
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2020.03.20
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特斯拉Model3 是特斯拉技术的集大成者。马斯克将其先进的汽车理念融汇之中。现在我们将这些技术汇总一下,以飨读者。

1.先进的电子电气架构

1) 特斯拉把中央网关的功能给弱化了,在物理上削减了,整个连接并不是完全中心化,连接是通过BCM左、BCM右和配电盒三个主块和Autopilot/娱乐系统进行组合。

2) 网络的通信功能是把Gateway物理上分解以后,合并到几个大的核心模块里面。

3) 我们看到的三个核心模块,由于Model 3的精简设计,确实好多复杂的东西沿用的东西给消除了特斯拉对软件、硬件两方面的绝对把控,让其能够推动技术不断迭代。有更好的传感器就上更好的传感器,旧有的芯片算力不够,替换上自研的算力更强的芯片;软件的更新能够及时通过 OTA 升级,实现功能完善和开拓新的功能。软件硬件两条腿交替向前走,推动整体架构及功能平稳提升。

2.领先的Autopilot自动辅助驾驶功能

北京时间4月23日凌晨,特斯拉“自动驾驶日”活动在位于加州帕罗奥图的总部举行,马斯克终于亮出了自家的自动驾驶“核武器”——特斯拉“全自动驾驶计算机”(full self-driving computer,以下称 FSD 计算机),即之前所说的 Autopilot 硬件 3.0 正式亮相。

FSD 计算机的投入使用意味着特斯拉首度使用了自研车载 AI 芯片,目前这款芯片正安装进特斯拉生产线上的每一台电动车中。总体来看,这款 14nm 芯片的设计非常针对神经网络,团队对此进行了架构优化以降低耗能和成本,尤其针对处理大量的图像和视频。

最新芯片上的神经网络处理器能够处理 8 个摄像头同时工作产生的每秒 2100 帧的图像输入,相当于每秒 25 亿像素,表现是之前 2.5 版本的 21 倍左右。

特斯拉的 AI 软件能够处理来自视觉传感器收集到的车道线、交通、行人等信息,将这些信号与已知的物体进行匹配再最终作出决策。

3. 简洁的中控

对于现在很多人选车对汽车的科技感要求是非常高的,尤其是一些现在的新能源汽车或者高配版的车型,都希望汽车上面有一块硕大的屏幕,这样的大屏幕可以将整车的科技感提升非常高的一个台阶。但特斯拉MODEL 3的设计却简洁,如下图所示。

4、先进的电机控制器设计

(1)驱动控制一体板

Model 3 Inverter将驱动部分和控制部分设计在一块板上,这样的优点:其一缩短了驱动信号的走线长度,减弱驱动信号的干扰;其二是,减少接插件的使用,节约成本。

(2)DSP

控制部分的DSP采用的是TI的TMS320F28377DPTPQ,一款高性能TMS320C28x系列32位浮点双核DSP处理器,最高频率200MHz。

(3)DSP供电电源

DSP供电电源采用的是英飞凌的DCDC芯片TLF35584,它是一款多输出系统电源,适用于安全相关应用,通过在宽输入电压范围内高效灵活的前/后稳压器概念为DSP提供3.3V供电。宽开关频率范围允许在小型滤波器组件的效率和使用方面进行优化。专用参考稳压器为ADC提供独立于DSP载荷步,并作为2个独立传感器电源的跟踪源。灵活的状态机,包括计时器的唤醒概念和备用调节器有利于在众多应用中使用。多种安全功能可以与各种微控制器一起轻松实现ASIL-D。具有过压、欠压监控,灵活的看门狗,差错监控、带2输出的安全状态监控器和内置自检功能。

(4)旋转编码器

在Model 3的驱动控制一体板上并没有找到旋变解码芯片,推测在Model 3控制器上,特斯拉省去了旋变解码芯片,使用DSP进行软解码,节省成本。励磁电路的运放采用的是ON的TCA0372,输出电流达到1A,并且原来的项目对此运放做过测试,励磁信号对地和对电源短路,此运放都能够进行保护,不会对电路造成损害。图中16脚芯片为运放。

(5)驱动电源电路

Model 3 驱动电源电路采用的是常用的反激电路,反激变压器采用的是TDK的VGT系列变压器,型号为:VGT22EPC-222S6A12,VGT系列变压器为TDK专门为IGBT驱动设计的变压器。

(6)驱动电路

驱动芯片采用的是ST的STGAP1AS,驱动能力为5A,输入输出传输延时为100ns,负压驱动能力,米勒钳位、去饱和检测、Vce钳位,SPI通信等功能,为了增强驱动能力采用MOS管组成的图腾柱增强驱动能力,并且根据元器件可以看出,驱动电路并不像驱动IGBT,没有有源钳位和去饱和检测电路,在相对于IGBT更高的驱动频率的SiC电路中,去饱和检测电路并不能起到保护作用,但驱动电路中也没有其他保护电路,猜测并没有在硬件上做短路保护功能。MOS管图腾柱电路放在SiC功率器件的背面,使驱动电路布线最短化,这一点在频率更高的SiC驱动电路设计中尤其重要。

5、多电机结构兼顾动力性能及续驶里程

强劲的动力性能,百公里加速3.4秒,续驶里程595公里。

与传统的全轮驱动系统不同,Tesla 全轮驱动系统拥有两台独立式电机,可精准地分配前后轮扭矩,操控性和牵引力控制更为出色。每台电机都能独立运转,因此在行驶途中,即使其中一台发生故障,另一台电机也可单独为车辆提供驱动力,让您安全抵达目的地。

2个独立式电机,精准控制前后轮扭矩,两个电机的扭矩切换响应时间仅需 10 毫秒,全天候牵引力控制。永磁同步后电机最大功率高度211kW,为已知乘用车最大永磁同步电机。

6、先进的电池管理系统

整个电池管理系统面向内部主要连接快充连接器、温度传感器、正负接触器、电流传感器、可控熔丝、内部的PCS(DCDC和OBC)的单元菊花链CMU控制器,还有面向外部的供电单元、外部HVIL电路、充电控制板、动力总成CAN。

P1(VEHICLE INTERFACE) :共 18 个引脚,包含两路CAN(PT CAN和CP CAN)。

P2(EXT LOW VOLT INT) :这个信号引脚主要是内部连接PCS和检测内部的连接器用的,霍尔的温度传感器也在里面,这样数字就能对的起来了。

P3(SHUNT INT):与电流分流器相连接 P4(HV SENSE) :高压采样连接器,采集高压回路并分压到上方高压处理电路,主要包含三个接触器(主正、主负和快充双胞胎接触器),这里的高压采集回路名义上为3路输入,实际上诊断主正和主负接触器会有交叉。

P5(A BMB)& P6(B BMB):菊花链的输出和返回线,用来连接各个 CMU。

P7(PYRO LOOP):可切断熔丝的控制回路。

7、Model3的电池技术

长行驶里程Model 3的电池组电压为350V,容量为230Ah,所以达到80.5kWh。基本型号(50 kWh)提供220英里行驶里程。

Model 3 的电池组由四个比例不同的模组构成。其中两个模组由 25 个电池单元构成,另外两个模组由 23 个电池单元构成。每个电池单元有 46 个 21700 电芯,Model 3 总共有 4416 颗 21700电芯

电池管理和充电控制和DCDC、车载充电机、PDU都被集成进一个单一单元。电池管理和充电控制和DCDC、车载充电机、PDU都被集成进一个单一单元。

Model 3并没有采用与model s相同的18650型电池,反而用上了更好、更先进的21700电池。

以上通过7个方面介绍了特斯拉Model3所包含的先进技术,让我们从不同维度去了解特斯拉里程碑式的产品,不知道对您有帮助没。

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2020.10.02
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