ID.4、Model Y、Mach E电子电气架构对比

过去我们总说:随着汽车的功能增加,汽车中ECU的数量也越来越多,在豪华车上甚至可以达到80多个ECU。但是在整车电子电气架构变革的当前,汽车ECU数量会有什么变化,以及传统车企在架构升级过程中会有哪些考虑呢?

而福特和大众复用了很多小型ECU。虽然复用了不少ECU,但是大众在电子电器架构的升级过程中,已经做了很大的更新,图1是奥迪e-tron与ID.4的电子电器架构,可以看出巨大的变化。另外复用也是基于成本、开发时间、开发风险的权衡,还记得在ID.3刚上市时,出现了众多软件bug,而且ID系列与Model 3的亮相时间差不多,分别在2017、2016年,但Model 3在2017年7月就开始交付,而ID.3在2020年才开始交付。

从马斯克的自传中可以看出其工作节凑:

那天是周六,停车场却停满了车。在特斯拉的办公室里,几百名年轻人正在工作,有些人在电脑上设计汽车部件,另一些人则在用自己办公桌上的电子设备做实验。每隔几分钟就能听到马斯克爆发出响亮的笑声,响彻整个楼层。当马斯克走进我等候的会议室时,我对他说看到这么多人在周六上班很令人惊叹。马斯克却对此不以为然,抱怨说最近周末工作的人越来越少“我们变得越来越散漫,”马斯克回复道“我刚刚正准备发封邮件。我们太散漫了。”

图1 左边为奥迪e-tron 络架构 右边为ID4的 络架构

在各类总线的数量也各有差别,如图2所示,其中ID.4的架构中采用了大量的100M以太 ,而特斯拉的Lvds总线居多,这主要是因为特斯拉Autopilot采用的视觉方案,摄像头居多,摄像头的数据通信采用的是Lvds,所以Lvds总线居多。

有一点需要注意的,特斯拉的部分CAN总线具有CANFD的功能,但是在静态测试时,CAN总线速率为500kb/s,因此猜测特斯拉可能在软件升级过程中时使用CANFD,提高速率至2M/s,降低刷写时间,也有可能预留的,后续CAN信号真多,总线负载偏高时,切换至CANFD,这也就是硬件预埋。

最后ID.4和Mach E的Lin总线相较Model Y多不少,这主要是因为,ID.4和Mach E复用了不少控制器,类似于雨刷、车门、车窗等都是采用Lin通信的,所以偏多。

图2 总线对比

在12V继电器、Fuse数量方面的对比就更有趣了,如图3所示。在Model Y上全为0,而ID.4和Mach E数据很大。

对于Model Y为什么全是0?其原因是其控制器中有一个FBCM(Power Distribution, E-Fuse VCFront)如图4所示,这个电源分配实际上和LBCM、RBCM进行分配,它在这里面使用了高边驱动开关配合采样逻辑完成电源的保护功能。

FBCM采用了56颗安森美的NVMFS5C426N。在LBCM里面用了16颗的NVMFS5C426N,RBCM用了一颗。其他还有NVMFS5C410NL6颗。这就是E-Fuse的功能。

另外在早期,第一代的roadster甚至取消了12V蓄电池,使用主锂离子电池组的一部分为配件和灯提供 12V 电压。但是效果并不理想,因此2010 年特斯拉在 Roadster 2.0 中改用单独的 12V蓄电池。

而在ID.4和Mach E中依然采用传统方式,前舱有一个独立的继电器盒,而有趣的一点是,Mach E其实将大部分电源保护功能也集成到控制器中了,仅有少部分还在使用,其它仅仅是做最后的防线。

图3 三者继电器、Fuse数量对比

在整体 络架构中,虽然都采用域控架构理念,但是还是有些不同,三者的 络架构示意图如图5、6、7所示。

其中大众和福特的 络架构基本上一样,Tesla 架构下ECU通信先到Autopilot,在接到 关,这明显增强了Autopilot掌握信息的优先级。

另外从这图中看着看到一个小细节,大众和福特使用的是16路的SAE J1962的OBD口,而特斯拉采用的不是,其根本原因是电动车没有OBD或EPA法规要求,而福特特大众沿用了之前的方案,而特斯拉则摒弃了,换成独有的接口。

图5 福特Mach E的 络架构

图6 特斯拉Model Y 络架构

图7 大众ID.4的 络架构

最后说到哪种架构最好,没有简单的答案,因为这取决于目标和约束。成熟的 OEM 有很多解决方案可以重复使用以降低研发成本,尽管它们不一定是最好的。特斯拉作为新势力,没有包袱,加上马斯克大胆的创新,造就了特斯拉成为行业标杆。

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