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特斯拉投資者日,哪些技術細節可能是未來方向

特斯拉電動汽車上使用的控制器,下一代汽車平台將實現100%自研。

這是特斯拉在進一步強調自己的造車理念:軟件定義汽車。只有整車上使用的所有控制器,都控制在自己的手裏,特斯拉才能更好地進行電氣架構的規劃、設計,數據收集和用戶反饋,軟件功能不斷疊代和升級。

我覺得這個目標,憑藉着特斯拉的軟件開發實力,難度不大,實現很容易。

從特斯拉Model3被拆解的資料中,可以看到,車身域的前控制器、左控制器、右控制器,座艙域控制器,駕駛域控制器,電機控制器和電池BMS,都是自研的。其中自動駕駛控制器的關鍵晶片FSD還是特斯拉自己設計的。

但也不排除,目前的開發模式中,特斯拉車上的部分設備的軟件控制,還需要零部件供應商配合,把之前獨立的控制器的功能移植到特斯拉自研的控制器中,實現集中控制的功能,但軟硬件部分的實現,特斯拉還需要零部件供應商的協助和共同開發。將來,特斯拉也要把這部分的主動權,牢牢地掌握在自己的手中。

特斯拉的自動駕駛系統AP,1.0版本使用的Mobileye EyeQ3平台。特斯拉想讓Mobileye提供硬件和系統,自動駕駛的算法由自己研發和掌控,但被Mobileye拒絕。特斯拉的AP2.0和2.5版本,就轉向了英偉達的平台。而到3.0版本,特斯拉乾脆就採用了自研的晶片和算法,作業系統也是自定義的Linux內核的系統,連合作夥伴都不需要了。

現在,特斯拉在進一步加強對整車的電子控制系統的硬件和軟件的掌控。

傳統的整車主機廠,幾乎不對整車的電子控制系統做任何掌控,幾乎全部都是由一級零部件供應商提供。這是特斯拉和傳統的主機廠的一個非常大的區別。特斯拉已經把自己看成了一家互聯網模式的企業,而傳統的主機廠還屬於機械製造時代的企業。

傳統的汽車的電子電氣架構由多個廠商提供,硬件和軟件功能都被切割成很多塊,分佈在不同的供應商的產品中。傳統的主機廠對整車上的某一個功能進行更改或者優化時,需要先向供應商提出需求,供應商反饋一個報價和更改周期,在確認需求後才進行改動。這個變動時間,一般至少是以六個月為周期的,或者更長的時間。一輛已經出售的汽車,如果不是改裝,從出廠到最終報廢,可能一生,其中的軟件功能都不會變動和升級。

特斯拉自己掌控整車電子控制系統軟硬件,可以主動地對軟件功能進行優化,測試驗證通過後,就可以通過OTA,對已經出售的整車的軟件功能進行更新。

傳統的主機廠如果不改變,面對特斯拉,幾乎就是被降維打擊。

特斯拉汽車上的控制器將來都採取自研後,不知道除了FSD晶片外,電動汽車上使用量非常多的HSD晶片(高邊驅動開關)和MOSFET,也自己設計?

如果把MOSFET、微處理器、總線控制器和電源轉換器集成在一起,設計成一種集成式驅動晶片,就可以集成在用電設備上,通過總線直接控制,顛覆汽車現在的電氣控制架構。

如現在的車門上,安裝的驅動機構有門鎖電機和玻璃升降電機,車身控制器控制門鎖開閉和玻璃升降的過程,是先接收控制信號,然後輸出電流,驅動電機動作。車門與車身控制器直接連接的導線就有:玻璃上升信號、玻璃下降信號、門鎖開信號、門鎖閉信號、玻璃電機正轉電流、玻璃電機反轉電流、門鎖電機正轉電流、門鎖電機反轉電流,如果玻璃升降具有防夾功能,控制器還需要採集霍爾傳感器信號,等等。

因為一輛汽車,除了四個車門外,全車身還分佈着大量的電氣設備,如轉向燈、遠光燈、近光燈、霧燈、前後雨刮、清洗等等,此外,發動機、變速箱、空調等都有自己的專屬控制器,這就涉及到車身電控系統是集中式控制還是分佈式控制。

分佈式控制,就是每個車門上安裝一個控制器,就近驅動用電設備。實際上比這複雜,如使用遙控鑰匙,可以實現四個門窗一鍵升窗功能,等等。集中式控制,就是四個車門上眾多的控制信號和驅動電路都要和一個控制器連接。分佈式控制系統負載,控制器成本高,集中式控制成本低,但增加了布線的長度。

集成式驅動晶片可以取代分佈式控制器的使用,直接與電源和總線連接,接受控制信號,驅動電機、燈泡等用電設備。這樣的話,整車上的佈置的線束,就會非常簡潔。

難處是,集成式驅動晶片的工藝要簡單,需求量要大,成本降低或者持平,不能大幅增加。還有,零部件供應商願意做出改變。

這種方式是我想像的,沒有看到特斯拉要這樣做的消息。這是我知道看到特斯拉要控制器全部自研後,聯想到的。因為FSD晶片,特斯拉都自行設計了,這種集成式驅動晶片的設計難度並不大,只要使用chiplet工藝把現有的幾種晶片集成在一起即可。當然了,重新設計也可以。

博世作為全球最大的汽車零部件供應商,它給主機廠提供的控制器上面,就有很多功率驅動晶片,上面印製的博世的標誌,明顯是博世自己定製的。因為博世在全球,有巨大的供貨量,能夠支持自己定製電子器件。

特斯拉未來所有汽車將轉向48伏電氣系統。

這個目標,我是最喜歡的。因為我深受24伏系統的元器件的選型之苦,和12伏系統的元器件的豐富程度根本無法相比。

現在,乘用車的供電系統主流是12伏系統,商用車的供電系統是24伏系統。

傳統汽車上,主要的耗能大戶,是直接從發動機上獲取電力的。發動機通過變速箱驅動輪胎轉動;空調系統的壓縮機也是安裝在發動機上,通過皮帶帶動轉動;渦輪增壓器是利用發動機運轉時排放的廢氣工作。帶助力轉向的方向盤,真空泵中的空氣,也是從發動機進氣歧管來的。

因為早期汽車上的用電電器不多,所以採用了12伏的供電系統。商用車,如客車和中重卡車,用電設備相對乘用車比較多,功率大,採用了24伏的供電系統。

隨着乘用車上的用電設備增多,許多原來由液壓驅動和氣壓驅動的設備紛紛改為電機驅動,車上的供電電源的電線的線徑在不斷變粗,傳統的12伏供電系統越來越顯得不足。很多零部件供應商,紛紛建議使用48伏系統。

把整車的12伏系統,改變48伏系統,並不僅僅是由原來的一塊蓄電池,改為四塊蓄電池串聯那麼簡單,商用車上的24伏系統就是由兩塊蓄電池並聯使用,整車的用電設備、控制器上使用的元器件,都需要重新選型或者開發。

這個「沉沒成本」是巨大的,對於很多電氣零部件供應商,意味着原有的很多投入都歸為零,技術儲備也過時了,可能是不可接受的。

如偉大的發明家愛迪生,當特斯拉向他建議,交流電比直流電在發電、輸電和變配電更有效率,應該向交流電轉型時,愛迪生拒絕了。現在的特斯拉電動汽車的名字,就是來自科學家特斯拉的姓氏。最後的結果,就是特斯拉被愛迪生的競爭對手西屋公司「挖去」,當尼亞加拉瀑布建立水力發電站後,愛迪生的直流電時代就徹底結束了。後來,有人說,愛迪生不是沒有看到交流電的優勢,但他在直流電上的投入太大,已無法回頭。

很多主機廠,都有自己的核心零部件供應商,很多零部件供應商,都和某個主機廠結成了戰略聯盟。當主機廠在一輛新車或者一個新的整車平台規劃的階段,核心零部件供應商就已經介入,參與規劃和設計。

所以,雖然48伏系統已經提了多年,但不管是在乘用車上,還是商用車上,都沒有成為主流,使用的廠商和車型很少。

相對於那些動則就是上百年歷史的汽車大公司,特斯拉還非常年輕,包袱輕,核心供應商也不多。當初特斯拉開發新車的過程中,在歐美尋找供應商開發零部件的時候,很多供應商直接就拒絕了特斯拉。特斯拉不得不來到亞洲,尋找合作者。早期為特斯拉生產電機的公司,就是來自中國台灣的富田電機,電池來自日本的松下,Model S首次安裝的17英寸的液晶觸摸屏的供應商,也是來自中國台灣。

但特斯拉拋棄自己的供應商,也是毫不猶豫,非常決絕。當特斯拉在上海工廠生產Model3和Model Y,使用的動力電池,並不是在自己創業時就和自己同舟共濟的松下,而選擇了LG和寧德時代。特斯拉的自動駕駛AP,3.0版本也是採用自研晶片,拋棄了2.0和2.5版本採用的英偉達晶片。

採用48伏電氣系統,最直觀的好處,是減少車上低壓系統的尺寸,所需的線束的線徑也會變小,成本降低。48伏系統相對於12伏系統供電,同樣的用電設備,電流減少到原來的四分之一。線束上損失的功耗,是12伏系統的十六分之一。

馬斯克曾立下豪言,要把整車的線束長度縮短到100米。

目前傳統分佈式架構汽車的線束長度大約為5千米。特斯拉的Model S的線束長度約為3千米,Model3的線束長度進一步縮短到1.5千米。但Model Y的線束長度,並沒有縮減到100米,估計約為1.8千米,比Model3的線束還長。

在48伏系統上,小電流的控制信號線,和部分驅動電流線,可能真的可以用FPC取代線束,減少整車使用的線束長度和安裝的複雜度,用機械人或機器手取代人工,進行安裝。

傳統的汽車上的線束,主要使用0.5平方毫米或者0.35平方毫米的導線,在48伏系統上,也可以考慮用0.13平方毫米的導線取代0.5平方毫米或者0.35平方毫米的導線。

用48伏電氣系統取代12伏系統,最大的顛覆,就是整車的電氣架構,需要重新設計,車上的用電設備和控制器,幾乎都要推倒,重新選型、設計和驗證。對於汽車零部件供應市場的新進入者,是一次巨大的機遇,但對傳統汽車電子零部件供應商,就面臨着兩難的選擇,是繼續保持舊狀,還是跟進?保持舊狀,可能被時代拋棄;進行轉型的話,就需要和別的供應商從零進行競爭,很有可能舊的市場丟失了,新的市場也沒有抓住。

燃油汽車向電動汽車轉型的過程中,造車新勢力因為沒有積累,只能從頭開始,全新設計車型。而傳統的燃油車廠,面對新出現的電動汽車是否能夠取得成功,心存疑慮,除了觀望外,就是用已有的車型進行油改電的模式來嘗試。

如動力電池的放置,早期的油改電車型,就有放在行李箱裏,前座椅下方,後座椅下方,中通道位置以及腳踏位置等等方式,都是犧牲整車的性能、舒適性以及安全性。後期的油改電車型的動力電池,也採用平鋪在底盤的方式,但電池自身的高度,會直接壓縮車內的乘坐空間。這也是它們大多開發SUV車型的原因。

對於特斯拉即將使用的48伏系統,現在的汽車廠家仍然面臨着這樣的兩難選擇,要麼也進行轉型跟進,要麼保持現狀不變。等到48伏系統成為主流後,在現在的電氣架構上進行混合搭配使用,車上有兩套供電系統,12伏的設備使用12伏的供電,或者將48伏的供電進行降壓處理後使用,48伏的設備使用48伏的供電。但這樣,尤其增加了整車的電氣控制系統設計的複雜性,造成更多的混亂和故障。

特斯拉一家進行改變,並不可怕。令人擔心的是特斯拉的影響力,產品的領先性和每年都高速增長的銷量,會有供應商願意跟進,和特斯拉一起做出改變。

當特斯拉提出一體式壓鑄技術後,尋求壓鑄機合作廠家時,全球主要的壓鑄機廠家都拒絕了,因為特斯拉需要6000噸鎖模力的壓鑄機,在這之前是沒有的,如果實現不了,前期的投入就要打水漂。最後只有意大利的IDRA(意德拉)願意合作。現在IDRA成了全球主要的大噸位壓鑄機生產廠家。現在,特斯拉已經在使用9000噸級的壓鑄機。2008年,IDRA已經被深圳力勁收購,成為力勁的子公司。

以上就是我對特斯拉投資者日大會上公佈關於電動汽車技術方面的一些分析,很多都是猜想,可能謬誤很多。

但對特斯拉投資者日上透露的新技術,很多文章的分析,還是傾向於特斯拉要走回頭路,即並不是採用更先進的技術,而是使用之前已經採用的技術。驅動電機不使用採用稀土材料的永磁電機,那麼就是要使用比永磁電機效率低的感應電機。減少碳化矽的使用數量,則要使用IGBT。這些選擇,都是成本優先。當然了,特斯拉在使用這些舊技術時,也會利用自己的研發實力,做出改進和提升。對於硬件上的不足,用自己在軟件上的優勢用來彌補。

我是向前看的,我是不相信特斯拉會這樣做。但特斯拉也可能會採用這樣的選擇。因為我曾經錯過。

特斯拉在上海投產前,使用的是圓柱形的電池,18650和21700。國內的電動汽車多採用方形電池或者軟包電池,使用圓柱形的電池很少。在上海生產Model3時,放棄了合作夥伴日本松下,選擇了韓國的LG和國內的寧德時代。當時我認為,寧德時代如果給特斯拉供應動力電池的話,需要做出妥協,生產圓柱形電池。因為把圓柱形電池改為方形電池,特斯拉的底盤設計和電池管理,都需要做出重大的改變,工作量很大,整車還需要重新驗證和認證。

但沒有想到,竟然是特斯拉做出了妥協。特斯拉不但使用了寧德時代的方形電池,並且選擇的不是三元鋰電池,而是電池容量比三元鋰電低的磷酸鋰鐵電池。

大出意料。

特斯拉開始使用永磁同步電機,也是在上海建廠之後。並且在美國生產的Model S/X,也開始使用永磁電機。

蘋果在發佈新品手機的時候,從來不和友商的手機大比各種參數,只和自己比。蘋果覺得不需要。因為手機的綜合性能和體驗在消費者中擁有良好的口碑,蘋果的手機使用的攝像頭的像素,並不高,但在照相方面的體驗,並不差。

在技術選擇上,特斯拉和在蘋果做同樣的事情:品牌自信。

責任編輯: 方尋  來源:虎嗅網 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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