隨著新能源汽車發(fā)展逐步完善，各個(gè)類型的比較完整的純電動(dòng)汽車產(chǎn)品線已經(jīng)逐步形成，同時(shí)各大主機(jī)廠也在不斷規(guī)劃和完善自己公司的車型平臺(tái)，希望在電動(dòng)浪潮中占據(jù)一席之地。

圖1

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)純電動(dòng)乘用車動(dòng)力系統(tǒng)匹配數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，可以看出趨勢(shì)比較明顯的乘用車純電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)平臺(tái)，如圖1所示，這也同時(shí)引導(dǎo)著各零部件廠家對(duì)公司產(chǎn)品進(jìn)行平臺(tái)化、模塊化設(shè)計(jì)，以便自己公司的產(chǎn)品像一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)品，能適用各個(gè)主機(jī)廠的要求，或者即使不能完全滿足也可以通過(guò)模塊重新組合設(shè)計(jì)快速滿足客戶的需求。

電機(jī)控制器作為大三電之一，在零部件廠家的平臺(tái)化、模塊化規(guī)劃如何？下面我們來(lái)對(duì)此進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

一、平臺(tái)化

平臺(tái)化是每個(gè)控制器廠家的“夢(mèng)想”，大家也都在朝這個(gè)方向發(fā)展，當(dāng)然這個(gè)也是根據(jù)整車車型平臺(tái)來(lái)定的，一般控制器廠家根據(jù)行業(yè)整車車型平臺(tái)需求規(guī)劃以下幾個(gè)平臺(tái)：

1.1 針對(duì)低速車或A00級(jí)車，規(guī)劃30KW以下MOS平臺(tái)控制器，由于整車電壓平臺(tái)以及MOS管耐壓等級(jí)，此平臺(tái)電壓等級(jí)一般在200VDC以下，如下圖2所示為某公司MOS平臺(tái)產(chǎn)品，由于此平臺(tái)控制器適用對(duì)應(yīng)車型為國(guó)民代步車，價(jià)格相對(duì)比較低，所以該平臺(tái)產(chǎn)品在滿足客戶需求及產(chǎn)品品質(zhì)要求的前提下，對(duì)成本控制也是相當(dāng)關(guān)鍵，相關(guān)元器件選型及主控DSP芯片與其它平臺(tái)選型也會(huì)稍有區(qū)別；

圖2

圖3

1.2 針對(duì)個(gè)別高壓A00、A0級(jí)以及2.5T以下面包車、輕卡等車型，以及控制器本身用IGBT電流輸出能力，規(guī)劃了80KW以下平臺(tái)產(chǎn)品，此平臺(tái)電壓等級(jí)一般為400VDC以下，如上圖3所示為某公司該平臺(tái)產(chǎn)品，因?yàn)榇似脚_(tái)最開(kāi)始也是根據(jù)乘用車需求打造，所有軟硬件平臺(tái)都按功能安全要求設(shè)計(jì)，元器件都選用滿足汽車級(jí)器件；

1.3 針對(duì)A級(jí)車、SUV及以上乘用車車型，同時(shí)也根據(jù)現(xiàn)有IGBT電流輸出能力，一般規(guī)劃了100-200KW平臺(tái)產(chǎn)品，此平臺(tái)電壓等級(jí)一般為400VDC以下,此平臺(tái)功率范圍跨度較大能同時(shí)滿足A級(jí)車及以上平臺(tái)，主要跟所用的IGBT模塊（如下圖4所示）強(qiáng)相關(guān)，最大輸出電流為820A和950A的IGBT模塊外形封裝尺寸完全兼容，同時(shí)其它相關(guān)元器件選型按大功率尺寸來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，大小元器件設(shè)計(jì)上做兼容，滿足兩款功率段產(chǎn)品需求，并且該平臺(tái)產(chǎn)品與上述80KW平臺(tái)一樣，因這兩個(gè)平臺(tái)產(chǎn)品基本都應(yīng)用于乘用車，對(duì)產(chǎn)品要求相比其它平臺(tái)更加苛刻，元器件包括IGBT和主控DSP芯片均采用汽車級(jí)器件，同時(shí)產(chǎn)品滿足ISO26262要求；

圖4

圖5

1.4 針對(duì)4.5T以下輕卡及6米以下公交等高壓車型，規(guī)劃了120KW左右平臺(tái)控制器，此平臺(tái)電壓等級(jí)一般為500VDC左右，應(yīng)用于商用車車型，如上圖5所示為某公司該平臺(tái)產(chǎn)品，由于受IGBT模塊尺寸限制，此平臺(tái)產(chǎn)品相比上述3中介紹的產(chǎn)品尺寸略大；

1.5 針對(duì)4.5T以上卡車及8米以上公交等高壓車型，規(guī)劃了150KW-300KW大功率、高電壓平臺(tái)產(chǎn)品，此平臺(tái)產(chǎn)品目前基于上述4中介紹的IGBT進(jìn)行雙并聯(lián)或是三并聯(lián)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，電壓等級(jí)基本都大于500VDC,如下圖6所示為某公司雙并聯(lián)電機(jī)控制器。

圖6

產(chǎn)品平臺(tái)化后，把電機(jī)控制器外形尺寸盡可能做小，這樣已經(jīng)可以滿足部分整車空間布置要求，當(dāng)然也有很大一部分整車對(duì)電機(jī)控制器提出各種特殊要求，需要零部件廠家進(jìn)行開(kāi)發(fā)定制，零部件廠家為快速響應(yīng)客戶的定制化要求，也在最開(kāi)始的設(shè)計(jì)中進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)。

二、模塊化

電機(jī)控制器在模塊化設(shè)計(jì)上每家各有差異，下面從電機(jī)控制器三個(gè)專業(yè)方向簡(jiǎn)單介紹一下在模塊化設(shè)計(jì)上做的一些工作：

2.1 軟件方面

現(xiàn)在乘用車電機(jī)控制器軟件上基本是基于AUTOSAR架構(gòu)（如下圖7所示）來(lái)進(jìn)行編寫(xiě)，各相關(guān)功能程序都是模塊化，程序框架上主要分為幾大塊：

1) 應(yīng)用層程序代碼，主要包含CAN通訊協(xié)議、邏輯控制、參數(shù)標(biāo)定等。

2) 底層配置程序，主要包含的是系統(tǒng)時(shí)鐘、中斷、采樣等配置，該底層配置程序一般單獨(dú)制作為庫(kù)文件。

3) FOC算法程序，算法程序基本都為公司的核心機(jī)密程序，該程序?yàn)楸Ｃ芑径挤庋b為庫(kù)文件，主要包含的就是算法。

4) 引導(dǎo)程序，主要包含的是最小系統(tǒng)和CAN通訊模塊，用于和燒寫(xiě)上位機(jī)通訊并進(jìn)行代碼燒寫(xiě)。

5) 標(biāo)定上位機(jī)，主要用于標(biāo)定參數(shù)。

6) 電機(jī)MATLAB程序，用于電機(jī)標(biāo)定id、iq生成程序。

圖7

軟件程序基本都已經(jīng)平臺(tái)化，針對(duì)不同車廠客戶只需要對(duì)接協(xié)議和邏輯需求；軟件工程師在程序的某個(gè)模塊中更改部分程序即可很快滿足客戶要求，當(dāng)然現(xiàn)在行業(yè)內(nèi)也慢慢從手寫(xiě)代碼向simulink建模自動(dòng)生成代碼發(fā)展，但是這種模塊化設(shè)計(jì)趨勢(shì)還是一樣的，在simulink建模時(shí)也是按軟件功能建成模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

2.2 硬件方面

硬件方面不管是從原理圖設(shè)計(jì)還是印制電路板設(shè)計(jì)，基本都是按模塊化要求來(lái)設(shè)計(jì)布局并管理，如下圖8所示是某電機(jī)控制器主控板PCBA模塊化布局的實(shí)物圖，其中根據(jù)原理圖模塊化子電路分為以下幾個(gè)部分：

A: 數(shù)字信號(hào)處理器與時(shí)鐘電路

B: 模擬信號(hào)處理電路（溫度采集、電流電壓信號(hào)）

C: 旋變信號(hào)處理電路

D: 數(shù)模隔離電源電路

E: CAN總線通訊模塊電路

F: 數(shù)字開(kāi)關(guān)量輸入輸出

G: 電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)及模塊故障信號(hào)高速處理電路

圖8

如上每個(gè)模塊化子電路在其它產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)都可以單獨(dú)調(diào)用，但基本上一個(gè)公司硬件平臺(tái)固化后，除非要重新開(kāi)發(fā)新平臺(tái)，一般都能滿足客戶要求，很少有根據(jù)客戶要求進(jìn)行改動(dòng)。當(dāng)然即使要開(kāi)發(fā)新平臺(tái)，根據(jù)前面硬件原理圖的模塊化管理，對(duì)新平臺(tái)的設(shè)計(jì)進(jìn)度還是有很大的推進(jìn)作用，大大縮短了開(kāi)發(fā)周期。

2.3 結(jié)構(gòu)方面

相對(duì)于軟件和硬件，結(jié)構(gòu)方面的模塊化設(shè)計(jì)比較難實(shí)現(xiàn)，但平臺(tái)化、模塊化依舊是每家公司的奮斗目標(biāo)，首先結(jié)構(gòu)方面的模塊化設(shè)計(jì)從標(biāo)準(zhǔn)件、通用件入手。

2.3.1 標(biāo)準(zhǔn)件

標(biāo)準(zhǔn)件的選型盡量在后續(xù)設(shè)計(jì)中通過(guò)對(duì)非標(biāo)件尺寸的調(diào)整盡量借用現(xiàn)有型號(hào)，同時(shí)如果新公司在開(kāi)始設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)就對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件型號(hào)進(jìn)行規(guī)劃，如無(wú)特殊要求盡量不去增加標(biāo)準(zhǔn)件，并且建立標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，方便后續(xù)設(shè)計(jì)時(shí)借用。

2.3.2 通用件

通用件設(shè)計(jì)其實(shí)是一個(gè)管理和技術(shù)相結(jié)合的工作，首先最開(kāi)始的通用件設(shè)計(jì)者要有全盤(pán)意識(shí)，要了解公司產(chǎn)品規(guī)劃情況以及零件或是模組本身特點(diǎn)；其次通用件要有很好的管理模式進(jìn)行管理，方便后續(xù)設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)時(shí)能夠借用到。比如現(xiàn)在行業(yè)有些公司常用的母線輸入EMC濾波注塑組件，如下圖9所示該組件由一個(gè)X電容、兩個(gè)Y電容、接入銅排及注塑件組成，作為一個(gè)通用組件適用各個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

跟EMC濾波注塑組件相同，控制器內(nèi)部還有其它通用零件或是通用組件，如電容組件、IGBT帶電流傳感器組件、輸入/輸出組件等，都可以根據(jù)電機(jī)控制器產(chǎn)品特點(diǎn)設(shè)計(jì)一些通用組件，達(dá)到快速滿足客戶需求的同時(shí)，也可以降低產(chǎn)品成本，做到真正的“名利雙收”。

圖9

其次，結(jié)構(gòu)方面的模塊化設(shè)計(jì)還包括產(chǎn)品本身進(jìn)行裝配模塊化設(shè)計(jì)，如下圖10所示E-tron電機(jī)控制器爆炸圖，從圖中可以看出E-tron控制器進(jìn)行了一些裝配模塊化設(shè)計(jì)，如輸入/輸出模組、水道電容模組、功率模組等，在產(chǎn)品裝配時(shí)可以實(shí)現(xiàn)模塊化裝配，提高了裝配效率，最終還是可以大大節(jié)省人工成本。

圖10

綜上所述，不管是從快速響應(yīng)客戶需求還是成本最優(yōu)化考慮，模塊化設(shè)計(jì)理念一直是電機(jī)控制器設(shè)計(jì)者的方向。