智能、高效、安全、美学,比亚迪e平台3.0解析

国庆假期前,《引擎圈》受比亚迪邀请,参加了“e起聊聊,比亚迪e平台3.0分享沙龙”。现场,来自比亚迪汽车工程研究院的张经科,为大家详细讲解了比亚迪e平台3.0的开发逻辑和核心技术。


比亚迪e平台3.0是纯电专属平台,基于高阶智能辅助驾驶、优化资源综合利用效率、提升整车安全的开发逻辑,将比亚迪在新能源汽车领域的黑科技进一步架构化、模块化,兼容多种布置方式(前驱、后驱及四驱),具有高拓展性,将启发整个行业对于汽车技术和形态变革的深刻思考。

比亚迪历时5年,耗资百亿推出了纯电整车架构平台化的全新e平台3.0。从底盘层、高压层、低压层、车身层,全面整车架构开发,突破了电动车的性能短板,赋予电动车高级别的智能进化能力,彻底释放智能、电动化潜力。为智能电动汽车的蓬勃发展,提供了绝佳的基础平台。


e平台3.0能孵化各种尺寸的智能电动汽车,从A级车到D级车,全面覆盖。目前,基于e平台3.0已有三款产品上市,未来还将在多个品牌陆续推出新车型。



人车融合 极“智”体验


智能驾驶的终极形态,是解放驾驶者双手,辅助驾驶者与乘员,规避潜在道路或行驶风险,实现“无死角”的安全自动驾驶。比亚迪始终以“安全无死角”为标准进行车型产品开发,从软硬件综合且深度融合、持续迭代安全驾驶与智能驾驶,始终保持在行业领先水平,并不断迭代。e平台3.0是比亚迪对智能安全驾驶能力的再一次赋能。通过充分发挥车辆本身极佳的控制能力,e平台3.0能够轻松将路面感知能力和视觉感知能力有机融合,打破过往的算法局限。


在安全的前提下,从域控制电子电气架构、车控操作系统BYD OS以及积累的闭环生态能力输出稳定可靠的底层能力,提升智能驾驶体验。与此同时,e平台3.0预留了各类自动驾驶的硬件接口,可灵活配置全球最顶尖的自动驾驶方案,定制个性化出行体验。


智能域控制架构。为解决分布式电子电气架构存在的算力小、效率低、协同难的问题,比亚迪的控制架构不断向域控制演进。e平台3.0由四个高度集成的域控制器实时协同控制,实现对整车层面的集中控制:

智能车控域:集成BCM(车身控制模块)、安全网关、密钥中心、空调控制、胎压监测、仪表控制、驻车辅助、智能钥匙等多个模块,扩展版本最多支持达32个分布式ECU(电子控制单元)功能。

智能动力域:集成VCU(整车控制器)、BMS(电池管理系统)、MCU(微控制单元)、OBC(车载充电器)、DC-DC(直流转换器)等模块。

智能驾驶域:集成自动驾驶、ACC(自适应巡航控制)、AEB(自动制动系统)、LSS(智能安全系统)、BSD(盲区监测系统)、APA(自动泊车)等功能。

智能座舱域:集成用户语音、触控、感知、健康、显示屏等功能。


由单ECU单一功能,转变为处理能力更强的多核CPU域控制多个功能。高集成的域控制架构,相似功能模块的深度集成,区域控制缩短交互响应的时间,算力跨越式提升。


自主研发的车用操作系统BYD OS。车控操作系统OS (Operating System),采用面向服务的软件架构(SOA),体现了高内聚、低耦合、高可靠、低延时等技术特点,并对车路云网一体化的未来应用提供了方案和接口,实现了多项整车功能安全技术,可以充分满足车身电子、底盘控制、动力系统、智能驾驶等多领域的应用。车控操作系统OS是底层硬件与用户沟通的桥梁,需要整合各类型软件应用以及适应中央集中式电子电气架构的必要基础,是汽车数字化转型的关键。


比亚迪自主研发的基于车用场景的操作系统BYD OS,使用确定时延引擎和高性能IPC两大技术解决现有系统性能不足的问题。确定时延引擎可在任务执行前分配系统中任务执行优先级及时限进行调度处理,优先级高的任务资源将优先保障调度,应用响应时延降低25.7%。搭配全新的域控制电子电气架构,实现软件与硬件的完全解耦、支持高级别驾驶开发的核心能力,功能迭代周期缩短70%;可实现应用程序的跨硬件的即插即用,软件跨平台通用,高效OTA使智能电动汽车持续进化,常用常新。


分层架构设计,软件模块化层级自下而上分为硬件驱动层、操作系统层、服务层及应用层:

硬件驱动层:最底层的、直接控制和监视各类硬件的外设的总称。其核心能力是隐藏硬件的具体细节,并向上层系统提供一个标准化的接口及规范。适应不同的上层系统通过API来调动硬件,完成指令。

操作系统层:分离式内存管理内核,分为BEOS (负责车身电子元器件)、BUOS(管理车载信息娱乐的系统),负责的不同功能区域。

服务层:指平台中间件支持层,把系统所提供的基本服务包装成应用程序所能够使用的编程接口API(Application Programming Interface),是最靠近应用程序的部分。

应用层:面向服务的APP开发,实现各种应用需求。


即插即用的硬件设计也为架构的持续升级夯实了基础,支持全生命周期的软件OTA和硬件升级。


智能驾驶:e平台3.0预留了各类自动驾驶硬件接口,可灵活配置全球最顶尖的自动驾驶方案;同时,比亚迪强调充分发挥车辆本身的控制能力,即将路面感知能力和视觉感知能力充分融合,在安全的前提下,提升智能驾驶体验,充分解放双手。

智能座舱:比亚迪同步推进智能生态的建构。全新的BYD OS,为全球开发者提供了基础的硬件调用操作平台,同时软硬件完全解耦。全球开发者可以基于OS的标准接口,调用车辆的执行功能和数据,应用开发速度、迭代速度、用户体验将发生质的飞跃。


智能硬件自主开发。车控操作系统的核心能力,是为汽车的智能功能提供极致用户体验与闭环生态能力,输出稳定可靠底层能力。自主开发更多核心智能硬件,突破“卡脖子”底层技术,确保共性基础技术自主可控,为智能汽车开放打造可靠的硬件平台。


iTAC智能扭矩控制系统。iTAC是针对电动车特性打造的车辆扭矩控制系统,电动车上所采用的电机则可以更快采集轮端信息,通过电机旋变传感器,轮端每一圈可分成4096个采集位,信息采集速度和精度大大提升。iTAC较以往提前50ms以上预测到车轮轮速的变化趋势,相比于传统控制策略,识别精度提升了300多倍,汽车动力的控制精度与速度得以大幅提升。


iTAC在提前预判的基础上针对电机响应速度快、转速调整更精确的特点,提供了转移扭矩、适当降低扭矩和输出负扭矩等多种方式。在车辆即将发生打滑时,iTAC可以将低附着车轮扭矩全部或部分转移到有抓地力的车轮上,使车辆恢复稳定,从而不触发或者减少触发ESP功能,提升驾驶稳定性,做到车辆安全性能提升的同时,同时提升驾乘更舒适和驾驶极限。


优化资源综合利用


e平台 3.0 的开发逻辑将能源效率的思考,上升到整车系统层级的融合创新,构建了涵盖整车、系统到零部件的全层级高效设计开发体系,打破了驱动、充电、热管理等系统分立的边界,致力于提升整车资源有效利用效率,让电动车能力更强大,整车的能耗更低,续航更长,空间更大。


高效八合一电动力总成。动力部件的深度集成可以有效减小系统重量和体积,减少占用空间,降低损耗。同时缩减系统零部件,提高NVH(噪声、振动与声振粗糙度)表现。八合一电动力总成是比亚迪独立自主开发,全球首款量产的纯电动力系统总成。总成集成了驱动总成(电机和变速器)、电机控制器、PDU(电源分配单元)、DC-DC、OBC、VCU、BMS。通过功能模块的系统高度集成,达到提高空间利用率、减轻重量等目的,具备高度集成、高功率密度、高效率的特点。


比亚迪电动力总成从1.0时代的分散独立设计,到2.0时代的电驱动三合一和充配电三合一,在比亚迪纯电动汽车的发展历程中都起到关键作用。进化至今,依托全新e平台3.0突破动力总成电-磁-力-热-声多物理场耦合制约难题,开发出了全球首款集成电驱动、充配电、VCU和BMS的八合一深度集成动力模块。


高度集成化八合一电动力总成,电机峰值功率270kW,峰值扭矩360N•m,最大转速可实现16000r/min,但系统噪音低于76dB。功率密度可提升20%,综合工况效率高达89%。搭载于海豹车型的八合一电动力总成,电机峰值功率230KW,峰值扭矩360N•m,四驱版本车型0-100km/h加速时间3.8秒。未来,八合一电动力总成将支持车辆实现0-100km/h加速时间2.9秒。


为进一步降低能耗,前后双电机的四驱架构设计能大幅提升整车加速性能,但是对于中高速的稳定行驶,单电机就能够满足整车动力需求。同时,传统的永磁同步电机工作效率高于异步电机,在空载转动时,永磁同步电机的磁阻损耗反而会大幅增加,导致高速行驶能耗较高。在e平台3.0上,比亚迪将首次采用永磁同步组合异步电机的全新动力组合架构:加速工况,双电机同时发力;稳定行驶工况,异步电机断开,仅永磁同步电机工作,既能实现四驱的动力,又能实现近于两驱的能耗。


扁线电机。相对于传统绕线式电机结构,比亚迪自主设计制造的发卡式扁线电机,具备低损耗、高效率、高散热性能的优质特点。扁线电机的材质是超薄高性能硅钢片,突破了绕线的行业难题,槽满率提升15%。线包减短,用铜量减少11%,电阻下降22%。通过优化磁路设计降低电机铁损,散热性能大幅提升,电机额定功率提升40%,最高效率可达97.5%。


自主研发高性能SiC电控。功率半导体作为电力系统的重要组成部分,是提升能源效率的关键因素。高电流密度、高效率的SiC是公认优良的新一代电控功率芯片。e平台3.0攻克了高功率密度SiC芯片可靠封装的难题,并成功开发出全球首款量产的SiC功率模块控制器,实现SiC功率模块完全自主设计、封装和制造,具备完全自主的知识产权。

e平台3.0电驱动系统搭载的高性能SiC电机控制器,其SiC功率模块的规格是1200V-840A,具有高效率、高耐压与强过流能力。与传统IGBT控制器相比,SiC电控开关损耗降低70%以上,最高效率达99.7%;SiC电控的峰值功率可达230kW以上,功率密度提升近3倍。同时,SiC使用了高性能氮化硅AMB板和全新的银膏烧结工艺,并集成了高灵敏NTC传感器,使得e平台3.0的SiC功率模块和控制器水平在世界遥遥领先。


高压充电。高电压是未来大功率充电的主流技术路线,但目前行业普遍都是低压充电桩,性能受限。在e平台2.0上,比亚迪采用独立的升压充电装置提升充电功率。在e平台3.0,我们创新复用驱动系统功率器件组成升压充电拓扑,研发出电驱升压充电技术,使高电压车型充分发挥其快充性能,一举攻克高电压车型充电的难题,同时充分利用国标电流上限,实现宽域恒功率充电,e平台可实现充电15min,续航300km的充电性能。且完全兼容当前所有公共充电桩,这是当下更适合中国消费者的解决方案。


宽温域高效热泵系统。电动车低温续航里程衰减的原因,除了电池本身活性降低后能量下降外,另一个主要原因是能耗增加。与燃油车相比,纯电动车由于没有发动机本身冷却系携带的大量热量,所以需要消耗大量电池能量来维持乘员舱采暖及电池温度,导致冬季续航里程衰减。


为了更高效的利用能量,行业尝试利用热泵来吸收空气的热量以降低能耗,因为热泵是一种可以将低位热源的热能强制转移到高位热源的装置。但受限于134a冷媒的搬运能力,在零下10℃,热泵的制热效率会大幅降低,甚至无法有效工作。


通过热泵将乘员舱、动力电池、驱动总成的深度集成的热泵系统架构,驱动总成的余热回收后为热泵提供高品位辅助热源,使得热泵在零下25℃也能够完全满足乘员舱采暖需求。首创冷媒直接冷却加热式的电池热管理,减少能量传递环节,进一步提升能量利用效率。为解决热泵低温下性能差的痛点,全新e平台3.0,首创驱动总成充电和驱动工况主动产热的黑科技。即使在零下40℃的极端天气,热泵仍然能够正常工作,降低采暖能耗损失。同时有效提高电能到热能的转换率,低温续航里程提升超20%。全面提升续航性能,缓解低温续航衰减的焦虑,是让用户可以随时随地放心开出门的电动车。


e平台3.0热泵系统具有11种工作模式,包括单电池加热模式、单乘员舱采暖模式、乘员舱采暖+电池加热模式、单电池冷却模式、单乘员舱制冷模式、乘员舱制冷+电池冷却模式、乘员舱采暖除湿、乘员舱采暖除湿+电池加热、乘员舱采暖除湿+电池冷却、乘员舱制冷+电池加热模式、乘员舱加热+电池冷却模式,覆盖用户所有采暖制冷使用场景,在冬季制热工况下能效比(COP)可达2~4,能效多倍于市面上普遍使用的PTC加热方式,具备-30~60℃的宽温域工作的能力。


以一般环境温度、低温高湿、极低温三种工况下为例,热源之间的能量传递简洁流畅,有效提高能源利用效率:

一般环境温度:室外换热器从环境中吸取热量进入热泵系统,低温低压冷媒在压缩机内被压缩升温,高温高压冷媒在室内换热器与乘员舱内空气换热,加热后的空气在鼓风机和模式电机的调节下被送入乘员舱内,高压的冷媒在膨胀阀的作用下又成为低温低压的冷媒,完成一个热泵系统循环。

低温高湿:空调系统既要考虑乘员舱内乘客采暖也要兼顾制冷除湿。在整车行驶过程中,由驱动电机工作产生的热源经过板式换热器,和冷媒进行热交换。从压缩机出来的高温高压的冷媒在膨胀阀的作用下,吸收了这部分的热量,从而提升了系统的能效。

极低温: 热泵系统通过驱动电机堵转主动产热,即驱动电机三相电流通过调整每相电流大小、电流方向使电流矢量和为零,达到输入大电流,输出零扭矩的效果,使电机绕线、铁芯持续发热,将电能全部转换为热能供整车使用。有了充足的热源,热泵系统可以适应更低的环境温度,满足用户对车辆使用的需求。


数字资源方面:BYD OS整合控制车上各类硬件设备,根据应用场景,高效调用各硬件功能;用全新的智能域控制架构,解决信号和数字运算的高效传递与控制。


空间资源方面:e平台3.0利用零部件的标准化和集成化,在获得目前最好的人机工程感受同时,为智能汽车必需的智能座舱预留足够的布置空间。


全面优化整车资源,最大限度极致利用整车资源,助力e平台3.0续航里程突破1000km! 


提升整车安全


智能化、电动化的时代已至,汽车的安全体系已经进入多维度安全并行的领域,需要建立新的标准。比亚迪始终践行安全是一辆电动车最大的豪华,同时坚持更严苛的安全标准,按照“超五星”安全标准设计开发,推动新能源汽车行业行稳致远。


e平台3.0颠覆性的将动力电池作为传力路径的一环。至此电动车的传力路径彻底变革,使得在燃油车时代很难达到的车身强度,得以在电动车上轻松实现。标配刀片电池,协同刀片电池类蜂窝铝结构,不仅可以消除电动汽车静态自燃,更在整车碰撞工况中,带来超越燃油车的安全性能。


 刀片电池。刀片电池采用高安全磷酸铁锂化学体系,杜绝电池热失控,轻松通过电池安全领域的“珠穆朗玛峰”——针刺测试;电池包通过电芯与托盘、上盖进行粘连,形成类蜂窝铝板的“三明治”坚固结构,可承受50吨重卡碾压极端测试,进一步加强电池整包的安全性;刀片电池超大长宽比的创新结构,不仅实现了从电芯到整包的直接集成,还大幅提高了电池系统的能量密度和体积利用率。


刀片电池具备超级安全、超级强度、超级续航、超级低温、超级寿命、超级功率 六大特征,完美解决了电池能量密度和安全相互制约的行业难题,成为业内领先的动力电池解决方案。


超级安全:针对电池使用七重安全维度测试,涵盖内部短路、外部短路、过充、碰撞、高压、连接以及危险气体;从电安全、机械安全、热安全、环境可靠性和气体可燃性五个方面进行安全评价验证;从单体、模组、电池包、系统四个层级构建全方位动力电池安全体系;基于复杂工况、全生命周期的安全测试验证,测试体系覆盖面远高于现行国标要求。

超级强度:电池包具备挤压不起火、不爆炸特性,并通过了模拟碰撞,抗压强度等测试。

超级续航:搭载刀片电池的中型车—比亚迪海豹,续航里程轻松突破700km。

超级低温:通过直热加热方式,确保整包在低温下能够快速提升电池工作温度,可满足低温工况下行车需求。

超级寿命:支持超5000次的充放电,循环寿命折算里程远超整车使用年限。

超级功率:充电功率最大可达到150kW以上。目前瞬间最大放电功率363kW,约500马力,百公里加速快至3.8s。


CTB电池车身一体化技术。CTB技术以“电池车身一体化”为核心设计理念,实现了40000+N·m/°的高扭转刚度,大幅提升整车动态响应,赋能操控性能;同时作为车身的一部分参与传力和吸能,实现整车安全性能的大幅提升,让e平台3.0具备全球超五星安全的能力。e平台3.0作为下一代纯电平台的技术标杆,着重聚焦车身安全性从底层优化,开创性提出CTB(Cell to Body)电池车身一体化技术。

1)刀片电池,CTB技术最佳搭档:

CTB技术在“蜂窝“中找到灵感,结合刀片电池独有的长方体结构和超级强度,衍生出“类蜂窝铝”结构,带来电池成组技术里程碑式的革新,通过将刀片电池包与车身刚性连接,二为一形成完整体,并取消传统的车身地板设计,将地板(电芯上盖)-电芯-托盘三者与车身集成,形成高强度的“整车三明治”结构。刀片电池既是能量体,也是结构件,成为车身传力和吸能结构的一部分,在碰撞工况下,车身具备充足的吸能空间及更顺畅的能量传递路径,乘员舱形变大幅减小,给乘客创造了坚固安全的环境,逐步实现事故“零”伤亡。

2)一体设计优化传力路径,碰撞保护硬实力:

CTB技术采用车身地板纯平设计,宽体电池包两侧直接装配在门槛梁上;采用贯通式闭口直梁进行Y向传力,并与电池包中间有效连接,极大提升侧碰能量传递和车身结构的稳定性。基于纯电专属平台独有的特性,对安全传力路径进行重新设计。通过“上中下”三条传力路径实现力的分流,快速分散碰撞能量,坚固保护乘员舱安全。

同时由于CTB技术采用全扁平结构的车身一体化设计,两者高度集成,相较于CTP技术,CTB技术下电池能量密度、体积利用率均实现显著提升,对提升续航里程带来实质性赋能。海豹车型作为全球首款搭载量产CTB技术的车型,在电池安全、整车安全、电池容量上有了大幅提升。

3)高扭转刚度媲美百万级豪车,操控与舒适“双能”:

扭转刚度数与整车操控性和舒适性成正比,扭转刚度越大,在弯道行驶时,整车后轴跟随越快,甩尾越小,车辆操控性越好;扭转刚度越大,在过减速带时,产生的形变越小,车辆舒适性越好。

在CTB技术加持下,刀片电池包与车身集成后,宽包电池作为刚性体结构件加强了车身环形结构,同时优化电池包边框结构设计,电池上盖、电芯和边框参与整车传力,进一步加固底盘结构,平衡整车重心,使整车强度大幅提高,整车扭转刚度达40000+N.m/°,媲美百万级豪华旗舰车型。高扭转刚度带来的舒适性与整车操控稳定性,远超同级别车型,轻松应对各种工况与驾驶需求,快速响应。海豹车型麋鹿测试通过车速达83.5km/h,单移线测试通过车速133km/h,最大横向稳定加速度1.05g,同时借助车身结构的优化带来了更高的轻量化系数,达到行业钢车身顶级水平,比肩钢铝车身。

4)超能密封,无惧全工况全天候的严苛考验

CTB技术通过对车身电池密封面的创新设计:将密封面集成为一个零件,大幅提升密封精度,明显改善密封效果;同时针对密封效果进行了多达21种工况下的严苛测试,共历时5000小时,行程超100万公里,完美验证CTB结构下的强大密封效果。


全层级功能安全和信息安全设计。除了结构安全,在电动汽车上,电气安全设计也尤为重要,比亚迪建立了从电芯到整车的多维度电气安全保护,涉及绝缘检测、漏电保护、短路保护、泄压保护等措施,保证在碰撞、涉水等极端工况整车安全。


通信安全方面:主要是通信数据安全(包含个人隐私安全、敏感信息安全)、车内通信安全及车外通信安全。


系统安全方面:DiOS(包含任务管理、任务通信、存储管理、定时器管理等)、类UNIX OS(包含任务管理、任务通讯、存储管理、网路接口等)。


接口安全方面:主要是驱动接口标准化,包含操作系统接口规范、服务平台接口规范及设备驱动接口规范等。


全层级的功能安全设计,符合全球功能安全最高等级,杜绝电动汽车刹不住、异常加速等问题,还用户一个安全可靠的用车环境。


诠释汽车美学新设计


比亚迪全球设计总监,沃尔夫冈·艾格认为:“好的设计,不是推翻一切,而是用最精准的改变,带来最大的满足”。人类科技奔腾向前,潮流迭起或幻灭。汽车作为凝聚时代美学的产品,最具时代文化气息。但其不变的内核是形势追随功能,即一切都以实用为主,所有的艺术表现都必须围绕着功能来做形式。这与比亚迪的设计理念不谋而合,以人为本,一辆车要能读懂用户的所有需求。


汽车布置方面,纯电专属平台e平台3.0,得益于刀片电池与高强度车身一体化集成:车辆的前后可获得更大的溃缩区、储物区,和更宽敞舒适的内部空间;动力系统降到底部,汽车重心更低,设计的安全性、实用性、稳定性兼顾;刀片电池参与传力,超级安全的特性给整车设计带来了全新思路。


汽车造型方面,车身比例突破燃油车限制,有更多选择空间,身形比例修长,无限逼近美学极限;轴距更长,视觉重心后移,营造出豪华感;重心更低,身姿低趴动感,线条饱满流畅,风阻系数(Cd)低至0.21,接近风阻极限;四棱四角,极致车轮与车身比例,A柱前移、流体力学进气设计等手法持续优化空气动力学设计。


比亚迪独有的美学体系,2016年,比亚迪用现代设计语言,把龙的意向融入汽车外观设计中,让全新一代比亚迪汽车有了新的性格。至此,龙颜设计美学贯穿始终,并不断革新。2019年,“Dragon Face”设计语言,探索出全新的EV前脸设计,赋予“龙须”造型以新的功能,将其从纯装饰升级为视觉效果极强的行车灯。新一代龙颜每一条直线与曲线都具有独特的含义,或支撑美学,或辅佐性能。2021年,龙颜美学设计语言、色彩、工艺持续进化,中国结元素也被引入设计体系,将陆续应用到未来车型。


e平台3.0由技术延伸而来的汽车设计美学的变革之力,将为电动车的造型设计带来无限广阔的可塑性、可变性,重新定义汽车造型美学。


以往的电动汽车,存在诸多问题,安全因素尤为突出。而比亚迪矢志推动新能源汽车产业又快又好发展,就需要解决困扰用户的多方面问题。2020年,比亚迪推出刀片电池技术,大幅提高动力电池安全性,成为e平台3.0开发的重要基础。e平台3.0致力于孵化让用户可以“闭眼买、放心开”的智能电动车,高效合理的空间、能耗、数字资源的利用,软硬件的可升级性,多维度的安全性能,让消费者可以闭眼就能选择到优秀的电动车。同时信息、自动驾驶、碰撞、不自燃等多维度的安全设计等优势,是用户”放心开”的基础。同时,e平台3.0旨在为行业提供下一代智能电动汽车基础解决方案,成为“下一代电动车的摇篮”,技术全面向行业开放共享,共同推进新能源汽车更快更好发展。


基于以上思路开发的e平台3.0,具有智能、高效、安全、美学的核心优势,集比亚迪多年电动汽车研发经验的之大成,承载着比亚迪对下一代智能电动汽车的认知与革新。



本内容来自汽车之家创作者,不代表汽车之家的观点和立场。
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