日媒拆解比亚迪电动车,把零件都拆下来后,他们发现仍有改善空间

今日,社交平台上有博主发文,称日本经济新闻拆解了一辆比亚迪电动车,有三个发现非常有趣:(我觉得是故意黑比亚迪)

1.由于采用了油门刹车一体式踏板,当抬脚时,车辆会强力减速,导致同车试乘者全体晕车

2.该车的焊接水准是「无经验者接受10分钟培训就上手的水平,完全不及格」

3.车内有一个麦克风,日本人以为是高端黑科技,查了很久才明白是唱卡拉OK用的

全文如下:

一,拆解比亚迪海豹(1)是模仿者还是领先者?

《日经XTECH》编辑部和日经BP综合研究所实施了第5期新款电动车的拆解调查企划。此次的项目组选择的车是中国比亚迪(BYD)的纯电动汽车(EV)“海豹(SEAL)”。

海豹是比亚迪的全球战略车。预计2023年底引入日本市场。因此,拆解项目组决定在该车在日本上市之前从中国进口。通过拆解来调查正在进军全球市场的比亚迪的实力。

比亚迪的纯电动汽车“海豹”

全球的纯电动汽车市场持续扩大,比亚迪逐渐崭露头角。从2022年的全球纯电动汽车销量来看,比亚迪仅次于美国特斯拉排在第2位,销售了约86.8万辆。2021年的销量还是约31.8万辆,1年时间增长了两倍以上。

进入2023年以后,比亚迪的势头依然很猛。从各汽车厂商1～3月(第一季度)的中国市场销量来看,比亚迪首次超过德国大众位列第一。

比亚迪已开始进军全球市场。截止到2023年5月,比亚迪开展乘用车业务的国家和地区达到39个。2022年7月宣布进入日本市场。2023年1月,比亚迪在日本推出了SUV型纯电动汽车“ATTO 3”。2022年10月还宣布涉足欧洲市场。

引入日本市场的3款车型

与日本和欧洲汽车厂商同台竞技的比亚迪,已经成为不可忽视的存在。公开信息显示,比亚迪自产零部件的意愿强烈,采用了缩减ECU(电子控制单元)数量的电气电子(E/E)架构。其思路似乎与特斯拉接近。比亚迪是模仿者还是引领者?通过拆解调查来一探究竟。

选择海豹的原因

此次选择的拆解对象是海豹,作为纯电动汽车的高端车型,融入了比亚迪的很多最新技术。

比亚迪的优势之一是电池。比亚迪原本就是电池制造商起家,创立于1995年。目前,比亚迪也是全球份额排名靠前的车载电池制造商。海豹配备了比亚迪的最新电池,被称为“刀片电池”(Blade Battery)的磷酸铁锂(LFP)电池。磷酸铁锂类电池具有热稳定性高、循环寿命长的优点。尤其是纯电动汽车,驱动时会产生很大的功率,热稳定性十分重要。

磷酸铁锂类电池的安全性更高,但与锰类和三元类电池相比,能量密度较低。为了弥补这一点,刀片电池将细长扁平形状的电池单元作为1个结构零部件,直接嵌入电池组内。

除电池外,比亚迪还开发和生产纯电动汽车的主要零部件——驱动马达、逆变器、ECU等。使用这些主要零部件,比亚迪自产了将8个单元合为一体的“八合一”型电动驱动桥,并安装在了海豹的后轮端。

具体来说,八合一的电动驱动桥内嵌入了驱动马达、变速箱、逆变器、车辆控制器、电池管理系统(BMS)、DC-DC转换器、车载充电器、电源分配单元(PDU)。

海豹采用比亚迪的EV专属平台“e平台3.0”。特点是整合了刀片电池和底盘。目的是改善空间利用率,弥补刀片电池能量密度低的特点。最终,空间利用率比上一代“e平台2.0”增加了约50%。

中国版海豹有后轮驱动和四轮驱动(4WD)两种驱动方式。此次项目组购买的是最高端的四驱版。

四驱版在前轮配备的马达最高输出功率为160kW、最大扭矩310N·m,后轮马达最高输出功率230kW、最大扭矩360N·m。都是永磁同步马达。电池容量为82.5kWh,续航距离在中国CLTC模式下为650km。价格为27.98万元,换算成日元约为553万日元。

长4800mm、宽1875mm,正好处于特斯拉“Model S”与“Model 3”之间的尺寸。在日本车中,与日产汽车“Skyline”及丰田“雷克萨斯IS”接近。

海豹到了!

2023年3月下旬,海豹从中国被运到茨城县日立港,之后立即被送往新潟县进行拆解,进行了实车确认和行驶试验。

从市区道路上行驶给人的感觉是容易晕车。电动车与汽油车相比,没有变速,因此加速更加灵敏。正因为如此,即使驾驶员开车很稳,乘客也会晕车。由于加速时发动机没有声音,人体习惯“无声加速”需要时间。与其他公司的电动车相比,感觉海豹也更容易晕车。尤其是后座随着电动车特有的加速,道路凹凸不平明显,乘坐舒适性不好。

弯道可以感受到电动车特有的灵敏加速。百米加速只需3.8秒。由于是四驱,猛踩油门也不会损坏牵引力,拐弯十分平稳。不过可能是对加速还不习惯的原因,司机在驾驶途中也感觉到了晕车。

海豹配备了一些日本车和欧洲车没有的装备和功能。中央显示屏通过旋钮可以切换竖屏和横屏。中控台配备了卡拉OK的麦克风。此外,还有很多以前在日本车上没有见过的装备,比如电动车和混动车低速行驶时会像垃圾车一样播放音乐,向周围提示有车辆靠近。

卡拉OK麦克风

持续快速增长的比亚迪比特斯拉及日欧汽车厂商的技术领先了多少?拆解项目组在2023年4月底进行了拆解调查,探寻比亚迪的技术实力。请继续关注本栏目。

二,拆解比亚迪海豹(2)是电池也是车身的CTB技术

“先从电池开始拆吧。因为我觉得只是用底面的螺栓固定住了”。比亚迪纯电动汽车“海豹(SEAL)”的拆解调查已经开始(图1)。

拆解比亚迪的EV“海豹(SEAL)

不用说,电池是左右电动汽车性能的重要部件。虽然为了提高能量密度,电池新材料的研发不断推进,但并不会快速提高。某车企的EV技术人员指出,作为延长续航距离的现实办法,各家车企竞相“提高电池的配备效率,尽量增大容量”。

在这种背景下,比亚迪在海豹上采用的技术是“CTB(Cell to Body)”。通过使电池组起到车身构造体的作用,减少部件个数以确保空间,从而可以配备更多电池单元。

比亚迪采用了磷酸铁锂(LFP)类锂电池。与作为正极活性物质的主要成分使用镍(Ni)、锰(Mn)、钴(Co)的三元(NMC)电池相比,磷酸铁锂类的能量密度一般更低。预计是为了弥补这一缺点而采用了CTB。

电池的安装方式与大众“ID.3”不同

为了研究支持CTB技术的电池组和车身,项目组从车身上拆下了配置在底板下面的电池(图2)。拆解是在日本新潟国际汽车大学校(通称GIA)的协助下实施的。日经BP的拆解项目之前已在该校的基地调查了美国特斯拉的EV“Model 3”、“ModelS”及德国大众的“ID.3”。

拆下底板确认电池

ID.3是将固定电池组的所有螺栓都配置在车体外部的底板下面。这样设计考虑到了在车辆生产线上安装电池组时的操作性,在车辆报废后拆下电池回收利用时也方便取下电池组。

拆解项目组在此前的拆解中了解这些优点,曾经以为比亚迪的海豹也会采用跟ID.3一样的设计。

“哎呀,拆不下来。或许是Model 3的模式……”,负责拆解的技术人员脸上露出困惑的表情(图3)。

拆除车身外部的螺栓之后,电池并没有松动

把用来固定电池组的车身底面的螺栓全部拆除之后,海豹的电池仍没有拆下来。拆解Model 3时,必须把座椅和地毯等拆掉,再把固定车身和电池组的螺丝拧下来,才能把电池拆卸下来。这样的记忆再次浮现。

检查海豹的车厢内时,在后座的脚底下、前座稍微隐蔽的位置发现了固定电池的螺栓。这样的话,即便没有准备特殊工具也能拆卸。虽然不需要拆卸座椅和地毯等繁杂的作业,但有的螺栓需要从上端拆除,因此拆解难度介于ID.3和Model 3之间(图4)。

从海豹上拆下电池组时的情形

用密封圈来确保密封性

拆下海豹的电池组后,让人感到吃惊的是车身一侧的结构。竟然没有地板。准确来说,是电池组的上表面同时起到了车身地板面的作用(图5)。ID.3和Model 3等大多数纯电动汽车都在电池组上面配置了钢板(图6、7)。

图5拆掉电池组之后,可以看到地面

图6大众的ID.3拆下电池组之后的样子。上面有钢板

图7特斯拉的Model 3虽然厚度只有0.6mm,但也配置了钢板

海豹在电池组上配置了横梁(cross member),目的是确保车身的强度以及保护电池避受碰撞冲击。上面是地毯。用发泡材料填充了电池组与地毯之间因横梁厚度而产生的空隙(图8、9)。

图8用海绵填充空隙 在横梁之间配置了发泡材料

图9揭下地毯之后,出现了大洞 拆解工作接近尾声时的情形

为了防止路面噪声和水等进入,海豹采用了下车体和电池组上部紧贴在一起的结构。具体来说,对电池组上表面的外周进行了彻底的密封处理(图10)。通过拧紧电池组的固定螺栓,使密封圈和下车体紧贴在一起,由此提高了车厢内的密封性。如上所述,电池组上表面同时起到了车身地板的作用,因此很平坦,密封处理并不难。

海豹的电池组 围住上表面外周的灰色部分是密封圈

CTB技术让电池组同时起到了车身构造体的作用。通过功能整合减少了零部件数量,而且有利于降低成本。可谓是拥有电池和汽车双重制造商身份的比亚迪才能专门设计出来的结构。

三、拆解比亚迪海豹(3)磷酸铁锂密度不输三元

560.0kg,这是从中国比亚迪(BYD)的纯电动汽车“海豹(SEAL)”上拆下来的电池组质量。以这些数字为基础,项目组比较了比亚迪与美国特斯拉(Tesla)、德国大众的纯电动汽车。

从车身拆下来的海豹电池组的制造商为比亚迪旗下的中国无为弗迪电池有限公司(Wuwei FinDreams Battery、图1)。电池组上标明的电流容量为150Ah,电压为550.4V。由此可以计算出电池容量为82.56kWh,与标示值82.5kWh没有差异。作为电池组的质量能量密度为147.4Wh/kg。

图1海豹的电池组,质量为560.0 kg。电池容量为82.5kWh

日经BP的项目组过去拆解调查过的纯电动汽车数据如下。特斯拉“Model 3”的电池组质量为451.5kg,电池容量为75kWh,质量能量密度为166.1kWh/kg。大众“ID.3”的电池组质量为374.5kg,电池容量为58kWh,质量能量密度为154.8Wh/kg。

ID.3和Model3均采用将镍(Ni)、锰(Mn)和钴(Co)作为正极活性物质的主要成分的三元(NMC)锂电池。另一方面,海豹采用的电池是磷酸铁锂(LFP)类。

一般来说,磷酸铁锂电池在质量能量密度方面显得逊色。日本一家电池制造商的技术人员表示,“按电池单元的产品比较,磷酸铁锂电池的质量能量密度比三元电池低约3～4成”。但是,海豹的质量能量密度仅比ID.3少5%。比亚迪通过提高电池单元的成组效率,提高了电池组的能量密度,接近ID.3。

以车身保护电池的特斯拉

特斯拉在质量能量密度比较中占优势的因素之一是电池组的结构。值得注意的是外围部分。比亚迪的海豹和大众ID.3为了保护电池免受碰撞时的冲击,在电池组的外围设置了铝合金制的加强部件(图2)。

图2 ID.3的电池组 在外围配备了铝合金造的加强部件

特斯拉Model3的电池单元没有这种加强部件,作为电池组来说变得更轻(图3)。冲击全部都由车身承受。侧梁(sidesill)、中柱(CenterPillar)、车顶纵梁(roof rails)和地板横梁(Floor Cross Member)等采用了抗张强度为980MPa级以上的超高强度钢板。由此,在发生侧面碰撞时,特斯拉的电池组和乘客舱不会变形。

图3 Model3的电池组 外围没有加固部件。

“过度保护”的丰田

与特斯拉形成鲜明对比的是,丰田利用坚固的加固零件来保护电池免受碰撞时的冲击。丰田纯电动汽车“bZ4X”的电池组经过精心设计,参与开发的相关人士将其描述为“过度保护”(图4)。

图4 bZ4X的电池组 照片为取下电池单元的状态。丰田对电池组侧面进

bZ4X电池组侧面的加固部件长度(从最外部到电池的距离)单侧约为20cm。利用这个长度吸收碰撞能量,是比亚迪海豹和大众ID.3的2倍左右。丰田相关人士表示,“bZ4X重视安全方面”。

加固部件的长度和电池的搭载容量成为权衡关系。如何在确保安全性和延长续航里程之间取得平衡,或将成为汽车厂商的比武擂台。

四、拆解比亚迪海豹(4)八合一电动驱动桥省电缆

中国比亚迪(BYD)的纯电动汽车(EV)“海豹(SEAL)”的拆解项目已进入与自主“刀片电池”并列为主要零部件的电动驱动桥的调查阶段。日经BP拆解的是四轮驱动(4WD)车型,前后轮各搭载1个电动驱动桥。本次介绍值得特别关注的是后轮处的电动驱动桥(图1)。

图1后轮处的电动驱动桥的搭载位置 搭载在电池组的后方

EV动力总成周边的整合化在加速

电动的动力总成(Powertrain)及其周边零部件正在迈向整合化。其代表就是正在成为EV核心零部件的电动驱动桥。把驱动马达、逆变器、齿轮箱(减速器与差速齿轮装置)作为3种主要部件合为一体的“三合一”模式正在成为主流。

在周边零部件中,具有DC-DC转换器、车载充电器、配电单元(PDU)实现一体化的案例。日经BP在2019年拆解的美国特斯拉(Tesla)的EV“Model 3”把这些零部件集中到设在电池组后方上部的名为“阁楼(Penthouse)”的箱体中。

最近出现了似乎把这2种整合趋势结合在一起的例子,以中国为中心成为一种趋势。把3种主要零部件、DC-DC转换器、车载充电器、电池管理系统(BMS)等集成到1个模块中,被称为“X合一”。

致力于强化汽车业务的中国华为技术已经开发出把3种主要零部件、DC-DC转换器、车载充电器、BMS、PDU一体化的电动驱动桥的标准产品。作为电动驱动桥的海外厂商在中国市场占据首位的尼得科(原日本电产)也表示,计划2024年6月投放整合了与华为相同零部件的电动驱动桥注)。

注)据称尼得科还将根据客户要求增加PTC(Positive Temperature Coefficient)加热器。

比亚迪可以说是这种X合一潮流的引领者。在海豹和“ATTO3”等全球战略EV车型上,集成8种零部件的电动驱动桥已经实用化。据悉,比亚迪的八合一电动驱动桥除了3种主要零部件、DC-DC转换器、车载充电器、BMS、PDU之外,还把车辆控制器集成到一个模块中。整合的目的是“有效利用车内空间,降低成本,实现轻量化”(比亚迪)。

下面,让我们来看看从车辆上拆下的八合一电动驱动桥(图2)。

图2从车辆上拆下的后轮处的八合一电动驱动桥 马达上附有可能是用

采用简单的2层结构

八合一电动驱动桥的结构为2层,下部配置马达和齿轮箱单元,上部配置逆变器、DC-DC转换器、车载充电器等组成的高压零部件单元(图3)。这种零部件配置与许多三合一电动驱动桥采用的形式大致相同。类似于把三合一中,相当于逆变器的部分替换为集成高压零部件的单元。

图3拆下电缆和外罩的八合一电动驱动桥的外观

外形尺寸(标称值)为车辆前后方向591.3×宽度方向612.2×高度方向360mm。虽然把八种零部件合为一体,给人的印象却很紧凑。标称质量为104～106 kg,实际测量结果为114 kg。

显眼的高压电缆较少

比亚迪的八合一电动驱动桥引人注目的是用于连接的高压电缆数量少。与电动驱动桥通过高压电缆连接的有3处,分别是电池组、直流电源用充电口、交流电源用充电口(图4)。通过把DC-DC转换器、车载充电器、BMS集中至电动驱动桥,尽量减少了高压电缆和连接器。

图4后轮处的电动驱动桥的侧面

有分析认为,比亚迪进行整合的目的之一是降低成本,很大程度上是通过削减这些高压电缆和连接器来实现的。对于EV和混合动力车(HEV)等电动汽车来说,这些高压电缆和连接器是不可或缺的零部件,但也有人感叹“总之成本很高”(美国大型零部件企业的动力总成技术人员)。

安装高压电缆多为手工作业,由于电缆直径较粗且较硬,因此难以操作。如果能减少电缆数量,应该也能减轻配线作业的负担。

与大众ID.3的不同

如果分别配置三合一电动驱动桥和DC-DC转换器、车载充电器、BMS,则所需的高压电缆数量和连接器个数会随之增加。以日经BP在2021年拆解的德国大众(VW)首款EV“ID.3”为例很容易理解。

ID.3在后轮处搭载三合一电动驱动桥,DC-DC转换器与车载充电器分别配置(图5)。电动动力总成及其周边零部件的高压电缆的连接包括(1)逆变器和电池组(2)DC-DC转换器和电池组(3)车载充电器和电池组(4)直流电源用充电口和电池组(5)交流电源用充电口和电池组,共有5个系统。

图5大众ID.3的高压零部件的配置

此外,ID.3把BMS内置于电池组中,通过高压电缆把9个电池模块与BMS连接起来(图6)。

图6大众ID.3的电池组

电动动力总成和周边零部件的集成不仅可以减少高压电缆和连接器。与单独配置各个零部件相比,还可以减少零部件数量和占用的体积。有分析认为,由于可减少容纳各零部件的外壳数量,因此也有助于削减金属材料等。

五、拆解比亚迪海豹(5)电动驱动桥并非一味降成本

中国比亚迪(BYD)的“八合一”电动驱动桥把8个零部件合为一体。除了驱动马达、逆变器、减速器这3个主要零部件外,还把DC-DC转换器、车载充电器、电池管理系统(BMS)等也合为一体。从比亚迪纯电动汽车(EV)“海豹(SEAL)”的后轮处拆下电动驱动桥后,本次展开进一步拆解,调查个别零部件(图1)。

图1:比亚迪海豹的八合一电动驱动桥

比亚迪八合一电动驱动桥的构成零部件如(图2)所示。首先从驱动马达来看。最高输出功率为235kW,最大扭矩为360N·m的永磁同步马达(PMSM)的内部是什么样子?

图2:八合一电动驱动桥的构成

永磁同步马达(PMSM)是在EV拆解调查中很难拆的零部件之一。因为定子和转子凭借强大的磁力固定得很牢固。之前拆解过美国特斯拉“Model S”和“Model 3”、德国大众“ID.3”的技术人员们这次也被迫面临困难(图3)。即便如此,终于成功分离了定子和转子。

图3:与强大的磁力斗争,分离定子和转子

八合一电动驱动桥的马达出现了(图4)。定子的绕线使用的是扁线(图5)。成本比圆线高,但容易提高占积率(铜线在线圈截面积中的占比),有利于提高马达的效率。或许因为海豹在比亚迪的EV中是旗舰车型,并未选择一味降低成本。

图4后轮处的驱动马达的定子 前端包覆有被认为用于绝缘的树脂

图5定子的内部 似乎通过使用扁线作为绕线,提高了马达的效率。

在此前日经BP拆解的纯电动汽车中,大众的ID.3与海豹一样,在马达定子中采用了扁线。而日产汽车的“Leaf”(中国名:聆风)、特斯拉的Model S、Model 3则使用了圆线。

从颜色的变化来看,转子似乎被分成了5个块体(图6)。转子2端的轴承上带有“FAG”字样,可见是德国舍弗勒(Schaeffler)的产品。

图6后轮处的驱动马达的转子

与特斯拉和大众的共同点

接下来,我们来看一下拆开的齿轮箱的内部。减速器是现行量产纯电动汽车的电动驱动桥中主流的3轴(平行轴)型(图7)。采用单档2级式结构,与特斯拉的Model 3和大众的ID.3减速器相同(图8)。安装在从马达伸出的输入轴上的轴承是瑞典斯凯孚(SKF)的产品。

图7八合一电动驱动桥的减速器

图8从上面看减速器的齿轮机构

由逆变器、DC-DC转换器、车载充电器等构成的高压零部件单元目前尚处于拆掉外盖部分的阶段(图9、10)。计划在实施2次拆解之后,再介绍详细情况。

图9高压零部件单元的上侧

图10高压零部件单元的下侧

与大众ID.3的电动驱动桥及其他高压零部件对比一下就会发现,在比亚迪海豹的八合一电动驱动桥中,印有供应商名称的单独零部件很少。除了全球市场份额数一数二的电池之外,估计驱动马达、逆变器、其他高压零部件也大多由比亚迪自己开发。比亚迪的汽车业务号称采用垂直整合模式,其实力之强大可从八合一电动驱动桥窥见一斑。

六、拆解比亚迪海豹(6)前后轮驱动马达不同

中国比亚迪(BYD)的纯电动汽车(EV)“海豹(SEAL)”的拆解项目已经进入前轮处的电动驱动桥的调查。值得关注的是采用了与后轮处不同类型的驱动马达。

移除前发动机罩下的前备箱,逆变器就会显露出来(图1)。确认安装位置后,像后轮处一样从车身下方取下电动驱动桥。

图1移除前发动机罩下的前备箱的情形

现身的是驱动马达、逆变器、减速器这3个主要零部件实现一体化、被称为“三合一”的普通电动驱动桥(图2)。结构为在马达和减速器的单元上方搭载逆变器的双层结构(图3)。这是许多三合一电动驱动桥采用的零部件配置。其质量的标称值为88.5kg,实际测量时为90kg。

图2从车辆上拆下的前轮处的电动驱动桥

马达和逆变器的外壳上安装了外罩。被认为是用于降低声音和振动。

图3前轮处的电动驱动桥的零部件配置

逆变器安装在马达和减速器的单元上方。这个双层结构与后轮处基本相同。

把拆下的前轮处的电动驱动桥分解为单个零部件。拆除逆变器后,可以确认驱动马达的制造商是比亚迪旗下的中国抚州比亚迪实业有限公司(Fuzhou BYD Industrial)。本次还进一步把马达拆解为定子和转子。

“比预想的更轻松地完成拆解。咦,结构与后面(后轮处)不一样”。后轮处使用的是在现行纯电动汽车上主流的永磁同步马达(Permanent Magnet Synchronous Motor、PMSM)。定子和转子借助强磁力固定,难以分解,但前轮处则轻松拆下。观察定子的结构,与后轮处有所不同(图4)。

图4前轮处的驱动马达的定子

线圈等与后轮处的驱动用马达有所不同。

为了确认是否使用了永磁体,将铁棒靠近转子,但没有反应(图5)。仔细观察马达的外壳,发现上面印着“Asynchronous Motor”(异步马达)的字样。有鉴于此,前轮处的驱动马达应为感应马达(Induction Motor、IM)。

图5前轮处的驱动马达的转子

将铁棒靠近,没有任何反应。最高转速为16500rpm。

前后马达的选择与特斯拉相同

比亚迪海豹是主要依靠在车辆后部搭载永磁同步马达的后轮驱动(RWD)纯电动汽车。此次日经BP拆解的是最高端款的四轮驱动(4WD)车型,以后轮驱动车的标准款为基础,在前轮处追加了感应马达(IM)。作为主要驱动源的后轮处永磁同步马达(PMSM)的最大输出功率为235kW,最大扭矩为360 N·m。前轮处的感应马达的最大输出功率为160kW,最大扭矩为310 N·m,输出功率和扭矩均小于后轮处。

以在后轮处搭载永磁同步马达的后轮驱动车为基础,在高端款的前轮处追加感应马达,使之成为四轮驱动车,这一思路与美国特斯拉的“Model 3”和“Model Y”如出一辙。Model 3和Model Y的标准款均为后轮驱动车,针对高端款设计为四轮驱动车。两者均在后轮处采用永磁同步马达,在前轮处采用感应马达(图6)。

图6特斯拉“Model 3”的前轮处的电动驱动桥

驱动马达为感应马达。

从四轮驱动的纯电动汽车来看,根据行驶条件,前轮处存在不工作的时间,在此期间转子空转。永磁同步马达在转子中嵌入了永磁体,在空转时转子和定子的线圈之间产生的吸力会导致拖曳阻力,从而导致耗电增加。把基于后轮驱动的纯电动汽车改为四轮驱动时,出现了在前轮处使用感应马达的例子。

感应马达也存在缺点。那就是功率密度小于永磁同步马达,如果要产生相同的输出功率,则感应马达的体积要大于永磁同步马达。不过,就像比亚迪的海豹、特斯拉的Model 3和Model Y的前轮处一样,“作为辅助的驱动源时不需要太大扭矩,因此即使用感应马达也可以控制体积”(美国零部件巨头的动力总成技术人员)。

此外,感应马达属于不使用稀土的马达,因此在规避地缘政治风险方面也备受关注。永磁同步马达使用钕(Nd)磁铁,为了在高温环境下提高保磁力(保持磁力的能力),通常添加镝(Dy)和碲(Tb)等重稀土元素。稀土生产集中于中国,还存在价格上涨等风险。

比亚迪是一家中国企业,如果是在国内生产,几乎不会出现采购稀土的隐忧。不过,该公司也开始在海外生产,预计泰国的乘用车组装工厂2024年投产。在电动汽车的驱动马达方面拥有永磁同步马达以外的选项,也有助于应对海外生产过程中稀土采购出现问题的情况。比亚迪把感应马达掌握在自己手中是否是在为全球扩张铺路?

七、拆解比亚迪海豹(7)热管理系统显露真容

随着对中国比亚迪(BYD)的纯电动汽车(EV)“海豹(SEAL)”的拆解不断推进,前发动机罩下的马达舱中出现了一个格外引人注目的大型零部件(图1)。这个零部件连接着多个冷媒配管和冷却剂软管,这是海豹的热管理系统的中枢。在毫无浪费地利用纯电动汽车整体热量的同时,发挥把空调和电池温度保持在最佳状态的作用。

因为装有9个电磁阀,所以拆解小组将其命名为“Nonavalve”。“Nona”在拉丁语中意为9。这个叫法效仿了美国特斯拉作为“热量司令部”、定位为纯电动汽车核心零部件的八通阀“Octovalve”。日经BP将分3次对海豹的热量管理系统进行分析。

图1从马达舱取出“Nonavalve”的情形

在Nonavalve的9个电磁阀中,有6个是切换冷媒流路的切换阀(图2)。用于切换空调的制冷/制热和电池的加热/冷却功能,或者开关连接冷凝器和热交换器的回路。剩下的3个是调节(减压)冷媒压力的膨胀阀。发现它们分别用于制冷、制热和电池。

图2各电磁阀的作用

电池采用冷媒直冷

进一步进行拆解调查,海豹的热管理系统的全貌浮出水面。海豹采用了将冷媒回路和水回路统筹起来的热管理系统(图3),后面将详细介绍。通过Nonavalve的开关组合,可应对空调的制热/制冷、电池的加热/冷却组合起来的全部8种模式。

图3海豹的热管理系统

灰色为冷媒回路,绿色为水回路。

首先,让我们看看Nonavalve周围的冷媒回路。

Nonavalve上连接着10根冷媒配管(图4)。分别是连接压缩机、车外冷凝器、空调系统(HVAC)内的冷凝器和蒸发器、以及电池这5个组件的往返管道。也就是说,海豹的空调和电池通过热泵系统来控制温度。要实现电池的加热/冷却,需使冷媒流入贴在电池底部的冷却板中(图5)。

图4海豹的冷媒回路

10根管子从Nonavalve伸出来。分别是连接压缩机、车外冷凝器、HVAC内的冷凝器和蒸发器、电池等5个组件的往返管道。不过,与电池相连的管道隐藏在Nonavalve的下方。冷媒是R-134a。

图5贴在电池底部的冷却板

自下往上看正在拆解的海豹的样子。

驱动系统利用水冷,排热用于空调制暖

在Nonavalve的底部,安装了一个板式换热器,从中伸出2根散热器软管(图6)。顺着软管观察,发现其与电动驱动桥相连。看起来,逆变器和马达等驱动系统是用独立的水(冷却剂)回路来冷却的。

图6安装在Nonavalve底部的板式换热器

首先,在装有逆变器和控制基板等的外壳内放入冷却剂,使其冷却。然后通过安装在减速器外侧的板式换热器,使马达冷却用的油冷却(图7)。

图7海豹的电动驱动桥

图为后轮处的电动驱动桥。海豹有两轮驱动和四轮驱动两种型号。在两轮驱动型号上,与照片相同的水回路仅在前轮处有。在四轮驱动型号上,前轮处和后轮处的水回路串联起来。

在冷却逆变器和马达之后,冷却剂的温度上升,再次通过Nonavalve的板式换热器和安装在汽车前部的散热器进行冷却。另一方面,从冷媒的角度来看,它获得了逆变器和马达的排热。也就是说,这些热量可以用于空调制暖和电池加热。

这是海豹的热管理系统的全貌

海豹的热管理系统把冷媒回路和水回路统筹起来。借助Nonavalve的开关的组合,支持仅对空调或电池进行加热/冷却的4种模式、以及同时对空调和电池进行加热/冷却的4种模式。不过,空调制暖时将并用冷媒的热(热泵)与HVAC内设置的PTC加热器。

例如,在“制热&电池加热”模式下,通过关闭冷凝器用和电池冷却用切换阀,形成如(图8)所示的冷媒回路。系统运行是这样的:用压缩机加热的冷媒区分为车内冷凝器和电池,分别加热。然后冷媒通过膨胀阀,温度下降,通过板式换热器使冷却剂降温。同时回收逆变器和马达的排热,重新返回压缩机。

图8“制热&电池加热”模式的冷媒回路

与特斯拉“Octovalve”看似相同实则不同的比亚迪“Nonavalve”

可以说Nonavalve简直是海豹的“热量指挥部”。特斯拉的Octovalve也作为纯电动汽车中的热量司令部,发挥切换冷却剂的流路、控制纯电动汽车整体温度的作用。

但是,两家公司的热管理系统有很明显的不同。最大的不同是电池的冷却(和加热)方式。海豹采用冷媒直冷方式,特斯拉的车辆则采用冷却剂使电池降温。

实际上,像特斯拉那样把热管理整合到水回路、被称为“水集中型”的系统“正在成为纯电动汽车热管理的主流”(某汽车零部件制造商的技术人员)。实际上,丰田“bZ4X”和德国大众“ID.3”的热管理系统的构成均与特斯拉相似。

比亚迪到底为什么在海豹的电池冷却上选择冷媒直冷方式呢?下次,我们来分析一下海豹的热管理系统的设计思路。

八、拆解比亚迪海豹(8)热管理对比日美德系车

日经BP对中国比亚迪(BYD)的纯电动汽车(EV)“海豹(SEAL)”进行拆解调查,弄清了热管理系统的全貌。海豹的热管理系统中值得一提的是,电池的冷却/加热采用冷媒直冷方式。与日本丰田、德国大众、美国特斯拉采用的水冷方式有所不同。

冷媒直冷方式是指绕过空调的热泵系统、通过把冷媒注入贴在电池上的冷却板来对电池进行冷却/加热的方式。水冷方式是从热泵系统通过板式换热器等将热量从冷媒传递到水(冷却剂)、以水作为热介质调节电池温度。

如果单从电池来看,只不过是用冷媒冷却还是用水冷却的差异而已。但是,从纯电动汽车的整体热管理系统来看,两者的差异随处可见。

4家公司的热管理一举公开

下面比较一下各公司的热管理系统。图1～4分别显示出比亚迪“海豹”、丰田“bZ4X”、大众“ID.3”、特斯拉“Model Y”的热管理系统的概要。不过,这里省略了一些未弄清楚的零部件。

图1比亚迪海豹的热管理系统概要

图2丰田bZ4X的热管理系统概要

图3大众ID.3的热管理系统概要

图4特斯拉Model Y的热管理系统概要

丰田、大众、特斯拉均采用了把空调以外的热管理全部集成到水回路中的“水集中型”系统。至于丰田,空调制热也采用水回路。相比之下,比亚迪只有逆变器和马达用水冷却,其他则使用冷媒进行冷却/加热。与3家公司不同的选择体现了比亚迪的个性。

冷媒直冷重量轻、成本低

比较一下图1～4的回路图,水集中型看起来更加井井有条。但实际上,随着水泵和切换阀等零部件的增加,“冷媒回路可以更轻、更紧凑地整合系统”(某汽车零部件制造商的技术人员)。在成本方面,也存在“水回路价格更高”(同前)的趋势。

另一方面,与冷媒相比热容更大的水具有可承受电池等突然发热的优势。“纯电动汽车搭载的电池容量逐年增加,水集中型正在成为主流”(同前)。

在使用冷媒的潜热(状态变化的能量、汽化热)进行冷却的冷媒直冷方式中,蒸发后的冷媒气体的温度大幅上升。因此,存在电池冷却板的冷媒入口附近充分冷却、但出口附近有时几乎不冷却的情况,容易产生冷却不均(图5)。

图5冷媒直冷方式的冷却不均的示意图

水冷方式(左)与冷媒直冷方式(右)的区别。从冷媒直冷方式来看,冷媒蒸发变为气体后温度大幅上升。

由此可知,冷媒直冷方式适用于车辆的装载容积有限的紧凑型纯电动汽车等。例如,日产的轻型纯电动汽车“樱花”(Sakura、电池容量为20kWh)采用冷媒直冷方式。由于搭载的电池容量小,发热量少,因此不需要像水冷方式那样高的冷却性能。在成本方面也具有优势。

但是,调查上述对比的4款车型的电池容量后发现,虽然不同车型存在差异,但海豹的电池容量为82.5kWh、bZ4X约为71kWh、ID.3约为58kWh、Model Y约为75kWh,实际上海豹的电池容量最大。那么,为什么海豹能够采用冷媒直冷方式呢?有分析认为,原因与电池种类的不同有关。

利用磷酸铁锂电池的温度特性设计热管理系统?

海豹采用磷酸铁锂(LFP)类的锂电池(图6)。而bZ4X和ID.3则搭载使用镍(Ni)、锰(Mn)、钴(Co)作为正极材料的三元类(NMC)锂电池。Model Y使用的是正极材料采用镍、钴、铝(Al)的NCA类锂电池*。

图6从海豹上取出电池的情形

* Model Y 的部分车型搭载磷酸铁锂电池。

对于海豹热管理系统的设计依据,一家汽车零部件制造商的技术人员提出看法称,“磷酸铁锂类电池与三元类(以及NCA类等高能量密度的锂电池)相比,温度特性优越。或许是由于不需要严格的温度管理而采用了冷媒直冷系统”。

温度特性是指电池在环境温度下不易降低性能的性质。当电池暴露在低温或高温环境中时,电压会发生变化,出现本来的性能无法发挥或加速老化等情况。

磷酸铁锂类电池“由于电解液难以分解”(电池专家),高温情况下的温度特性优异。具体来说,“三元类电池应控制在60℃以下,而磷酸铁锂类电池则可以承受到80℃左右”(同前)。因此,可以认为就算面临上述的冷却不均,磷酸铁锂类电池也不易出现老化。

比亚迪的海豹采用了以安全性高、价格低廉为卖点的磷酸铁锂电池。可以看出受益于高温特性卓越的磷酸铁锂电池,通过采用冷媒直冷方式的热管理系统,有进一步降低成本的意图。

九、拆解比亚迪海豹(9)热管理系统有8种模式

本文对中国比亚迪的纯电动汽车(EV)“海豹(SEAL)”的热管理系统进行分析。介绍热管理的核心零部件“Nonavalve”的运行情况。

Nonavalve是一个由9个电磁阀组成的热泵系统的冷媒配管零部件(图1)。借助电磁阀开关的组合,可以在空调制热和制冷、电池加热和冷却、或者同时让空调与电池加热/冷却全部8种模式之间切换。简直就是海豹的“热量司令部”。

图1从发动机罩下的马达舱拆下的Nonavalve

Nonavalve的名称由拆解团队参考美国特斯拉定位为纯电动汽车的热管理司令部的八通阀“Octovalve”命名的。“Nona”在拉丁语中意为9。

Nonavalve的全部8个模式如此运行

关于Nonavalve的9个电磁阀的详细作用,请参考之前的《拆解比亚迪海豹(7)》。下面将就海豹的热管理系统的全部8种模式,具体介绍各模式启动的条件和Nonavalve的运行情况。

(1)空调制热

在空调制热模式下,用于冷凝器、电池加热和电池冷却的切换阀、以及制冷用膨胀阀关闭(开度为零)(图2)。压缩机产生的高温、高压冷媒被输送到车内的冷凝器中,使车内的空气变暖。但是,如车内温度仍未达到设定的温度,将同时启动PTC加热器。

然后,通过制热用膨胀阀减压、降温的冷媒,通过板式换热器冷却水回路中的水(冷却剂)。此时,水通过逆变器和马达的排热加热,然后把热量转移到冷媒中,作为制热的热源实现再利用。

图2空调制热模式的系统概要

冷媒回路的颜色表示冷媒的温度,其中红色为高温,黄色为中温,蓝色为低温。下面,图3～9也是如此。

(2)空调制冷

在空调制冷模式下,用于板式换热器、电池加热、电池冷却、空调制热的切换阀关闭(图3)。此外,为了使制热用膨胀阀不起作用,开度变为全开。

压缩机产生的高温、高压冷媒在前格栅内侧的车外冷凝器中冷却。然后,通过制冷用膨胀阀减压、降温的冷媒经过蒸发器来冷却车内空气。

图3空调制冷模式的系统概要

(3)电池加热

锂电池通常会随着温度的降低而出现内部电阻增加,结果放电容量将缩小。在纯电动汽车上,这直接关系到续航距离,因此在低温环境下需要对电池进行加热,以发挥原有的性能。根据海豹的服务手册,当电池温度低于6℃时,将进入电池加热模式。当温度升至10℃以上时,电池加热会停止。

在电池加热模式下,通过打开用于电池加热的切换阀,使高温、高压冷媒流向电池,为电池加热(图4)。用于空调制冷、冷凝器、电池冷却的切换阀和制冷用膨胀阀关闭。

图4电池加热模式的系统概要

(4)电池冷却

电池冷却模式是为了防止高温导致电池劣化而准备的。当电池的温度超过38℃时启动,冷却到33℃以下时关闭。用于电池加热、板式换热器、制热的切换阀和制冷用膨胀阀关闭。与空调制冷模式相同,制热用膨胀阀的开度为全开(图5)。

图5电池冷却模式的系统概要

(5)空调制热+电池加热

作为同时启动空调制热和电池加热的场景,冬季行驶开始之前应该是最多的。用于冷凝器和电池冷却的切换阀和制冷用膨胀阀关闭(图6)。压缩机产生的高温、高压冷媒经过连接车内冷凝器和电池的并联回路。在板式换热器之前汇合,回收逆变器和马达的排热后,再返回压缩机。

图6空调制热+电池加热模式的系统概要

(6)空调制热+电池冷却

同时启动空调制热和电池冷却的场景,可以想到冬季持续行驶时和快速充电时。要关闭用于电池加热、冷凝器和空调制热的切换阀,以及制冷用膨胀阀(图7)。把电池的排热用于空调制热。

图7空调制热+电池冷却模式的系统概要

(7)空调制冷+电池加热

用于电池冷却、空调制冷、冷凝器、空调制热的切换阀关闭(图8)。虽然这种模式在系统上是可行的,但实际上几乎没有机会使用。这是因为如前所述,进入电池加热模式的条件是电池温度低于6℃。在这样的环境中无需使用空调制冷。

图8空调制冷+电池加热模式的系统概要

(8)空调制冷+电池冷却

同时启动空调制冷和电池冷却,主要集中在车外气温较高的夏季。用于电池加热、板式换热器以及空调制热的切换阀关闭(图9)。经过车外冷凝器的冷媒流向蒸发器和电池,分别冷却车内的空气和电池。

图9空调制冷+电池冷却模式的系统概要

十、拆解比亚迪海豹(10)车身ECU结构模仿特斯拉?

“ECU(电子控制单元)很少呀”——拆解调查中国比亚迪的纯电动汽车(EV)“海豹(SEAL)”时,项目成员和负责拆解的维修技术人员数次发出这样的声音。

纯电动汽车的零部件数量被认为比配备内燃机(ICE)的汽车少,但现有汽车制造商的现行车型并没有将ECU减少到极致。从事车身ECU生产的一家零部件厂商的技术人员分析称,“现有汽车企业由于受到底盘(PF)和各个交车地区不同法规的限制,很难减少ECU”。

在现有厂商未采取行动的情况下,比亚迪在海豹等采用的纯电动汽车专用底盘“e平台3.0(e-Platform 3.0)”中,使电子电气(E/E)架构“由分散型进化为整合型”(该公司)(图1)。ECU的集成度达到什么水平了呢?

图1从“e-Platform 3.0”开始引入的电子电气架构的示意图

如图所示,车辆前方配备了3个ECU。可以看出,在后轮端的电动驱动桥上,高压零部件单元中内置了车辆控制器基板。

(来源:日经XTECH从比亚迪发布的视频中截图)

拆解仪表板和车辆后方的后备箱时,出现了4个颇具存在感的ECU(图2)。分别为车辆左前方的“左车身控制器”、右前方的“右车身控制器”、左后方的“后车身控制器”、前部中间的“多媒体控制器”。这次我们来看一下在比亚迪的新电子电气架构中发挥核心作用的3个车身ECU(图3)。

图2 “海豹”中的左右车身ECU和多媒体控制器的安装位置

后车身控制器安装在车辆后部左侧。(照片:日经XTECH)

图3:海豹配备的3个车身ECU

跟特斯拉的Model 3一样,由3块基板构成。(摄影:加藤康)

过去也见过这种结构。那就是日经BP于2019年拆解的美国特斯拉的EV“Model 3”。Model 3也配备了3个车身ECU,内部的基板同时负责供电和控制(图4)。比亚迪海豹的这种车身ECU结构要说是偶然,却也过于相似。好像是彻底研究了特斯拉汽车之后所做。

图4:特斯拉“Model 3”的3个车身ECU

由3块基板构成。(来源:日经XTECH)

不过,也有一个差异很大的地方。特斯拉在Model 3上去掉了保险丝,而比亚迪海豹有保险丝。保险丝与12V电池一体化,而且拆解人员还在前发动机罩下方和仪表板上发现了保险丝盒(图5)。

图5:海豹的仪表板的保险丝盒

从仪表板的车内侧来看,配备在左端。在前发动机罩下方的右端也发现了保险丝盒。(照片:日经XTECH)

利用DC-DC转换器降压后的电力及12V电池输出的电力经过保险丝和继电器输送给12V的电装部件(图6)。跟特斯拉一样,车身ECU上配备的功率半导体也作为保险丝使用,并不是由此直接给各个部件供电的形式。

图6:海豹的12V电力的配电

后车身控制器由仪表板和前方的两个保险丝盒配电。(图表来源:日经XTECH根据比亚迪的资料等绘制,摄影:加藤康、日经XTECH)

12V电装部件的控制是三个车身ECU联动执行的(图7)。推进了向“Zone型”电子电气架构的转换,即车门的锁定和解除、车窗的开关及镜子的调节等由各部件配置场所附近的左右某个车身ECU负责。

图7:3个车身ECU控制的主要部件

气囊、左右头灯、电动助力转向系统(EPS)及电动油压制动器等,配备了ECU。

(图表来源:日经XTECH根据比亚迪的资料等绘制,摄影:加藤康)

从海豹的3个车身ECU可以看出比亚迪追赶特斯拉的姿态。不过,低电压的电力配电也有区别,包括海豹各处留有保险丝、电力系统不同等。特斯拉“Cybertruck”以后的EV已宣布大幅升级,比如低电压网络由12V转向48V等。与之对抗的比亚迪的下一个举措也备受关注。

十一、拆解比亚迪海豹(11)瑞典维宁尔在ADAS中显示存在感

中国比亚迪(BYD)的纯电动汽车(EV)“海豹(SEAL)”的拆解项目已进入对先进驾驶辅助系统(ADAS)的调查。作为传感器供应商显示存在感的是瑞典Veoneer(维宁尔)。进行拆解后发现,该公司全面供应海豹的主要ADAS用传感器。

海豹搭载了用于监视前方的单摄像头和毫米波雷达、用于监视后方的毫米波雷达、用于监视周边的超声波传感器(图1)。监视前方的单摄像头位于前窗上部的车内侧,毫米波雷达位于前格栅中央(图2)。用于监视后侧方的毫米波雷达在后保险杠的左右各安装1个,监视周边的超声波传感器在车辆前部安装2个,后部安装4个。

图1比亚迪“海豹”的ADAS用传感器的搭载位置

3个毫米波雷达均支持77GHz左右的频率。(照片:日经XTECH)

图2用于海豹前方监视的单摄像头

与行车记录仪摄像头集成在一起。(照片:日经XTECH)

其中,维宁尔供应的是监视前方的单摄像头和毫米波雷达、监视后方的毫米波雷达(图3)。该公司还向比亚迪的全球战略EV“ATTO3”等供应ADAS用传感器,似乎正在提高评价(图4)。

图3海豹的主要ADAS用传感器

由维宁尔提供。实现了海豹的自适应巡航控制系统(ACC)及防止偏离车道等功能。(照片:日经XTECH)

图4维宁尔的来自比亚迪的主要订单

图中的“SeaDog”即为海豹。维宁尔的ADAS用传感器还被用于“ATTO 3”(图中的“YuanPlus”)等

(来源:维宁尔)

与斯巴鲁的令人意外的共同点

这是好像在哪里见过的组合——随着监视前方的单摄像头的拆解,意外的事实浮出水面。隐藏在摄像头模块内部基板中的是美国赛灵思(Xilinx)的车载SoC(System on Chip,系统级芯片)“Zynq UltraScale+”(图5)。在ADAS使用维宁尔的前方监视摄像头和赛灵思的SoC这一点上,海豹与斯巴鲁的“新一代EyeSight”如出一辙。

图5拆解后的前方监视用单摄像头和内部SoC

搭载了赛灵思的车载SoC“Zynq UltraScale+”。(摄影:加藤康)

斯巴鲁在2020年发售的车型“LEVORG”上刷新了ADAS“EyeSight”,开始采用维宁尔制造的立体摄像头。摄像头模块内部搭载的数据处理芯片采用与海豹相同的赛灵思的Zynq UltraScale+(图6)。该SoC内置FPGA(Field Programmable Gate Array、现场可编程逻辑门阵列),用户可以以电气方式改写芯片的电路结构。

图6斯巴鲁在新一代EyeSight上采用赛灵思SoC

立体摄像头由维宁尔制造。(来源:赛灵思)

集成ECU中的高通SoC

据分析,海豹通过摄像头模块内部的基板来处理利用前方监视用的单摄像头和前后部的毫米波雷达监测到的信息。仪表板中央的ECU(电子控制单元)“多媒体控制器”似乎不参与ADAS的控制。而是负责将全方位监视器用摄像头的影像投射到显示器等(图7、8)。

图7行驶中的全方位监视用摄像头的影像

显示在仪表板中央。(照片:日经XTECH)

图8海豹的“多媒体控制器”

安装在仪表板中央。主要负责车载信息娱乐系统(IVI)的控制。(照片:日经XTECH)

令人感兴趣的是,该ECU搭载了美国高通的SoC(图9)。而且,该SoC不是面向汽车的芯片,而是面向智能手机的“Snapdragon 690 5G Mobile Platform”。

图9高通的SoC“Snapdragon 690 5G Mobile Platform”

多媒体控制器包含两个基板。其中一个基板的背面安装了高通的SoC。(摄影:加藤康)

高通于2022年4月将维宁尔的面向ADAS和自动驾驶系统的软件部门“Arriver”收归旗下。如果进一步追溯,两家公司在2020年8月宣布展开合作。通过合作,将高通的ADAS及自动驾驶用SoC“Snapdragon Ride Platform”与维宁尔的软件结合起来。

高通是智能手机用半导体的巨头,在面向汽车的业务方面,在车载信息娱乐系统(IVI)用SoC领域具备优势。不过,近年来正在扩大ADAS和自动驾驶领域的市场份额。过去这是以色列美孚眼(Mobileye)和美国英伟达(NVIDIA)占据优势的领域,但如今高通正在威胁两家公司的地位。最近,索尼本田移动出行(Sony Honda Mobility,位于东京都港区)的EV品牌“AFEELA”的试制车采用了面向IVI、ADAS和自动驾驶的高通SoC。

海豹采用的高通制造的SoC和维宁尔制造的ADAS用传感器是否是两家公司合作的产物尚不清楚。不过,比亚迪在2019年发售的多款EV上也采用了高通的面向IVI的SoC。有可能以IVI为跳板,通过与维宁尔的协同效应,扩大到比亚迪的ADAS和自动驾驶。

但是,竞争对手也并未作壁上观。2023年3月,英伟达宣布车载SoC“DRIVE Orin”被比亚迪的部分车型采用。2个主力品牌“海洋(Ocean)”和“王朝(Dynasty)”今后发售的多款车型将使用该SoC(图10)。海洋系列也是海豹所属的品牌。

图10英伟达的车载SoC“DRIVE Orin”

除了比亚迪之外,瑞典沃尔沃汽车、德国梅赛德斯·奔驰集团和英国捷豹路虎等也已宣布采用。(图片:英伟达)

比亚迪已成为仅次于美国特斯拉(Tesla)的全球第二大纯电动汽车制造商。从电动动力总成及其周边零部件来看,比亚迪非常重视自主生产,供应商参与的空间很小。在这种情况下,一级零部件厂商(Tier1)和半导体厂商将如何参与进来?在作为重要领域之一的ADAS和自动驾驶领域,竞争正日趋激烈。

十二、拆解比亚迪海豹(12)人机界面兼具易用性和先进性

本次将关注并解说中国比亚迪(BYD)的纯电动汽车(EV)“海豹(SEAL)”的HMI(人机界面)。

海豹的驾驶席周边

(照片:日经XTECH)

近年来,汽车的HMI发生了明显变化。为了体现先进的设计、增加显示内容,使用大型触摸屏的车型越来越多。智能手机的普及也推动显示屏的广泛使用。习惯使用智能手机的人增加,触摸屏有着能以和智能手机相同的操作感使用HMI的优点。最近,不少车企连电动座椅和照明系统的操作都采用触摸式。

特斯拉Model Y的驾驶席周围

减少物理开关,将大部分操作集中在中控显示屏上,体现出设计的先进性(照片:日经XTECH)

2008年上市的德国奥迪(Audi)汽车的驾驶席周围

有很多开关。驾驶时操作方便,但设计自由度和收纳空间减少。(照片:日经XTECH)

另一方面,物理开关的数量呈下降趋势。如果更多地安装物理开关,会导致收纳空间减少,破坏设计的先进性。不过,物理开关具有驾驶时无需移开视线、依靠手感等便于操作的优点。日本国内汽车厂商的开发人员表示,“也有不少消费者比起触摸操作更偏爱物理开关”。

海豹的HMI的特点是,在积极使用显示屏的同时,并非所有操作都通过触摸来进行,而是保留一定数量的物理开关,迎合了广泛的客户群体。

物理开关集中在变速杆周围。在变速杆靠近驾驶席的一侧,排列着驾驶相关的开关。包括切换驾驶模式、自动驻车和切换雪地模式的开关等。在副驾驶席一侧设置了调节空调和音响音量的开关。

拆解时取下的变速杆周边部分

变速杆周边的开关看起来是平面的,但并非触摸式,而是物理开关。(照片:日经XTECH)

换挡操作也注重易用性。电子换挡器采用了手柄式。按照从前向后依次为倒档(R)、空挡(N)、前进(D)这一与传统变速杆按相同的顺序排列,减少换挡操作的错误。

迎合广泛的顾客群体的功夫在显示屏上也有所体现。海豹搭载的HMI的显示系统大致有3种。分别为驾驶席和副驾驶席之间的“中控显示屏”、方向盘和仪表板之间的“仪表显示屏”以及在挡风玻璃上显示空中影像的“HUD(平视显示屏)”。

中控显示屏具有多功能终端作用,显示导航系统和周边摄像头画面、播放视频和音乐内容、进行车辆设置等。例如,在车辆设置中,可以改变空调的温度和风向、车内照明设置、车辆锁定、触摸音效等。

显示屏的旋转结构

在其他厂商的车辆上看不到的功能是,显示屏可以旋转90度,可根据偏好选择使用横屏或竖屏。例如,导航仪适合以横屏观看,而短视频共享服务“TikTok”则适合竖屏。无论横竖,主页显示内容都没有太大差别,但有的应用程序会显示不同的画面。例如,在周边摄像头的影像中,横屏时显示从外部侧面看向车辆的画面,而竖屏时则显示贴着车门边向前看去的画面。

横屏(左)和竖屏(右)

根据横屏和竖屏,显示的方式不同。(照片:日经XTECH)

仪表显示屏

通过模拟风格的显示,注重直观的可视性。(照片:日经XTECH)

第2种显示系统仪表显示屏由功率计和速度计构成,显示电池的放电、基于能量再生的充电状态、电池剩余电量和续航里程等行驶中所需的信息。功率计和速度计均在数字显示屏周围配置了模拟仪表,以便直观地显示变化。

拆解后的HUD

(照片:日经XTECH)

第3种显示屏HUD除了显示速度以外,还显示先进驾驶辅助系统(ADAS)的信息。在行驶中显示把设定速度加减至上限的同时追踪前方车辆的ACC(自适应巡航控制系统)及转向辅助的情况。

投影到挡风玻璃上的情形

十三、拆解比亚迪海豹(13)防震降噪仍有改善空间

拆解比亚迪纯电动汽车(EV)“海豹”时,从很多地方拆出了垫子。似乎是起到隔音材料和缓冲材料的作用。与之前拆解的美国特斯拉的EV相似。

最有特点的是电池组(图1)。在电池组后部的上侧有薄板状垫子。标签上印着的部件名称是“电池组隔音件”。安装位置是后座的正下方,目的是使噪声不易传到乘客耳朵里。

图1:比亚迪“海豹”的电池组和后方的隔音材料

隔音材料的尺寸为宽55×长120×厚25mm左右。(照片:日经XTECH)

类似电池组隔音材料的物体还安装在了中控台的侧面内部、前后座两侧的车门饰板内部及后部保险杠的内侧等(图2～4)。前保险杠的内侧没有安装。

图2:拆解中控台

在侧面的内侧各部位安装了类似电池组隔音材料的部件(白色部件)。(照片:日经XTECH)

图3:前后座的车门饰板内部

前后座两侧的车门饰板内部安装了与电池组隔音材料相似的部件。(照片:日经XTECH)

图4:后保险杠内侧

类似电池组隔音材料的东西围着超声波传感器安装。(照片:日经XTECH)

前发动机罩下的行李舱前后、左右、底面各面都装有很厚的类似缓冲材料的部件(图5)。由于该行李舱配置在前轮的驱动马达上面,因此设置缓冲材料的目的被认为是保护行李舱本身和放在行李舱里的东西。

图5:前发动机罩下的行李舱各面的情况

除了上方以外,其余各面都装有类似缓冲材料的部件。(照片:日经XTECH)

此外,前后左右的轮拱罩及夹着地板下方电池组的两侧保护罩上面跟前发动机罩下的行李舱一样,装有类似缓冲材料的部件(图6、7)。这些也被认为是防震和隔音措施。

图6:前方右侧轮胎的保护罩和类似缓冲材料的部件

其他三个轮胎罩也全部装有类似缓冲材料的部件。(照片:日经XTECH)

图7:车辆前后部的地板下方保护罩上面

前侧装有1块缓冲材料类的部件,后侧装有2块。(照片:日经XTECH)

这种在车辆各部位安装类似垫子的部件、通过“力气活”隔音防震的方法在日经BP之前拆解的EV中,跟特斯拉的“Model S”接近(图8)。不过,特斯拉在Model S上市数年后推出的EV“Model 3”则是在适当部位采用了聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫及棉类材料,静音化取得了进步。

图8:特斯拉“Model S”的前座车门饰板内部

跟比亚迪的海豹一样,前后座两侧的车门饰板内部装有隔音材料。(照片:日经XTECH)

海豹在电动动力传动系统及HMI等地方随处可见先进性,但在防震降噪方面还有做得粗糙之处。今后仍有像特斯拉那样进行改善的空间。