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

圖1

通過對國內(nèi)純電動乘用車動力系統(tǒng)匹配數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計與分析，可以看出趨勢比較明顯的乘用車純電驅(qū)動系統(tǒng)平臺，如圖1所示，這也同時引導(dǎo)著各零部件廠家對公司產(chǎn)品進行平臺化、模塊化設(shè)計，以便自己公司的產(chǎn)品像一個標(biāo)準(zhǔn)品，能適用各個主機廠的要求，或者即使不能完全滿足也可以通過模塊重新組合設(shè)計快速滿足客戶的需求。

電機控制器作為大三電之一，在零部件廠家的平臺化、模塊化規(guī)劃如何？下面我們來對此進行簡單介紹。

一、平臺化

平臺化是每個控制器廠家的“夢想”，大家也都在朝這個方向發(fā)展，當(dāng)然這個也是根據(jù)整車車型平臺來定的，一般控制器廠家根據(jù)行業(yè)整車車型平臺需求規(guī)劃以下幾個平臺：

1.1 針對低速車或A00級車，規(guī)劃30KW以下MOS平臺控制器，由于整車電壓平臺以及MOS管耐壓等級，此平臺電壓等級一般在200VDC以下，如下圖2所示為某公司MOS平臺產(chǎn)品，由于此平臺控制器適用對應(yīng)車型為國民代步車，價格相對比較低，所以該平臺產(chǎn)品在滿足客戶需求及產(chǎn)品品質(zhì)要求的前提下，對成本控制也是相當(dāng)關(guān)鍵，相關(guān)元器件選型及主控DSP芯片與其它平臺選型也會稍有區(qū)別；

圖2

圖3

1.2 針對個別高壓A00、A0級以及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以下平臺產(chǎn)品，此平臺電壓等級一般為400VDC以下，如上圖3所示為某公司該平臺產(chǎn)品，因為此平臺最開始也是根據(jù)乘用車需求打造，所有軟硬件平臺都按功能安全要求設(shè)計，元器件都選用滿足汽車級器件；

1.3 針對A級車、SUV及以上乘用車車型，同時也根據(jù)現(xiàn)有IGBT電流輸出能力，一般規(guī)劃了100-200KW平臺產(chǎn)品，此平臺電壓等級一般為400VDC以下,此平臺功率范圍跨度較大能同時滿足A級車及以上平臺，主要跟所用的IGBT模塊（如下圖4所示）強相關(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，同時其它相關(guān)元器件選型按大功率尺寸來進行設(shè)計，大小元器件設(shè)計上做兼容，滿足兩款功率段產(chǎn)品需求，并且該平臺產(chǎn)品與上述80KW平臺一樣，因這兩個平臺產(chǎn)品基本都應(yīng)用于乘用車，對產(chǎn)品要求相比其它平臺更加苛刻，元器件包括IGBT和主控DSP芯片均采用汽車級器件，同時產(chǎn)品滿足ISO26262要求；

圖4

圖5

1.4 針對4.5T以下輕卡及6米以下公交等高壓車型，規(guī)劃了120KW左右平臺控制器，此平臺電壓等級一般為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產(chǎn)品，由于受IGBT模塊尺寸限制，此平臺產(chǎn)品相比上述3中介紹的產(chǎn)品尺寸略大；

1.5 針對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、高電壓平臺產(chǎn)品，此平臺產(chǎn)品目前基于上述4中介紹的IGBT進行雙并聯(lián)或是三并聯(lián)來進行設(shè)計，電壓等級基本都大于500VDC,如下圖6所示為某公司雙并聯(lián)電機控制器。

圖6

產(chǎn)品平臺化后，把電機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電機控制器提出各種特殊要求，需要零部件廠家進行開發(fā)定制，零部件廠家為快速響應(yīng)客戶的定制化要求，也在最開始的設(shè)計中進行模塊化設(shè)計。

二、模塊化

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

2.1 軟件方面

現(xiàn)在乘用車電機控制器軟件上基本是基于AUTOSAR架構(gòu)（如下圖7所示）來進行編寫，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)時鐘、中斷、采樣等配置，該底層配置程序一般單獨制作為庫文件。

3) FOC算法程序，算法程序基本都為公司的核心機密程序，該程序為保密基本都封裝為庫文件，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，用于和燒寫上位機通訊并進行代碼燒寫。

5) 標(biāo)定上位機，主要用于標(biāo)定參數(shù)。

6) 電機MATLAB程序，用于電機標(biāo)定id、iq生成程序。

圖7

軟件程序基本都已經(jīng)平臺化，針對不同車廠客戶只需要對接協(xié)議和邏輯需求；軟件工程師在程序的某個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)也慢慢從手寫代碼向simulink建模自動生成代碼發(fā)展，但是這種模塊化設(shè)計趨勢還是一樣的，在simulink建模時也是按軟件功能建成模塊來實現(xiàn)的。

2.2 硬件方面

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

A: 數(shù)字信號處理器與時鐘電路

B: 模擬信號處理電路（溫度采集、電流電壓信號）

C: 旋變信號處理電路

D: 數(shù)模隔離電源電路

E: CAN總線通訊模塊電路

F: 數(shù)字開關(guān)量輸入輸出

G: 電機驅(qū)動信號及模塊故障信號高速處理電路

圖8

如上每個模塊化子電路在其它產(chǎn)品設(shè)計時都可以單獨調(diào)用，但基本上一個公司硬件平臺固化后，除非要重新開發(fā)新平臺，一般都能滿足客戶要求，很少有根據(jù)客戶要求進行改動。當(dāng)然即使要開發(fā)新平臺，根據(jù)前面硬件原理圖的模塊化管理，對新平臺的設(shè)計進度還是有很大的推進作用，大大縮短了開發(fā)周期。

2.3 結(jié)構(gòu)方面

相對于軟件和硬件，結(jié)構(gòu)方面的模塊化設(shè)計比較難實現(xiàn)，但平臺化、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)計中通過對非標(biāo)件尺寸的調(diào)整盡量借用現(xiàn)有型號，同時如果新公司在開始設(shè)計產(chǎn)品時就對標(biāo)準(zhǔn)件型號進行規(guī)劃，如無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，方便后續(xù)設(shè)計時借用。

2.3.2 通用件

通用件設(shè)計其實是一個管理和技術(shù)相結(jié)合的工作，首先最開始的通用件設(shè)計者要有全盤意識，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；其次通用件要有很好的管理模式進行管理，方便后續(xù)設(shè)計者設(shè)計時能夠借用到。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X電容、兩個Y電容、接入銅排及注塑件組成，作為一個通用組件適用各個產(chǎn)品設(shè)計。

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)電機控制器產(chǎn)品特點設(shè)計一些通用組件，達到快速滿足客戶需求的同時，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)計還包括產(chǎn)品本身進行裝配模塊化設(shè)計，如下圖10所示E-tron電機控制器爆炸圖，從圖中可以看出E-tron控制器進行了一些裝配模塊化設(shè)計，如輸入/輸出模組、水道電容模組、功率模組等，在產(chǎn)品裝配時可以實現(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)計理念一直是電機控制器設(shè)計者的方向。