蔚来电驱动系统与智能座舱系统技术详解

电驱系统升级:能耗管理优势尽显 
坚持电驱动系统全栈自研及制造,双电机方案持续迭代。蔚来坚持自研电驱系统,设立南京先进技术制造中心 xpt,负责电驱动系统和电池的研发与制造,技术路线方面采用前永磁同步电机、后感应异步电机的双电机架构,在两驱工况时永磁同步电机工作,能耗接近单电机车型;而在加速、脱困等四驱工况时两台电机合力输出,发挥双电机四驱优势。蔚来于 2018 年 6 月推出 240kw 异步感应电机,2019 年 6 月研发成功 160kw 永磁同步电机,2022q1 推出第二代电驱系统并搭载于 et7、et5 和 es7,其中,前永磁同步电机、后异步感应电机最大功率分别达到 180/300kw,系统最大功率 480kw,峰值扭矩 850n·m。
第二代电驱系统在硬件、算法端实现优化,加强电机效率、提升驾乘体验。蔚来第二代电驱系统不仅功率大小相较于上一代电驱系统明显提升,而且通过使用碳化硅(sic)模块、优化电磁方案和减速器速比等技术提高功率密度和电机效率,并在算法层面采用“全域 pwm 控制”这一全工况开关控制策略,利用算法控制发挥硬件性能,实现不同工况下功耗、nvh 等多目标优化。在保持电驱系统体积、重量没有明显提升的前提下,蔚来第二代电驱系统峰值功率提升 20%,峰值扭矩提升 23%,减速器速比也从 9.57 优化至 10.48,功率密度超过了 2.04kw/kg。
  1. 永磁同步电机采用碳化硅(sic)模块。蔚来首次在电机控制器上应用来自安森美提供的碳化硅模块,与传统的硅基材料相比,碳化硅具有更宽的禁带宽度、更高的导热率、更高的抗辐射能力、更大的电子饱和漂移速率等特性,可在同等体积下提升 30%以上的最大电流能力,且在宽电压范围下兼容性更佳。碳化硅模块使 180kw 永磁同步电机综合损耗降低了 4%-6%,综合工况效率由 88%-89%提升到了 91.5%。
2. 采用“全域 pmw 控制”算法实现多目标优化。算法定义硬件,好的算法通过对硬件的“控制”和“调教”,挖掘硬件特性,进而实现各种功能。蔚来在第二代电驱系统上采用“全域 pmw 控制”算法,通过脉冲宽度调制(pwm)对电机进行控制,优化在不同工况、场景下电机实际转速和输出功率。
3. nvh 相较于上一代电驱系统降低 5-15db。电机的功率和扭矩的提升会产生一些谐波上的负面影响,蔚来第二代电驱系统通过采用齿轮的精密优化设计、悬置融合控制的 eds 总成模态优化、电机非均匀气隙及高正选气隙磁密等技术手段,以及更为先进的谐波抑制算法,使得整体噪声降低了 5-15db,实现了更好的 nvh效果。
电池技术持续迭代,固态电池预计 2023 年上半年搭载 et7 上市。蔚来 2021 年 11月正式交付了三元铁锂标准续航电池包(75kwh),电池包采用三元锂电芯和磷酸铁锂电芯混合排布的方式,低温续航损失降低 25%,并且通过新一代 ctp 技术,简化制造装配流程,提升体积利用率,能量密度提升 14%到 142wh/kg。此外,蔚来计划于 2023 年上半年(此前的计划为 2022q4,目前由于研发和工程环节的进展有一定延期)上市 150kwh固态电池,通过正极、负极和固液电解质方面的工艺创新,提高高镍三元材料稳定性、解决体积膨胀和循环寿命等问题,能量密度达到 360wh/kg,续航里程能够突破 1000km。
    优化风阻系数,续航升级。汽车行驶时最大的阻力来源于空气,且与速度的平方成正比,对于新能源汽车,风阻系数每降低 0.01,可提升 5-8km 的续航里程。nt2.0 平台的三款车型 et7、es7、et5 风阻分别为 0.208cd、0.263cd、0.24cd,相较于初代车型均有明显提升(2022 款 es8、es6、ec6 分别为 0.29cd、0.29cd、0.265cd),其中 et7 风阻系数 2021 年 1 月 19 日 nio day 2020 公布的 0.23 提升至 2021 年 9 月 24 日 0.208,仅耗时 8 个月。目前,et7 风阻系数已跃升全球第二位,仅次于奔驰 eqs,与特斯拉 models plaid 表现相当。据蔚来透露,本次空气动力学团队由中国、美国、欧洲三方组成,共同研发 et7 的低风阻车身设计,降低整体风阻 25%,将车身前部和尾部的下压力提升 5%。其中通过对主动进气格棚的优化设计,降低 8.8%的气动阻力,续航提升 20km。
第二代座舱空间:驾乘体验再升级
1. 打造“第二起居室”:保持豪华品牌的审美与调性   座舱空间注重和谐的美学设计,内饰强调豪华品牌的质感。以 et5 为例,et5 采用一体环抱式空间设计,主要体现为(1)采用全景玻璃天幕;(2)配色和谐:整体色调搭配注重一致性,包括安全带和方向盘也采用同色设计;(3)细节处“无缝衔接”、保持整体感:et5 的整个内饰没有“断层”,例如竖立式的大屏将 t 字区和整个中控台相连接,从按键到无线充电区和杯托、延伸到中央扶手,过渡衔接非常自然。整个设计都保持了蔚来作为豪华品牌一贯的审美与调性,努力打造乘坐人被内饰环绕的体验。内饰颜色共有六种,其中苔原绿、琥珀橙等专属色别具一格,可以在保持品牌质感的同时体现车主本人的个性与色彩。
2. 智能车机:座舱芯片及屏幕硬件升级,强化 et7 人机交互能力   座舱芯片升级为高通 8155 芯片,流畅度大有提升。蔚来第二代产品中,et7 采用高通第三代骁龙汽车数字座舱平台,智能座舱芯片从此前的英伟达 tegra x1 芯片也升级到了高通 8155 芯片,能够支持 wifi6、蓝牙 5.2、ai 加速计算和 5g 网络。高通 8155 座舱芯片为当前市场上最先进的智能座舱芯片,蔚来、小鹏和理想新发车型均搭载了基于骁龙8155 的高性能座舱平台解决方案。根据试驾用户反馈,车机硬件升级后操作车机和 nomi的反应速度和一代产品相比都有明显提升。   中控屏尺寸与分辨率均有提升,显示质感更上一层楼。与一代产品相比,et5 和 et7中控屏从 11.3 英寸升级至 12.8 英寸,分辨率达 1728*1888,画面更加清晰;并采用amoled 技术,画面显示对比度更强,避免阳光强烈时看不清楚或漏光的现象。仪表屏从 9.8 英寸升级为 10.2 英寸,通过 mini led 背光技术实现 hdr 高动态显示效果,对比度更强。et7 后排还增加了一个 6.63 英寸的 hdr 控制屏,可以进行后排多媒体控制等。
智能灯光、ar/vr 等特色数字体验塑造有温度感的座舱空间。et5 和 et7 氛围灯设计提供 256*256 种色彩组合,灯光随音乐、车速、香氛、温度智能调节,根据场景烘托驾乘时的座舱氛围,彰显豪华品牌对驾乘体验的追求。et5 还搭载了全景数字座舱panocinema,并标配 ar、vr 眼镜。ar 眼镜可投射出视距 6 米、等效 201 英寸的超大屏幕;vr 眼镜搭载超薄 pancake 光学镜片,可实现双目 4k 显示,同时可以配合 256色数字光幕氛围灯和 7.1.4 杜比全景音响系统,带来全感官的沉浸体验。
3. 顶配声学系统:打造驾乘差异化体验   蔚来第二代车型配置“标配即顶配”的声学系统,已为试驾者留下了深刻的印象。et5和 et7 都标配 7.1.4 沉浸声系统,营造广阔的声场空间和真实的临场感;配置 23 个扬声器,20 路 1000w 功率输出,搭配 dolby atmos 杜比全景声技术及 dirac pro 领先的空间声学算法,构筑极致的沉浸式声音体验。   蔚来对于声学配置的重视程度明显高于传统豪华品牌,et5 达到了现有产品中的最高“声学性价比”。在高端车型市场竞争中,传统豪华车型配备扬声器数量在 6-16 之间,而新势力车企的车型大多在 14-23 之间,其中蔚来的 et5 和 et7 扬声器数量均为 23 只,为现有产品最高配置。尤其是 et5,以最低不到 33 万元的价格,声学配置却达到了 40 万元以上价格带的产品的水平。从其他声学配置来看,大部分 30 万元以上新势力品牌车型都配备有低音炮、功放、调音服务等升级配件,et5 和 et7 均配置杜比全景声,而传统豪华 车企则配置相对单一。
辅助驾驶:开启全栈自研,
硬件预埋,期待功能交付
蔚来辅助驾驶的发展总体而言经历过两个阶段。第一代系统从 2018 年 es8 首发上市,后续 es6、ec6 车型完全集成这套系统的硬件,并且通过软件 ota 在 3 年的时间内不断做出优化。第二代系统从 2022 年 3 月 et7 交付开启量产搭载。   2018-2021:mobileye 合作得与失:功能快速上线,但是体验优化上限低   辅助驾驶研发始于 2016 年,使用 mobileye 芯片和预装感知算法,写入自研决策程序。首先回顾蔚来第一代辅助驾驶系统。2016 年底,蔚来开始与 mobileye 合作,2018年 5 月全球第一台搭载 mobileye eyeq4 芯片的量产车 es8 正式交付。es8 基于蔚来第一代技术平台 nt1.0 打造,采用 mobileye eyeq4 作为视觉感知处理芯片,其中预装 mobileye提供的感知算法,总算力为 2.5tops;在中央决策层采用恩智浦 s32v 芯片,写入蔚来自研决策算法。感知硬件方面搭载 1 个前向三目摄像头、4 个环视摄像头、5 个博世第四代中距毫米波雷达、12 个博世第 6.5 代超声波传感器、1 个驾驶状态检测摄像头,是当时最强的感知系统。之后发布的 es6 和 ec6 也延续了同样的系统硬件配置。
2020 年 10 月蔚来重要辅助驾驶系统版本 ota,成为全球第 2 个实现领航辅助(nop)的车企。蔚来首款产品 es8 交付后,通过 2018 年 10 月、2019 年 6 月两次系统 ota,蔚来实现了包括前向碰撞预警、车道保持、自动泊车等基础辅助驾驶功能。2020 年 10 月,nio os 2.7.0 版本更新中,蔚来上线了领航辅助(nop)功能。借助 mobileye 的感知能力,结合自研决策控制算法,蔚来的车辆实现了在封闭道路依据导航自动切换车道、自动进出匝道、巡航速度调节等功能。至此,蔚来成为除特斯拉外全球第二个实现领航辅助功能的车企,比小鹏的同类功能高速 ngp 上线(2021 年 1 月)的时间早了约一个季度,且相比主要基于视觉感知方案决策的特斯拉 noa,装配了百度高精度地图的蔚来 nop 能提前优化车辆的驾驶决策,匝道行驶流畅性更好,还能借助限速信息实现全智能控速。
借助 mobileye 感知能力提升开发效率,用时约 1 年完成 nop 领航辅助功能开发。根据蔚来汽车联合创始人秦力洪披露,nop 功能在早期不在 nio pilot 产品规划内,为了满足用户需求,2019 年年中,蔚来决定新增 nop 功能,辅助驾驶团队仅用 1 年的时间实现功能落地,体现团队开发速度和投入,也体现出与 mobileye 合作的效率优势。然而,车主随后反馈了 nop 功能存在变道不够灵活、进入匝道的能力弱、识别限速错误导致超速、无法准确识别实线、无法识别锥形桶等一系列问题。在随后的版本升级中,蔚来优化了部分功能,例如 2021 年 1 月上线的 nio os 2.9.0 修复了一些在 nop 状态下导致车辆实线变道的问题,提升了汇入主路以及驶离主路场景的稳定性。在 2021 年 4 月的 nio os 2.10.0 更新中,nop 体验大幅优化,调整了变道策略,车辆可以对锥形桶、行人以及自行车等物体进行识别,并在仪表盘中动态显示。  
nop 上线后经历多个版本升级,体验得到优化,但是依赖 mobileye 的感知方案结果就是体验迭代较慢、上限低。2021 年 5 月,第三方车评机构“42 号车库”发布了关于特斯拉 model 3、小鹏 p7、蔚来 ec6 及理想 one 的辅助驾驶大横评,分别在 2020 年 6 月和 2021 年 4 月两个时间点,进行包含拥堵路况跟车、常规车道保持、弯道、特殊场景、自动泊车等 6 个场景共 46 个测试项目,评估在不改变硬件只通过软件更新的情况下,这四款车型辅助驾驶能力提升的幅度。在 2020 年 6 月的测试中,蔚来辅助驾驶得分 62.04分,位列四款车的末尾;而在 2021 年 4 月的评测中,蔚来的辅助驾驶性能提升了 18.33%到 73.41 分成为第三名,并且是辅助驾驶体验提升幅度最大的车型。具体提升包括,车道保持功能在雨天的稳定运行(2020 年版本中雨天路面反光无法开启使用),延长自动启停等待时间减少拥堵路况的驾驶员干预,在锥形筒前成功制动刹停等,大幅度优化了驾驶员体验。   但是相比于小鹏 p7 的全栈自研辅助驾驶系统,蔚来(包括老款理想 one)采用mobileye 的视觉方案,固然有“可以快速上车实现功能落地”的好处,但是与此相伴的劣势,是供应商方案不透明、针对特性化需求的迎合程度低,带来结果是,固然经历多个版本迭代,但最终功能体验还是不太尽如人意。此外,硬件系统从 2018 年到 2021 年几乎没有升级,也造成蔚来第一代“866”产品辅助驾驶体验难以赶超小鹏同期的 p7 及 p5。
2022 年:二代系统开启全栈自研,开启软件订阅制收费方式
英伟达芯片+自研算法,同期算力最高。2022 年 3 月,首款基于 nt2.0 平台打造的车型 et7 开始交付。et7 搭载了全新的蔚来自动驾驶系统 nad。其超算平台 nio adam,使用依托于 linux 系统定制开发的 nvos 操作系统,配备 4 颗英伟达 orin 芯片,包括两颗主芯片、一颗备份芯片和一颗群体智能与个性训练专用芯片,总算力高达 1016tops,是同时期特斯拉 fsd hw3.0 计算平台 144tops 算力的 7 倍,提供了足够的安全驾驶冗余,并为后续 ota 软件升级留足空间。
激光雷达加入,感知能力升级。et7 还标配 aquila 超感系统,相比 nt1.0 平台aspen·白杨的感知系统配置,增加了一个重量级的零部件—1550nm 超远距高精度激光雷达;在减少一个前视摄像头的同时,增加了 2 个瞭望塔式侧前视摄像头、2 个侧后视摄像头、1 个后视摄像头,且摄像头像素由 180 万升级到 800 万高清;另外还增加了 1 个增强主驾感知、2 个高精度定位单元,以及 1 个 v2x 车路协同感知。配备 aquila 超感系统的 et7 可以有效识别路面凸起、井盖缺失等此前难以识别的目标;即使前向主摄像头被绿化带和车辆遮挡,依靠两个高位侧前摄像头,仍可以实现前向视觉的完整感知;其整体传感器达到冗余,提升了感知的可靠性和自动辅助驾驶的安全性。
开启全栈自研快速迭代,后续辅助驾驶功能潜力强。在自动辅助驾驶方面,et7 目前只开放了自适应巡航(acc)、转向灯控制变道(alc)、车道保持(lcc)、自动紧急制动(aeb)等基础的 l2 级辅助驾驶功能。但由于 nt2.0 的辅助驾驶系统在包括感知在内的全部软件领域实现自研,蔚来的辅助驾驶体验迭代明显加速。例如:在 2022 年 5 月banyan 1.0.1 cn 上线后,et7 尚存在诸如无法通过简单的弯道、无法准确识别锥形筒、车道保持容易退出等问题,体验相比 nt1.0 平台反而有所不足(主要原因是在切换至全栈自研的过程中,许多开发需要重新来过)。待到 7 月 banyan 1.1.0 上线,根据“42 号车库”的评测,可以看到 et7 的过弯能力得到了大幅提升,成功通过魔鬼弯,转向灯控制变道(alc)功能变得更加灵活,各项其他体验也正在超越老款 866 车型。
即将上线全栈自研的 nop plus,2023 年预计开始覆盖城市区域。李斌在 2022 年q1 财报电话会上发言称,自从 2022 年 3 月交付以来,et7 展现出了全栈自研辅助驾驶功能所拥有的基于数据闭环、快速迭代辅助驾驶能力的优势。在 nt2.0 平台智能硬件的加持下,全栈自研的辅助驾驶系统相比于第一代自动辅助驾驶系统,应当有几倍的性能提升。而在 2022 年下半年,蔚来也将基于和腾讯合作研发的高精地图以及 nt2.0 更好的底层硬件,推出领航驾驶 nop 的自研增强版——增强领航辅助功能 nop plus,为后续城市 nad辅助驾驶功能铺路。


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