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X-in-1电驱动系统中,如何设计ACU?
2025-04-09 17:24
芝能智芯出品

新能源汽车行业中成本要求越来越高,X-in-1电驱动总成的集成度不断提升,提高功率密度、降低成本并优化系统效率。


英特尔与Silicon Mobility合作开发的X-in-1动力域控制器(Powertrain Domain Controller, PDC)中的动态电压控制(DVC)技术,依托自适应控制单元(Adaptive Control Unit, ACU)及其独特的自由免干扰(Freedom-From-Interference, FFI)机制,实现高效、实时的能量管理。


从DVC的核心原理、架构设计到其在提升电驱动系统效率、优化功耗及保障功能安全方面的应用价值,英特尔的ACU结合Silicon Mobility的智能算法,使DVC技术在高集成度动力系统中展现出显著优势,例如降低能量损耗15-20%、提升续航里程约4.41英里。


这种技术不仅满足了新能源汽车对高效能量管理和功能安全的需求,还通过单芯片集成降低约30%的系统成本,为下一代电驱动系统的发展奠定了基础。


以下章节将从X-in-1电驱系统的趋势与挑战入手,逐步解析DVC的核心技术及其应用前景。


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Part 1

X-in-1电驱系统

的集成趋势与挑战


传统电动车动力系统采用分布式架构,包含独立的电机控制单元(MCU)、变频器、DC/DC转换器和车载充电机(OBC)等模块,这种设计在早期较为普遍。


但随着行业对效率和成本的要求提高,其局限性逐渐显现:系统复杂度高、成本上升、能量损耗大。


为解决这些问题,功率半导体(如碳化硅SiC、氮化镓GaN)和控制技术的进步推动了X-in-1集成架构的发展,该架构通过整合多个动力域功能组件显著提升系统集成度,


例如3合1整合电机、逆变器和变速箱,6合1增加OBC和DC/DC转换器,10合1进一步集成高压BMS、低压BMS和PTC加热,12合1实现跨域融合包括智能网关和热管理,从而减少ECU数量和线束复杂性,提升功率密度和系统效率,高集成度也带来了功率管理、实时控制、热管理和功能安全等新的工程挑战。


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X-in-1架构需要强大的动力域控制器(PDC)来协调各模块运行,其核心诉求包括高效能量管理、实时控制能力、系统安全性以及软件定义能力。


英特尔与Silicon Mobility提出的DVC技术正是在此背景下应运而生,通过智能控制应对高集成度电驱系统的复杂需求。


DVC依托ACU的计算能力和FFI机制,为新能源汽车的能效优化和功能安全提供了创新路径,成为推动行业技术升级的关键技术之一。


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Part 2

动态电压控制(DVC)

的核心技术解析


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动态电压控制(DVC)是一种基于智能算法的能量优化策略,通过实时调整直流母线电压(Vdc)适应不同工况,提升功率转换效率。


其工作原理包括实时监测负载需求、智能计算最佳电压、动态调整DC/DC输出以及整车系统协同,例如在低速低负载时降低母线电压以减少逆变器开关损耗,在高速高负载时提升电压以满足电机功率需求。


这种自适应调节结合磁场定向控制(FOC)和最优效率点跟踪(OPP),在再生制动等动态场景中显著提升能效,最大化能量利用率,减少电力损耗,从而提升电动车续航能力,DVC可将能量损耗降低15-20%,等效续航里程增加约4.41英里。


● 实时监测负载需求通过传感器采集电机转速、负载电流、温度等关键参数,形成系统状态的实时反馈。


● 智能计算最佳电压基于AI模型或预设控制算法,计算当前工况下的最优母线电压设定值。


● 动态调整DC/DC输出双向DC/DC转换器根据计算结果调节输出电压,降低逆变器开关损耗并优化系统效率。


● 整车系统协同结合电池SOC状态和热管理系统,实现全局能耗优化。


英特尔的ACU是DVC技术的核心执行单元,具备高效计算架构、混合计算能力、自由免干扰(FFI)和可编程控制等特点,其硬件加速单元(AXEC)实现高频控制,确保电压调整与电机控制的同步性。


DVC在X-in-1动力总成中的应用带来了能耗优化、温升降低和系统稳定性增强等显著优势,ACU U310的硬件加速能力进一步提升了其实时性和可靠性。


这种技术不仅优化了动力系统的性能,还通过单芯片集成降低了系统成本,为下一代高效电动化解决方案的广泛应用提供了坚实支持。


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英特尔与Silicon Mobility联合推出的DVC技术依托ACU的强大计算能力和FFI机制,实现了能量管理的智能化和高效化。


通过实时电压调节优化功率转换效率,降低系统功耗,同时通过硬件级隔离提升功能安全性,为X-in-1动力域控制器的进一步发展奠定了基础。


实测数据表明,DVC显著提升能效(能量损耗降低15-20%),并通过单芯片集成降低约30%的系统成本,支持软件定义功能的扩展,满足未来车型迭代需求。


此外,ACU U310的异构多核架构和硬件防火墙技术为L4级自动驾驶等安全关键场景提供了可靠保障。


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小结


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