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森萨塔科技:电动化发展浪潮下,传感器的创新与应用

时间:2024-11-04 20:49:03     来源: 盖世汽车     阅读量:19170   

森萨塔科技是迈向电动化世界和可持续未来的有力驱动者,帮助引领从乘用车到重型卡车、从工业基础设施到电网供电等各个领域的电动化转型。森萨塔科技深耕中国市场近30年,从研发到生产制造,再到供应链,全方位深度本土化,常州也是全球最大的研发中心,工程能力全面本土化,以便及时应对客户的各种需求。

2024年10月25日,在第十二届汽车与环境创新论坛上,森萨塔科技中国区工程总监周海宇谈到,在电动化与智能化发展浪潮下,汽车底盘线控化大势所趋。与传统液压制动系统相比,线控制动系统摆脱对真空助力的依赖,并具有响应时间短、体积小、重量轻、可扩展性强等优点。如今的线控制动拥有两条技术路线:EHB和EMB。EHB 保留液压系统,是目前主流,分为Two-box和One-box。EMB无液压系统,仅依靠线控制动,是未来发展方向。

森萨塔科技中国区工程总监

以下为演讲内容整理:

关于森萨塔科技

森萨塔科技是一家专注于全球工业传感器的领先企业,总部坐落于美国的阿特波罗,历经百余年的不懈努力,我们已跃居传感器行业的领军地位。2023年,我们的销售额达到了40亿美元,全球员工总数达19,000人,运营据点横跨15个国家。

图源:森萨塔

公司始创于1916年,位于美国马萨诸塞州,最初专注于珠宝行业的金属饰件制造。1959年,我们被得州仪器收购,成为其传感器与控制器事业部的一部分。

森萨塔与中国的渊源可追溯至1992年,当时我们在北京设立了销售办事处。随后,1996年,我们在扬州宝应建立了生产基地,并在上海成立了亚太区营销总部。2004年,公司决定在常州投建另一生产基地。2006年,得州仪器将其传感器与控制器事业部出售给贝恩投资公司。经过四年的精心运营,公司于2010年在纽约证券交易所成功上市,并更名为森萨塔科技,标志着我们从得州仪器的一部分成长为独立运营的实体。

2014年,我们收购了舒瑞德胎压传感器公司,进一步增强了在汽车领域的布局。2015年,常州工厂实现量产。自2016年和2017年起,森萨塔敏锐洞察到电动化的不可逆转趋势,积极实施了一系列并购策略。我们与Cynergy3、PRECO等公司在雷达及自动驾驶领域展开合作,并整合了电流传感器及其他节能监控公司,极大地丰富了我们的电动化产品线。

目前,我们在中国拥有四个工厂,其中上海作为亚太区总部,负责整个区域的商务运营。常州工厂不仅是我们的最大生产基地,也是亚太乃至全球最大的研发中心。此外,1996年建立的扬州宝应工厂持续运营,2021年我们又在芜湖增设了新厂,专注于高压直流继电器的生产,目前年出货量已超过100万件。

从全球布局来看,我们在美洲、亚洲等地均设有运营机构,每年向全球市场供应11亿只传感器和控制器,销售办公室和技术支持团队遍布世界各地。

关于销售额构成,2023年我们实现了40亿美元的总收入,其中54%来自汽车行业,其余部分则涵盖重卡、航空航天及工业应用等领域。按区域划分,美国市场占比45%,中国及亚洲市场占29%,欧洲市场超过20%。

我们的员工队伍已达19,000人,生产车间遍布三大洲,拥有550条生产线,生产各类传感器和控制器。在11亿只产品中,包含了47,000种不同型号,以满足各种应用场景的需求。

森萨塔部件在BEV及插混系统中的创新应用

谈及森萨塔部件在BEV中的应用,传统燃油车中我们的传感器应用已相当广泛,包括发动机、变速箱、尾气后处理等领域的压力传感器和温度传感器。随着纯电车市场份额的快速增长,预计将超过50%,我们也在积极调整策略以适应这一变化。

图源:森萨塔科技

对于底盘刹车系统,我们正从传统的真空助力系统向One-box、Two-box系统过渡,并探索通过电动助力结合液压控制轮胎压力的新方法。此外,我们还在研究零位移踏板传感器,旨在探索是否可以通过纯力量驱动刹车动作,而无需行程控制。

针对传统燃油车市场份额的减少,我们也在积极开发高压部件,包括快充组合继电器、快速切断开关、大功率接触器等,以弥补因燃油车市场缩减而可能带来的业务损失。

在插混系统应用方面,我们看到了新的机遇。插混系统不仅保留了传统的发动机、变速箱等部件,还融入了新的电池、电控及电驱系统。近期,宁德时代推出了专为插混设计的电池,续航里程达到400公里。这一突破性的进展有望改变“小电池大油箱”的传统结构。在400公里续航的加持下,插混车型在中国市场是否有望超越纯电车,值得我们共同期待。

在插混应用中,除了胎压监测和空调系统等常规应用外,我们还保留了发动机和变速箱等传统产品。尾气后处理等业务也将继续为我们的业务增长提供有力支持。

另有一点需着重强调,此乃我们所谓的零位移踏板传感器。在此方面,我们正开展预研性工作。当前,整个刹车系统仍依赖行程控制,无论是通过真空助力还是电动助力来实现刹车功能。然而,我们正与部分主机厂合作研究,探讨是否能够实现零位移刹车,即无需行程,仅凭力量驱动刹车动作,这也是我们当前致力于的工作方向。

在插混应用中,胎压监测、空调应用等与我们其他车型相似,唯一的不同在于我们保留了发动机和变速箱等传统产品,以及尾气后处理系统。这些在业务上对我们有着极大的助益,尤其是在插混车型得到提升的情况下。

在自动系统中,最早采用的是真空助力+ESC系统,其中真空助力由发动机产生。然而,在电动化趋势下,发动机逐渐被淘汰,混动车型中虽仍保留,但并非始终工作,因此真空助力逐渐缺失。目前市场上的主流是EHB系统液压式线控,采用电动助力取代液压助力,但后续的ESC系统仍保持不变。

展望未来2025至2035年,我们预见EHB、One-box系统将被直接的机械式线控所取代。我们已与北美知名主机厂合作,共同开发直接式线控的自动系统。据专业机构研究,这将使响应时间从原来的430毫秒缩短至70毫秒,从而大幅提升刹车系统的安全性。另一方面,原有的刹车系统包含气路、液压路、泵等复杂机械结构,而这些将被一根简单的电线所取代。机械式线控将直接安装在轮子上,连接到各种控制端,实现云端到OTA的升级。

我们目前正在开发的是机械式线控EMB,从原来的测量液体压力转变为直接测量作用在刹车盘上的力,这是对我们原有传感器的创新,也是为了适应新技术迭代而进行的研究。

我们将传感器直接安装在卡钳上,当卡钳通过电驱动夹紧刹车盘时,传感器将直接反馈刹车盘上的力。未来在ABS策略调整或其他调整时,将很容易实现OTA升级。这一创新的关键在于,与测量液体或气体时压强各向一致不同,力的测量对传感器的要求更高,因为力稍有偏移,力的分量就会发生变化。因此,我们对整个力感模块进行了全新设计,与原有产品截然不同。同时,我们还对车载力感模块上的识别片进行了技术升级,以确保在保证精度的前提下及时提供力的响应。

此外,我们还有踏板力传感器。近年来,一些事故被归因于踏板被卡住,导致刹车失灵。我们正在与主机厂合作开展新项目,旨在通过直接测量力来驱动刹车动作。这将大幅降低反应时间至70毫秒或80毫秒,并显著提高容错概率,避免因刹车被卡住而无法踩下。

森萨塔在汽车空调热泵及高压器件中的技术突破

最后,我要提到我们在汽车空调热泵中的应用。如今,电动车的续航备受关注。经过市场调研发现,如果在汽车空调系统中采用热泵技术,可提高5%至10%的续航。此外,从传统的制冷剂到二氧化碳的转变也对环境更加友好,有助于推动更清洁的环境。目前,已有主机厂在研发以二氧化碳为媒介的热泵空调。

虽然这种技术既能增加续航又对环境友好,但对整个系统的要求也相应提高。传统空调系统的工作压力可能在50Bar左右,而二氧化碳热泵系统的工作压力可能达到150Bar同时,普通空调的工作温度为125度,而热泵空调中二氧化碳的工作温度则需达到165度。这对我们的电子元器件和密封器件提出了巨大的挑战。经过复杂的模拟计算和无数的DOE实验,我们最终推出了基于叶面片技术的温度和压力响应传感器。

随着热泵空调系统对工质精度的要求日益严格,其对压力精度的需求也随之提升。当前,我们要求在高温应用环境中,系统能够达到全量程0.41%的精度标准。这一成就的取得,有赖于我们产品所进行的一系列高阶运算,最终使得精度得以提升至0.41%。

图源:森萨塔

此外,我们的温压一体传感器能够最大限度地保护整个系统,有效防止过热和过压情况的发生,从而避免压缩机或其他管路可能遭受的损害。

我们的高效接触器产品已采用800V系统,这对各类能效产生了显著提升,但在800V的应用实践中,也发现了一些问题。尽管市场上已有800V的车辆,但800V的充电桩基础设施却相对匮乏,目前市场上的充电桩仍以400V为主。800V车辆若要在400V充电桩上充电,会面临不兼容的问题。目前,一些主机厂已推出800V与400V兼容的平台,既能在800V充电桩上充电,也能在400V充电桩上充电。其原理是通过两个400V电池包的串并联切换,实现800V与400V的转换。以往,这一过程需要三个高压继电器,通过电控系统来控制其开合顺序,以确保电压切换的顺利进行。

现在,我们已将这三个继电器整合为一个高效继电器,并通过一系列优化措施,使产品的体积和能耗都达到了新的水平。该产品的工作原理是通过一个功能机构,推动软同排和硬同排上的触点接触或分离,从而控制电路的开合。

这一产品的显著优势是,相较于以往使用三个截流继电器进行控制的方式,它在电路或电信号出现偏差时,能有效避免电池包直接短路的风险。因为我们的产品采用机械硬连接,通过涡轮蜗杆驱动开合,从机械硬件层面杜绝了误开合的可能性,确保了系统的安全性。

此外,我们的接触电阻仅为现有接触器的一半,这意味着机电能耗将降低一半。同时,由于我们的产品不含线圈,因此没有额外的功耗。在尺寸和重量上,它相当于三个继电器的一半,成本上也具有一定的优势。我们认为,这款产品将成为未来800V平台以及400V与800V切换平台的首选产品。

在我们的产品布局中,高压器件部分包括接触器、熔断器、电流传感器等多种配套产品。我们已将这些产品进行垂直整合,目前正在为一些客户开发商用车用的高压分配单元。

高压分配单元具有多项优势,如支持兆瓦级充电、可达1000V的应用电压、持续载流能力达到2200A,以及具备70000A电流分段的能力。此高压分配单元不仅具备高压分配功能,还集成了充电和配电功能,包括大功率充电和电池包取电分配到主区、辅区,这是一个高度系统集成的产品。

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