世界上几乎每个地区都在争取更严格的环境法规，欧洲是最好的，其他地区的温室气体（GHG）标准紧随其后。作为另一个影响因素，在现任新政府的领导下，美国预计将有更严格的温室气体排放标准，这可能导致复苏增长，特别是混合动力汽车，因为这类车辆类别可以作为方向BEV早期可用解决方案的过渡阶段。温和的混合动力汽车(48V虽然系统有助于达到新的温室气体排放标准，但从OEM从这个角度来看，不足以避免不符合各自国家的问题CO排放法规产生罚款。

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图1:各国/地区温室气体法规 (来源：ICCT, 2020)

随着温室气体趋势的加快，全球xEV市场可能会进入一个漫长的扩张期，电池成本也会下降。自2025年以来，更严格的限制(燃油经济性标准/BEV各国的销售法规将导致xEV需求增长。随着核心技术(包括电池)价格的逐渐下降，从2025年开始向独立增长模式过渡。

图2:全球轻型车xEV市场需求预测(不包括2/3轮车、中/重型巴士、卡车等。)来源:Strategy Analytics - Automotive Electronics System Demand - April 2021 -

HEV系统的要求和概念

尤其是，PHEV和FHEV从协作控制策略来看，它取决于各自的系统概念（ICE另外，从和电驱动的角度来看，复杂性更高，因为ICE由于电驱动功能的组合/添加，它们对应用程序组件的空间限制更加敏感。这不仅适用于机电组件，也适用于数字芯片组、模拟和电源组件等电子设备。

上述系统的复杂性来自以下上功能：当车辆减速时，动能通过电机转换为电能并存储在电池中。在加速过程中，电池的电能用于辅助ICE，节省燃油消耗。高功率电机FHEV这意味着高发电机容量，因此在减速期间可以回收（或恢复）更多的动能，从而提高燃油效率。

HEV控制：复杂概念

图3：HEV 大分类

HEV图3描述了几种混合系统结构的大分类：

最简单的是并联混合系统（Parallel hybrid system）。电机与ICE并联放置。电机/发电机通过使用来自电池的电能来辅助加速，并在减速期间将电机用作发电机来充电。该系统的优点是成本低，控制复杂性低。

串联混合动力系统（Series Hybrid system）由ICE通过发电机将产生的动能转化为电能，然后再用另一台电机产生动能。它似乎在浪费成本和能量。但这种方法的优点是可以在最节油的速度/扭矩范围内运行ICE。这是由于ICE低速(例如<1500rpm），或高速(例如> 4000rpm），而且低扭矩范围的燃油效率很低。

混合动力系统串联/并联（Series/Parallel hybrid system）是最复杂的系统。当ICE在节油速度/扭矩范围内运行时，ICE输出可通过离合器和变速箱直接传输到车轮。如果需要扭矩辅助，电机可以帮助加速，ICE可节省燃料，如并联混合动力系统。当速度非常慢时，离合器会松开，类似于串联混合动力系统，以避免在低燃油效率范围内运行ICE。

当串联和串联/并联混合动力系统配置时，通常需要严格和相互依赖地控制两个电机/发电机装置的组合。

HEV控制:关键挑战和解决方案

从上述牵引电机系统的概念来看，很明显，由于两个实体之间的通信负荷较大，需要加强诊断，以保持目标安全水平（ASIL-level），特别是在串联/并联混合动力系统的情况下，各自的控制和同步复杂的。

优化这些工作的明显解决方案是Skyworks代理两个逆变器控制系统集成到一个ECU高度专业的微控制器（MCU）进行操作。利用这一概念，两个逆变器控制环之间的同步可以在一个微控制器中实现，导致高通信带宽和等待时间缩短。另外，通过选择符合安全水平的ASIL诊断和功能安全的概念将变得更加简单和直接。集成解决方案的另一个好处当然是高度优化的材料清单（BOM），对于整个系统概念来说，减少零件空间的需求是非常有益的。

解决方案：集成xEV支持功能的MCU

HEV专用MCU电机控制算法电机控制算法的矢量数学计算过程到特殊处理IP上。用这种方法，MCU可配备少量CPU内核，同时承担上述其他软件任务。

增强电机控制单元（EMU3）

嵌入式增强电机控制单元（EMU Gen3)是一组电机控制加速器模块，采用矢量控制算法计算三相PWM根据原因，比较值A/D转换器测量的电机电流值产生矩形波模式。此外，解析器到数字转换器通过执行位置传感器接口功能集成（RDC3A）获得电机的角度值。三相电机计时器TSG3使用EMU输出3的计算结果PWM和矩形波。

图4：增强电机控制单元（EMU3）

EMU3 的IP电机控制功能可以结合其特定的功能块和用户特定的软件干预来行使。因此，结合硬件加速和各用户软件的灵活控制概念。

图5：结合用户特定的软件干预，灵活控制电机

控制双电机/发电机

基于之前介绍的电机控制，实现双电机/发电机控制能力的关键解决方案IP（“EMU3)以及如何将嵌入式位置传感器接口集成到微控制器系统中。

下图显示了控制两台电机的实际方法(请参考附录中的缩写定义):

CPU2和CPU3分别控制电机。EMU3.性能密集型电机控制算法(例如)PWM模式的Park/Clark处理变换)已从CPU转移到EMU3.允许其他重要软件任务(如诊断处理)CPU执行。

CPU1也可用于其他功能，如实现DC/DC转换器控制作为可选的集成附加功能，优化整个功能HEV系统布局。

RDC3A是MCU集成的（与Tamagawa AU6805等效)双旋转变压器数字转换器接口，或者更一般地说，它是电机位置传感器接口，可以连接到模拟旋转变压器或电感位置传感器信号。

图6:控制双电机/发电机的系统示例

瑞萨提供的解决方案

在瑞萨（Renesas），40纳米微控制器RH850/C1M-Ax作为HEV控制概念已经验证多年了。该设备和即将发布的28nm下一代设备专注于牵引电机的逆变器控制功能。PMICs，栅极驱动器和IGBT设备和逆变器turnkey解决方案可以大大降低客户的研发工作(见图7)。

图7：瑞萨xEV产品组合

总结

基于电驱动/基于电驱动/ICE由于系统复杂性的增加，系统组合运行的混合动力汽车特别需要经济高效、尺寸优化的推广系统。牵引逆变器专用高性能微控制器（MCU）电子和机电系统设计具有专用于矢量数学计算的硬件加速器功能，有助于实现整体优化。