Каковы характеристики синхронного реактивного двигателя, разработанного Кан Вэньяном и его командой? — спросил Цао Ман.
Кан Вэньян является руководителем 3-й автомобильной лаборатории и отвечает в основном за разработку систем электродвигателей.
Синхронный реактивный двигатель (сокращенно SynRM) по своей сути является синхронным двигателем с реактивными свойствами, и принцип его работы схож с вентильно-реактивным двигателем.
Он коренным образом отличается от традиционных двигателей переменного и постоянного тока. В отличие от них, он не полагается на взаимодействие магнитных полей статора и ротора для создания крутящего момента. Вместо этого он следует принципу, согласно которому магнитный поток всегда замыкается по пути наименьшего магнитного сопротивления. Крутящий момент создается за счет силы магнитного притяжения, возникающей при изменении магнитного сопротивления в зависимости от положения ротора. Такой момент называется реактивным моментом.
В отличие от переключаемого вращающегося магнитного поля статора в вентильно-реактивных двигателях, магнитное поле статора в SynRM является синусоидальным вращающимся полем.
Статор SynRM обычно имеет конструкцию статора традиционного трехфазного двигателя переменного тока, но конструкция его ротора весьма специфична — в нем прорезано множество пазов. Особая структура ротора обеспечивает огромную разницу в магнитном сопротивлении между продольной и поперечной осями магнитной цепи SynRM, создавая выраженную явнополюсность, что и порождает реактивный движущий момент.
Статор SynRM, как правило, использует конструкцию статора традиционного трехфазного двигателя переменного тока. Основное различие заключается в структуре ротора. С развитием технологий конструкция ротора SynRM постоянно эволюционировала, и на данном этапе существует две основные формы структуры ротора.
Поперечно-слоистая форма и аксиально-слоистая анизотропная форма.
Структура ALA состоит из чередующихся слоев высокомагнитного материала и немагнитного изоляционного материала, расположенных вдоль оси. Она обладает очень сильной выраженной полюсностью, поэтому плотность крутящего момента и коэффициент мощности у нее выше, однако технология производства сложна и неудобна. Структура TLA использует традиционные методы штамповки и прессования, имеет простую конструкцию ротора, высокую механическую прочность и низкую себестоимость производства.
Однако, сравнительно говоря, выраженная полюсность у нее не так сильна, как у структуры ALA, поэтому плотность крутящего момента и коэффициент мощности несколько уступают показателям ALA.
Синхронный реактивный двигатель по своей сути является синхронным двигателем с реактивными свойствами. Принцип его работы основан на том, что магнитный поток всегда замыкается по пути наименьшего магнитного сопротивления. Крутящий момент создается за счет силы магнитного притяжения, возникающей при изменении магнитного сопротивления, вызванного ротором в различных положениях.
По сравнению с традиционными двигателями постоянного тока, SynRM не имеет щеток и колец, он прост, надежен и удобен в обслуживании. По сравнению с традиционными асинхронными двигателями переменного тока, на роторе SynRM нет обмоток, а значит, отсутствуют потери в меди ротора, что повышает эффективность двигателя.
По сравнению с вентильными реактивными двигателями, поверхность ротора SynRM гладкая, а изменение магнитного сопротивления происходит более непрерывно, что позволяет избежать проблем с пульсацией крутящего момента и высоким уровнем шума. В то же время статор SynRM создает синусоидальное магнитное поле, управление им простое, а аппаратная платформа зрелая, что снижает стоимость системы управления приводом.
По сравнению с синхронными двигателями с постоянными магнитами, на роторе SynRM нет постоянных магнитов, его стоимость ниже, отсутствуют проблемы с ослаблением поля или размагничиванием, а при длительной эксплуатации эффективность остается более стабильной.
Использование такого двигателя позволит повысить эффективность всего автомобиля более чем на девяносто процентов. После оснащения синхронным двигателем с постоянными магнитами энергия, поступающая от аккумулятора при ускорении автомобиля, достигает поразительного максимума, что позволяет электромобилям легко достигать динамики разгона, присущей бензиновым машинам.
«Этот новый двигатель круче всех, что я видел раньше. Он лучший как по стоимости, так и по эффективности. Разгон до сотни занимает всего 3,5 секунды, а максимальная скорость достигает 261 километра в час. Такие характеристики редко встречаются даже среди автомобилей с двигателем внутреннего сгорания», — ответил Чан Цзяньбинь.
«Хорошо, возвращайся к своей работе, а я загляну в соседний отдел», — удовлетворенно кивнул Цао Ман.
«Хорошо, господин Цао», — сказал Чан Цзяньбинь и проводил Цао Мана до дверей лаборатории.
Цао Ман провел краткий осмотр в лаборатории № 3, после чего направился в лаборатории № 4. Задачей четвертой лаборатории была разработка систем электронного управления, однако она, казалось, не была так загружена, как остальные, и исследователи здесь выглядели более праздными.
Тем не менее, численность персонала в четвертой лаборатории была гораздо выше: всего в ней работало сто семьдесят сотрудников, из которых сто двадцать были инженерами-программистами.
Поскольку системы электронного управления в основном базируются на программном обеспечении, планировка четвертой лаборатории мало чем отличалась от обычного офиса.
Эти сто двадцать инженеров-программистов сидели за компьютерами, склонив головы и набирая код.
На самом деле система для автомобилей «Шэньлань» была разработана уже давно, и они лишь занимались итерационным обновлением. Система «Шэньлань» была модифицирована на базе системы «Тяньмацзо».
Девушка-программист в очках в черной оправе и платье в стиле «принцесса», увидев Цао Мана, поспешила поздороваться: «Господин Цао».
«Цзян Хэнчао у себя в кабинете?» — спросил Цао Ман.
«Начальник Цзян в кабинете», — ответила Яо Сыцзюнь.
«Занимайся своими делами», — сказал Цао Ман и направился прямиком к кабинету Цзян Хэнчао.
Поскольку большинство сотрудников были заняты, никто не заметил прихода Цао Мана. Пройдя через рабочую зону, Цао Ман подошел к кабинету Цзян Хэнчао.
«Щелк!»
Услышав звук открывающейся двери, Цзян Хэнчао перевел взгляд с монитора на дверь.
— Господин Цао, — Цзян Хэнчао, увидев Цао Мана, тут же встал, чтобы поздороваться.
— С системой электронного управления уже все закончено? — спросил Цао Ман, выдвигая стул.
Хотя система электронного управления электромобиля в основном состоит из программного обеспечения, аппаратная часть также необходима, особенно автомобильные чипы MCU, которые имеют первостепенное значение. Однако Шэньлань Цичэ использует не чужие чипы, а чипы Тяньмацзо, самостоятельно разработанные Шэньлань Технолоджи.
Однако чипы Тяньмацзо, используемые в автомобилях Шэньлань, отличаются от обычных чипов.
Техпроцесс автомобильных чипов Тяньмацзо немного отстает: 99% чипов изготавливаются по 65-нанометровой технологии, и только основной чип производится по 14-нанометровому техпроцессу.
Причина использования 65-нанометрового техпроцесса для производства этих чипов заключается в том, что диапазон рабочих температур автомобильного класса совпадает с военным классом.
В настоящее время техпроцесс, который Хуася может производить в соответствии с этим стандартом, составляет 65 нанометров.
В электронных компонентах диапазон рабочих температур является важным показателем. Разные уровни соответствуют разным диапазонам рабочих температур. Как правило, диапазоны рабочих температур военного и автомобильного классов шире, в то время как диапазоны промышленного и потребительского классов относительно уже.
Диапазон рабочих температур военного класса составляет от -55°C до +125°C, что шире, чем у других уровней. Обычно это требует, чтобы различные параметры чипа соответствовали стандартным требованиям в экстремальных температурных диапазонах, поэтому в чипы военного уровня необходимо вносить соответствующие изменения в технологию производства, энергопотребление, технологию упаковки и другие аспекты.
Диапазон рабочих температур автомобильного класса такой же, как и у военного. Хотя он также требует прохождения набора строгих стандартных сертификаций, таких как стандарт ISO/TS 16949 и серия стандартов AEC, требования автомобильного класса относительно ниже, главным образом потому, что рабочая среда автомобиля относительно стабильна, а требования к надежности чипа также относительно ниже.
Диапазон рабочих температур промышленного класса составляет от -40°C до +85°C, что немного уже, чем у военного и автомобильного классов, но все же шире, чем у потребительского класса.
Чипы промышленного уровня обычно должны соответствовать определенным стандартным требованиям, таким как ISO 9000 и т. д.
Потребительский класс имеет самый узкий диапазон рабочих температур, обычно от 0°C до +70°C.
В основном это связано с тем, что потребительская электроника предъявляет более высокие требования к стоимости и объему, и более низкие требования к производительности и надежности.
Стоит отметить, что хотя различия в диапазоне рабочих температур между разными уровнями очевидны, другие скрытые факторы также влияют на производительность и надежность чипа.
Например, чипы военного уровня обычно должны проходить более строгие испытания и проверки, чтобы гарантировать, что их производительность и надежность соответствуют более высоким стандартам.
Помимо диапазона рабочих температур, существуют и другие скрытые факторы, которые могут влиять на производительность и надежность электронных компонентов. Ниже приведены некоторые из возможных факторов.
Разные уровни могут иметь разные системы обеспечения качества и стандартные требования.
Например, продукция военного класса обычно проходит 100% проверку, в то время как продукция гражданского класса может проходить только выборочную проверку.
Это может привести к различиям между изделиями разных классов в таких аспектах, как температурные характеристики, помехоустойчивость, виброустойчивость, стабильность, надежность, перегрузочная способность и точность параметров.
Разные классы могут иметь разные политики поддержки жизненного цикла.
Например, продукция военного класса может требовать более длительных гарантий срока службы и поддержки, в то время как продукция гражданского класса может обеспечиваться поддержкой лишь в течение короткого времени.
Для некоторых специальных сценариев применения, таких как аэрокосмическая и военная области, безопасность является критически важным фактором. Электронные компоненты, используемые в этих областях, могут нуждаться в соответствии со специфическими стандартами и требованиями безопасности; например, чипы, прошедшие сертификацию DO-178B, могут быть более подходящими для использования в аэрокосмической отрасли.
Следует отметить, что эти скрытые факторы могут влиять на производительность и надежность электронных компонентов, но обычно они не отражаются напрямую на диапазоне рабочих температур.
Поэтому при выборе электронных компонентов необходимо учитывать больше факторов, а не только диапазон рабочих температур.
Это также является причиной, по которой большинство чипов изготавливаются по 65-нанометровому техпроцессу.
Одному электромобилю требуется 70 чипов MCU. К счастью, требования к производительности этих чипов MCU невысоки, так как они управляют лишь отдельными звеньями, поэтому 65 нанометров достаточно для идеального выполнения этой серии простых операций.
Единственным чипом, к которому предъявляются требования по вычислительной мощности, является главный чип центрального управления. Главный управляющий чип размещается внутри автомобиля, где требования к рабочей температуре не так высоки, поэтому в нем используется 14-нанометровый чип.
Разумеется, для того чтобы лучше защитить главный управляющий чип и избежать ненужных проблем.
Цзян Хэнчао и его команда при проектировании специально разработали систему охлаждения для главного управляющего чипа; как только автомобиль заводится, эта система максимально быстро начинает охлаждать главный чип.
Мы уже провели тесты на соединение датчиков во всех звеньях, в ходе офлайн-тестирования проблем пока не обнаружено. Конкретные результаты станут известны только после испытаний электронной системы управления на реальном оборудовании. В нашей лаборатории есть система виртуальной кабины, господин Цао, не хотите ли вы лично ее опробовать? — спросил Цзян Хэнчао.
Попробую после установки на оборудование, — сказал Цао Ман, немного подумав.
Система виртуальной кабины похожа на автомобильную игру. Хотя управление в виртуальной кабине почти такое же, как в настоящем автомобиле, ощущения от нее гораздо хуже. Чтобы по-настоящему понять, есть ли в системе проблемы, им придется дождаться установки электронной системы управления на автомобиль.
Согласно отчету, предоставленному Цзян Цзюньлинем Цао Ману, первый опытный образец будет готов в апреле.
Цао Ман приехал в этот раз только для того, чтобы проверить, нет ли расхождений между ситуацией в различных отделах и отчетом Цзян Цзюньлиня.
Судя по текущей ситуации, отчет Цзян Цзюньлиня был весьма точным.
Господин Цао, у вас есть какие-то вопросы в связи с этим визитом? — спросил Цзян Хэнчао.
Что касается вопросов, то у Цао Мана их вроде бы и не было, но в то же время кое-что обсудить стоило. Этот вопрос не сильно затрагивал другие лаборатории, но на их систему электронного управления влиял довольно существенно.
«Основной чип управления "Пегас" может быть снят с производства в любой момент, вы должны подготовить альтернативный план», — сказал Цао Ман.
Цао Ман знал, что появление «Синтяня» уже стало угрозой для американских полупроводниковых компаний. В будущем TSMC может оказаться в ситуации, когда не сможет выполнять заказы для «Шэньлань», и тогда автомобили «Шэньлань» лишатся источника основных чипов управления.
Нельзя же прекратить выпуск автомобилей только из-за отсутствия чипа управления, единственный выход — найти подходящую замену.
Не говоря уже о том, когда будет создан отечественный литограф после того, как «Шэньлань Технолоджи» решит проблемы с зеркалами и источником света.
Даже технология наноимпринтной литографии (NIL) от «Шэньлань Технолоджи» будет внедрена только через три года.
В этот период им необходимо подготовить резервный план на случай дефицита чипов.
На самом деле решить эту проблему довольно просто: достаточно, чтобы автомобили «Шэньлань» не использовали самые передовые техпроцессы. Если не будет 14-нанометровых чипов, они смогут использовать 28-нанометровые, в худшем случае производительность будет немного ниже.
28-нанометровый чип «Пегас» уступает 14-нанометровому примерно на 60%.
Однако даже чип «Пегас», изготовленный по 28-нанометровой технологии, по производительности превосходит 14-нанометровый «Синтянь».
Причина, по которой «Пегас» не выпускали на рынок, заключалась в желании застать европейцев врасплох.
Интересно, что почувствуют эти люди в будущем, когда увидят, как «Шэньлань» с помощью 28-нанометрового чипа сокрушает 14-нанометровые аналоги.
Скорее всего, они будут вне себя от ярости.
На самом деле многие потребители попались на удочку заблуждения, что чем современнее техпроцесс, тем выше производительность. Теоретически, более совершенный техпроцесс позволяет создавать более мощные процессоры, но все зависит от того, как разработчик спроектировал этот чип.
Отставание в техпроцессе не означает, что созданный чип не может быть мощнее того, что сделан по более продвинутой технологии.
Возьмем для сравнения Intel i7-13700 из будущего: он изготовлен по 10-нанометровому техпроцессу, но его производительность выше, чем у 4-нанометрового Snapdragon Gen 1. Разница между ними заключается в энергопотреблении и архитектуре.
Intel использует архитектуру x86, а Snapdragon — архитектуру ARM.
Дело не в том, что Intel не может выпускать процессоры с низким энергопотреблением. Взять хотя бы Z3770 в телефоне «Шэньлань 2»: его энергопотребление составляет всего 3,5 Вт, что даже ниже, чем у Snapdragon 820.
Ключевой вопрос заключается в том, как заставить процессор выдавать высокую производительность при низком энергопотреблении — это и есть самая большая проблема, стоящая перед всей индустрией микросхем.
В целом, чип — это очень сложная вещь.
Цао Ман сказал это Цзян Хэнчао, чтобы заранее подготовить их, дабы они не начали искать резервные варианты только тогда, когда проблема уже возникнет.
— Господин Цао, у нас уже есть запасной план по этому вопросу. Если TSMC производит для нас 14-нанометровые чипы, то мы заменим их 28-нанометровыми чипами «Пегас». Лаборатория чипов уже разрабатывает 28-нанометровую версию, — сказал Цзян Хэнчао.
Хотя они пришли работать в «Шэньлань» под влиянием Системы, это не мешало их восприятию реального общества. Цзян Хэнчао осознавал эту проблему с самого начала.
Цао Ман удовлетворенно кивнул, услышав ответ. Похоже, собеседник был не просто техником, разбирающимся только в исследованиях, но и обладал определенным пониманием ситуации.
Обновлено: 23.01.2026