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世界上幾乎每個地區都在爭取更嚴格的環境法規，歐洲是最好的，其他地區的溫室氣體（GHG）標準緊隨其后。作為另一個影響因素，在現任新政府的領導下，美國預計將有更嚴格的溫室氣體排放標準，這可能導致復蘇增長，特別是混合動力汽車，因為這類車輛類別可以作為方向BEV早期可用解決方案的過渡階段。溫和的混合動力汽車(48V雖然系統有助于達到新的溫室氣體排放標準，但從OEM從這個角度來看，不足以避免不符合各自國家的問題CO排放法規產生罰款。

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圖1:各國/地區溫室氣體法規 (來源：ICCT, 2020)

隨著溫室氣體趨勢的加快，全球xEV市場可能會進入一個漫長的擴張期，電池成本也會下降。自2025年以來，更嚴格的限制(燃油經濟性標準/BEV各國的銷售法規將導致xEV需求增長。隨著核心技術(包括電池)價格的逐漸下降，從2025年開始向獨立增長模式過渡。

圖2:全球輕型車xEV市場需求預測(不包括2/3輪車、中/重型巴士、卡車等。)來源:Strategy Analytics - Automotive Electronics System Demand - April 2021 -

HEV系統的要求和概念

尤其是，PHEV和FHEV從協作控制策略來看，它取決于各自的系統概念（ICE另外，從和電驅動的角度來看，復雜性更高，因為ICE由于電驅動功能的組合/添加，它們對應用程序組件的空間限制更加敏感。這不僅適用于機電組件，也適用于數字芯片組、模擬和電源組件等電子設備。

上述系統的復雜性來自以下上功能：當車輛減速時，動能通過電機轉換為電能并存儲在電池中。在加速過程中，電池的電能用于輔助ICE，節省燃油消耗。高功率電機FHEV這意味著高發電機容量，因此在減速期間可以回收（或恢復）更多的動能，從而提高燃油效率。

HEV控制：復雜概念

圖3：HEV 大分類

HEV圖3描述了幾種混合系統結構的大分類：

最簡單的是并聯混合系統（Parallel hybrid system）。電機與ICE并聯放置。電機/發電機通過使用來自電池的電能來輔助加速，并在減速期間將電機用作發電機來充電。該系統的優點是成本低，控制復雜性低。

串聯混合動力系統（Series Hybrid system）由ICE通過發電機將產生的動能轉化為電能，然后再用另一臺電機產生動能。它似乎在浪費成本和能量。但這種方法的優點是可以在最節油的速度/扭矩范圍內運行ICE。這是由于ICE低速(例如<1500rpm），或高速(例如> 4000rpm），而且低扭矩范圍的燃油效率很低。

混合動力系統串聯/并聯（Series/Parallel hybrid system）是最復雜的系統。當ICE在節油速度/扭矩范圍內運行時，ICE輸出可通過離合器和變速箱直接傳輸到車輪。如果需要扭矩輔助，電機可以幫助加速，ICE可節省燃料，如并聯混合動力系統。當速度非常慢時，離合器會松開，類似于串聯混合動力系統，以避免在低燃油效率范圍內運行ICE。

當串聯和串聯/并聯混合動力系統配置時，通常需要嚴格和相互依賴地控制兩個電機/發電機裝置的組合。

HEV控制:關鍵挑戰和解決方案

從上述牽引電機系統的概念來看，很明顯，由于兩個實體之間的通信負荷較大，需要加強診斷，以保持目標安全水平（ASIL-level），特別是在串聯/并聯混合動力系統的情況下，各自的控制和同步復雜的。

優化這些工作的明顯解決方案是Skyworks代理兩個逆變器控制系統集成到一個ECU高度專業的微控制器（MCU）進行操作。利用這一概念，兩個逆變器控制環之間的同步可以在一個微控制器中實現，導致高通信帶寬和等待時間縮短。另外，通過選擇符合安全水平的ASIL診斷和功能安全的概念將變得更加簡單和直接。集成解決方案的另一個好處當然是高度優化的材料清單（BOM），對于整個系統概念來說，減少零件空間的需求是非常有益的。

解決方案：集成xEV支持功能的MCU

HEV專用MCU電機控制算法電機控制算法的矢量數學計算過程到特殊處理IP上。用這種方法，MCU可配備少量CPU內核，同時承擔上述其他軟件任務。

增強電機控制單元（EMU3）

嵌入式增強電機控制單元（EMU Gen3)是一組電機控制加速器模塊，采用矢量控制算法計算三相PWM根據原因，比較值A/D轉換器測量的電機電流值產生矩形波模式。此外，解析器到數字轉換器通過執行位置傳感器接口功能集成（RDC3A）獲得電機的角度值。三相電機計時器TSG3使用EMU輸出3的計算結果PWM和矩形波。

圖4：增強電機控制單元（EMU3）

EMU3 的IP電機控制功能可以結合其特定的功能塊和用戶特定的軟件干預來行使。因此，結合硬件加速和各用戶軟件的靈活控制概念。

圖5：結合用戶特定的軟件干預，靈活控制電機

控制雙電機/發電機

基于之前介紹的電機控制，實現雙電機/發電機控制能力的關鍵解決方案IP（“EMU3)以及如何將嵌入式位置傳感器接口集成到微控制器系統中。

下圖顯示了控制兩臺電機的實際方法(請參考附錄中的縮寫定義):

CPU2和CPU3分別控制電機。EMU3.性能密集型電機控制算法(例如)PWM模式的Park/Clark處理變換)已從CPU轉移到EMU3.允許其他重要軟件任務(如診斷處理)CPU執行。

CPU1也可用于其他功能，如實現DC/DC轉換器控制作為可選的集成附加功能，優化整個功能HEV系統布局。

RDC3A是MCU集成的（與Tamagawa AU6805等效)雙旋轉變壓器數字轉換器接口，或者更一般地說，它是電機位置傳感器接口，可以連接到模擬旋轉變壓器或電感位置傳感器信號。

圖6:控制雙電機/發電機的系統示例

瑞薩提供的解決方案

在瑞薩（Renesas），40納米微控制器RH850/C1M-Ax作為HEV控制概念已經驗證多年了。該設備和即將發布的28nm下一代設備專注于牽引電機的逆變器控制功能。PMICs，柵極驅動器和IGBT設備和逆變器turnkey解決方案可以大大降低客戶的研發工作(見圖7)。

圖7：瑞薩xEV產品組合

總結

基于電驅動/基于電驅動/ICE由于系統復雜性的增加，系統組合運行的混合動力汽車特別需要經濟高效、尺寸優化的推廣系統。牽引逆變器專用高性能微控制器（MCU）電子和機電系統設計具有專用于矢量數學計算的硬件加速器功能，有助于實現整體優化。