從今年上海車展以來，特斯拉Model 3受到"剎車門"事件影響，銷量已連續兩個月不及車展之前：5月份特斯拉銷量為21936輛，環比4月的11671輛環比增長87.95％，但與3月份的35478輛相比，還是下降了38.2％。這仍不影響特斯拉Model 3成為現象級的街車。看一下Model 3的歷史銷量，不管是與價位接近的同等級豪車品牌（BBA）的油車相比，還是與國產電動車相比，資料都是都是相當優秀。即使銷量下滑，仍不影響Model 3成為現象級的電動汽車。
這款汽車是怎樣煉成的？下面就跟大家一起探討一下。
1. 特斯拉的科技感和Model 3電子電器架構演進
選擇特斯拉Model 3的使用者，首要是選擇了它的高科技感。這也是特斯拉最顛覆傳統汽車的部分——在傳統汽車測評還在討論內飾高階感的時候，特斯拉選擇了內飾的"極簡風"路線，也可以說在有限的成本預算下，儘可能地在沒有"科技感"的部分降本，把預算放在車機系統、三電系統和整車造型，最終打造出一部與傳統車賣點完全不一樣的車。順便說一句，特斯拉也不是真正追求"極簡風"，這從後來車型迭代時也在內飾部分做加法可以看出來，前期選擇簡約風，應該有部分也是出於成本考慮的無奈之舉。
說回到高科技感，特斯拉的Model 3和其他車型，最特別的就是中間有一塊中控大屏，相比Model S/X的17英寸縱向大屏，Model 3 改成15英寸懸浮式橫向設計。也是這塊大屏讓特斯拉從汽車變成了智慧汽車，改變了汽車的操控方式。
關於大屏的使用體驗有多優秀，很多測評都已說過，在此不再贅述。
想重點說一下的是隱藏在大屏幕後的載體——Model 3 的電子電器架構。
圖1 Model 3的電子架構
從Model 3的電子架構圖上，可以看到，Model 3 原有的Model S/X基礎上，簡化的不僅僅是大螢幕的尺寸，還有一些深層的東西：
Model 3中央閘道器的功能弱化了，體現在在物理上削減了連結，整個連線並不是完全中心化，透過BCM左、BCM右和配電盒三個主塊和Autopilot以及娛樂系統進行組合連線。
網路的通訊功能部分，也是把Model S/X上原有的Gateway物理上拆分，合併整合到幾個大的核心模組裡面。
簡化電子架構的好處，主要有下面幾點：
(1) 整車企業可以真正達成硬體標準化的目標：把功能定義和實際的軟體開發完全限定在有限的控制器來實現，整車的研發可以深入到零部件的完善過程中。後續量產中出現一些能用軟體解決的問題，可以完全依靠整車企業自己的軟體開發團隊，擺脫對供應商的依賴。
(2) 最大限度地縮短開發週期：這是因為大量的功能測試都在集中在有限的控制器上實現，如果供應商僅負責提供完善底層和部分成熟的應用層，整車廠參與開發配置強大的主控器，在很多的情況下，完全可以以整車廠的意志為主導，自主地選擇和切換底層供應商。
(3) 最大可能的節約線束成本：把外部的線束透過整合化縮減，控制訊號內化，執行命令採用CAN和LIN的做法來最佳化。
(4) 提高軟體升級效率：控制器的軟體開發迭代自主化以後，OTA過程所要面對的ECU數量有所減少，能在一定程度上提高升級效率。
這套系統打破了原有的零部件和整車關係，需要車企本身研發實力足夠強，還要突破傳統整車廠的EE部門的職能職責，才能完成此類變革。從短期來看，這樣變革的BOM成本不一定便宜，所以需要在一定的銷量下才能做起來。
從這個Model 3這個架構來說，特斯拉是走出了自己的路，開闢了傳統車企EE人想做，又不能做的事情，歷史包袱小，工程能力強，也是特斯拉與其他主機廠拉開差距的地方。
2. 從Model 3 的感測器等硬體最佳化來看特斯拉的自動駕駛
特斯拉自動駕駛也是科技感的重要組成部分。
在自動駕駛方面，Model 3與其他特斯拉的其他車型一樣，是透過Autopilot的功能引入輔助駕駛。該系統經過三代產品迭代，目前仍屬於L2級別，但已經能夠實現包括自動泊車、自動輔助變道、自動駛入和駛出匝道、加速超車和智慧召喚等功能，同時，2020年版本的FSD增強了自主能力，在部分道路場景下可以實現無需駕駛者介入。
Elon Musk在2015年談到對Autopilot願景是：完整版 Autopilot 將讓特斯拉電動車擁有真正的無人駕駛能力。也就是說，後續的升級迭代都將在這個系統上進行。
Autopilot的版本獨立於特斯拉的具體車型，屬於一次性付費啟用的選裝功能，購買後透過OTA免費升版。自2020年10月，特斯拉將Autopilot的在美國的售價從 8,000 美元上調至 10,000 美元，國內選裝的價格為64,000元。後續隨著版本升級，價格還會不斷提高。（見表2）
從Model 3的電子架構和感測器上看到的變化是，所有感測器透過直接的連線方式進入控制範疇：
（1）感知層面的整合化
在上一代的框圖裡面，超聲感測器是由供應商負責整合的，這在感知層面，特別是泊車層面是很難充分融合，因此Model 3的超聲感測器已改為直接整合到BCM左模組上。
攝像頭重新佈置和最佳化，使得車輛層面的佈置和Autopilot的ECU進行了一定程度的協調
雷達模組繼續作為一個基礎的單元保持。
（2）執行層面的最佳化
從驅動系統和底盤系統來看，由於BCM左的存在，在某些狀態下可作為一個副中心。牽涉到這兩塊的核心功能，需要準備演算法上的冗餘和備份。長期來看，這是為輔助駕駛範疇往自動駕駛範疇發展而準備。
（3）電源的整合化
引入配電盒之後，把PCS放到高壓電池裡面，一定程度上做了很多的整合化。這樣的好處包括：讓PCS更貼近電池，更容易控制狀態；集中配電盒，保證主要的核心器件有一定的電源冗餘度。
另外，在元器件的佈局最佳化上也作為了微調。
從實物來看，特斯拉Model 3的感測器套件包括：8個攝像頭，1個雷達和12個超聲感測器。8個攝像頭和12個超聲波感測器組合在一起可以檢測遠距離的物體，其精度幾乎是以前系統的兩倍。該系統還集成了具有改進處理能力的前向雷達，可以提供有關周圍環境的其他資料，如穿透大雨，霧氣，灰塵等的資料。正面的4個正向的攝像機可以覆蓋250米的距離（但視角狹窄），還有一些廣角攝像頭，覆蓋較近的距離（60-150米）汽車的側面和後部還有4個攝像頭，可以覆蓋100米遠的距離。另外，在Model 3上啟用了一個攝像頭監控實際的駕駛員狀態，為自動駕駛留下想象空間。
另一方面，超聲感測器可以檢測汽車周圍8米半徑範圍內的障礙物，聲納收集的資料也被自動駕駛儀用來管理超車期間的自動車道變更。同時，GPS用於檢測汽車在道路上的位置。
圖 2 Autopilot P2.5 與HW 3.0 對比
小結：從Model 3這些硬體上的最佳化可以看到，特斯拉在為Autopilot的不斷升級做充分的準備，包括感測控制器和高壓系統等硬體上的整合，攝像頭和相關元器件的增加，演算法上的冗餘儲備等等。雖然在選購Autopilot時，銷售會承諾，一次性購買會享受後續免費的升級服務，但是實際上，軟體的升級伴隨著車型的迭代，汽車電子硬體也隨之在不斷進化。
3. Model 3 三電系統深度分析
特斯拉的電池系統從2008年開始，到Model 3已經歷經三代系統的變革。電池技術是特斯拉的優勢領域之一。特斯拉電池動力系統包括電池單體、電池管理系統（BMS）、熱量管理系統、冷卻管理等。
圖 3 特斯拉電池系統演進
3.1 電池單體和模組
Model 3 電池單體採用的是2170，之前的車型用的是18650。具體引數比較如下：
圖4 特斯拉電池系統結構
特斯拉電池系統的Pack結構與尺寸基本相同，具有很強的平臺性，透過增減模組數量，以及控制電芯數量，可以配置不同續航里程的車型。Model 3在Model S的模組基礎上，進行延伸，改為超長模組的設計，從而達到提升能量密度，減少電連線重量的效果。
圖5 更長的模組設計
特斯拉在電池系統上匯入了松下、LG化學和寧德時代三家供應商，電池設定標準的尺寸。如下圖所示，電池系統包含四個模組，兩個25S1P模組（1630mm*90mm*290mm）、兩個28S1P模組（1630mm*90mm*290mm）構成。
目前Model 3 在售車型標準續航版和高效能版，主要配置引數如下：
3.2 電機和電控
Tesla Model 3車型改用永磁同步交流電機，與前期Model S所使用的感應式電機相比，永磁同步交流電機體積較小、重量較輕，比感應式電機效率更高，特別是在低載和高載時。永磁電機在滿載時的效率都非常高，滿載效率一般為98%，在這種輕載條件下的效率仍保持在88%。當然，非同步感應電機的優勢在於具有更高的轉速極限，最高可達15000轉每分鐘，並且有更強的過載能力，最大可達額定值的5倍。具有結構堅固性好、成本低和可靠性好的優點。從Model 3更緊湊的車型特性來看，永磁同步交流電機應該是最優解。
特斯拉Model 3作為第一款在電機控制器中使用SiC MOSFET的量產純電動汽車，是寬禁帶半導體在汽車應用的又一新的里程碑。這將很大可能加速寬禁帶半導體，尤其是SiC器件在汽車逆變器的推廣和應用，進一步促進寬禁帶半導體產業的發展。寬禁帶半導體相對於傳統的矽器件，其禁頻寬度，擊穿場強和導熱率都要更高，如下圖。使其單位面積的導通阻抗可以更小(1/3~1/5 of Si)，耐壓高更高，開關速度更快 (3~10x of Si)，同時還具備高溫工作能力，有利於提高逆變器的功率密度。而且SiC MOS作為電阻性器件，非常有利提高汽車在實際執行工況的工作效率和續航里程。不同機構和單位給出的資料顯示，SiC MOS替代傳統Si IGBT，大約能提升5~10%的續航里程。
圖8 Si和寬禁帶半導體材料效能對比
但同時SiC MOS的封裝還存在諸多挑戰。相同電流等級的SiC MOS和Si IGBT相比，晶片水平尺寸目前約為IGBT的1/3~1/4。這就造成SiC MOS的散熱要求要高於傳統Si IGBT模組的封裝。另外，SiC MOS的開關速度可以比Si更快，所以在switching off過程中，由於產生加到的di/dt，從而在器件上產生一個較大的電壓尖峰，因此SiC MOS對主迴路電感要求更高。
移除驅動控制板的SiC inverter內部結構，包括DC輸入端子，母線薄膜電容，功率模組單元和AC輸出端子。由於inverter是貼在變速器的側邊，從整車空間結構來看，需要對inverter進行扁平化設計，因此其內部採用模組和電容平鋪的方式進行連線，實現更薄的厚度。整個功率模組單元由單管模組組成，採用標準6-switches逆變器拓撲，每個switch由4顆單管模組組成，共24顆單管模組，器件耐壓為650V。Model 3的SiC單管模組設計與Model S/X採用Infineon IGBT單管思路一致，好處是實現不同功率等級的可擴充套件同時，還能提升模組封裝良率，降低半導體器件成本。
圖9 nverter中的功率模組:(a)整體架構
圖9 nverter中的功率模組:(b)整體模組單元佈局
3.3 電池管理系統
電池管理系統的主要任務是透過保證電池系統的設計效能，特斯拉的電池管理系統主要的著重點是大量計算和獲取電池的資訊。
圖10 電池管理系統的功能劃分
從Model 3的線路原理圖，可以瞭解Model 3的電池管理系統的介面和結構，從而看到這個電池管理的ECU單元在演化的過程中哪些地方做了簡化，這個與整個傳統的EE系統在管控層面造成了差異化。
圖11 Model 3 的電池管理系統介面圖
（1）電池管理系統介面的變化
透過線路原理圖做分解，整個電池管理系統面向內部主要連線快充聯結器、溫度感測器、正負接觸器、電流感測器、可控熔絲、內部的PCS（DCDC和OBC）的單元菊花鏈CMU控制器，還有面向外部的供電單元、外部HVIL電路、充電控制板、動力總成CAN。
這個可以和內部的電池管理系統的聯結器進行對應，如下所示：
圖12 Model 3的BMS板級連線圖
【P1（VEHICLE INTERFACE）：共 18 個引腳，包含兩路CAN（PT CAN和CP CAN）；P2（EXT LOW VOLT INT）：這個訊號引腳主要是內部連線PCS和檢測內部的聯結器用的，霍爾的溫度感測器也在裡面，這樣數字就能對的起來了；P3（SHUNT INT）：與電流分流器相連；4（HV SENSE）：高壓取樣聯結器，採集高壓回路並分壓到上方高壓處理電路，主要包含三個接觸器（主正、主負和快充雙胞胎接觸器），這裡的高壓採集迴路名義上為3路輸入，實際上診斷主正和主負接觸器會有交叉；P5（A BMB）&P6（B BMB）：菊花鏈的輸出和返回線，用來連線各個CMU；P7（PYRO LOOP）：可切斷熔絲的控制迴路】
（2）高壓取樣和接觸器診斷的變化
根據上面的定義來看，快充接觸器組是使用輔助觸點來診斷粘連的，而主正主負本身需要採集內外的Bus link電壓和輸出電壓，所以原則上最少的高壓取樣迴路只有3組，如果跨正負接觸器高壓採集再增加。
圖13 高壓取樣和接觸器診斷變化對比 （a）Model X
圖13 高壓取樣和接觸器診斷變化對比 （b）Model 3
（3）HVIL的變化
如下圖所示，可以看到整合的好處，單就以HVIL的迴路來看，從MY2012的Model S的經典系統迴路中，原有的DCDC和前端配電的功能被整合到電池包裡面，冷卻液的加熱器給一個整合的熱管理和電機廢熱回收給代替掉；12V Fuse Box進一步整合；充電機和後面的HV Junction Box統一的整合在了電池系統裡面。原來10kW+10kW這樣的交流端設計給更注重直流快充的策略代替掉了。
圖14 原有Model S的系統HVIL電路
所以整個迴路就變成如下圖所示，HVIL高壓互鎖物理是針對高壓回路的母線束聯結器，這裡就切分成三個，整車外部連線的HVIL迴路1（外部的一組連接回路）、內部高壓聯結器HVIL2（包含內部的三個聯結器）和快充高壓線束和聯結器的完整性。根據定義的不同，還採用了兩組模擬訊號和一組PWM訊號不同的方式，來對高壓回路實時、連續性監測的結果進行即時管理，並透過整車診斷系統識別。這裡的設計思路，是把幾個介面分開，所以能比較容易區分在哪裡出現問題，比較容易定位。
直觀來看，特斯拉在客艙熱管理方面還有餘地，可以進一步把HV Compressor和PTC Heater進行調整，從改進能耗的角度，可能加入熱泵系統是發展趨勢。
圖15 Model 3 HVIL迴路的變化
4. 特斯拉產品的快速迭代
特斯拉的Model 3平臺不是以多款車型平臺複用考慮的，而是基於爆款車型來打造的，類似於iPhone的單款極致設計的思想，這也是目前電動汽車裡面最為成功的一個平臺。
早期，特斯拉剛推出Model S和ModelX時，可能不熟悉這匹突然殺進汽車市場黑馬的消費者，還有點分不清兩個型號的具體區別。但等到Model 3和Model Y相繼推出，大家突然反應過來——SE（3）XY，原來馬斯克從一開始就埋下伏筆。
Model 3和Model Y屬於同一個平臺，因此，可以看到在一個車型上的改進會在另一個車型的年度改款上迭代。在再加上前面分析的，簡化後的電子電器架構、最佳化的電池和模組、電池管理系統和電機等等，在Model 3 上率先使用後，後續也在Model Y上有所體現。同樣，Model Y車型上的一些新技術也在Model 3的改款上得以應用。
比如Model Y上首先採用的熱泵系統，這個設計最突出的部件是Octovalve——八爪魚，還把包括Octovalve在內的熱管理元件和管路，比如液冷冷凝器、蓄能器、冷水機和匯流板等等，做了一個系統性整合，最終把整套核心的系統做成一個方盒子相似的大小和壓縮機配在一起放在前艙。
圖 16 整合化的部件
在整個系統裡面，Octovalve這個元件是很重要的，它是從之前Model 3 Super Bottle演化而來的。Octovalve包含一個電機，用來實現其作用是將基於乙二醇的液體冷卻劑分配給整車車中的各個部件，無論是電動機，電池，電力電子裝置還是其他需要熱調節的系統。安裝在一個塑膠的液體匯流板上，如下：
圖17八爪魚的Octovalve
Octovalve上有8個槽，對應塑膠的冷卻液匯流板，鍛造鋁製冷劑分配管可以藉助各種熱力膨脹閥，在不同的元件中分配製冷劑，兩塊合起來以後，共有21個埠。Chiller和LCC都是直接與之連線。這樣的結構有幾個優點：
（1）整合化縮短了路徑，在兩個部件組合中，減少了熱管理損耗；
（2）簡化了整個控制層面，可以把驅動直接做在附近，方便做多種模式切換；
（3）降低了熱管理系統的重量。
圖18 整個系統模板（類似熱管理系統的插槽）
這樣的整合如同PCB板上插元件，而且管路、閥、泵還有冷卻液分配都整合在一起。
圖19 熱管理上面的系統整合
這樣的設計在Model 3的2021年度改款上也被採用。平臺化的設計，尤其是電子架構和硬體上的整合和最佳化，讓特斯拉的車型更迭換代的週期比傳統燃油車的迭代更快，每年的改款上都能都看到一些亮點。
總結：特斯拉的產品總體特點
Model 3的爆賣，讓很多人聯想到當初蘋果手機的橫空出世，以及喬布斯在傳記裡提到的，關於福特造車的故事——福特曾說，如果我最初問消費者他們想要什麼，他們應該是會告訴我："要一匹更快的馬！"。離福特造車100多年過去了，作為曾經顛覆性產品的燃油汽車，也在逐漸成為曾經的"更快的馬"，的確又到了一個具有劃時代意義的產品出現的時間節點。
但馬斯克的野心還不止於此，關於未來，他還有一個"三步走"計劃來實現自動駕駛的願景。第一步，推出了一套L3級別的自動駕駛軟體FSD——關於這一步，我們已經看到了L2+級別的FSD；第二步，推出自動駕駛出租車軟體Robotaxi，命名為Tesla Network——特斯拉Model 3在後視鏡中嵌入了一個面向駕駛員的內視攝像頭，這款裝置一直處於閒置狀態，但馬斯克在推特上透露，這款裝置可以監控乘客的工具。第三步去掉人類司機。
最後一步看起來離我們還有點距離，不過當我們站在下一個百年回頭看的時候，Model 3 也許就是這一系列"不可能"的那個開始？
