这个视频,是之前非常火的,是特斯拉发布的一款把车载元件包括各种阀、泵和电池、娱乐系统、中控屏和车身控制器转化为一套原型的呼吸机系统。结合美敦力发布的简单版本的呼吸机,我们可以看到一个很有意思的情况:

  1. 特斯拉把中控屏+娱乐系统的UI和HMI交互为一个医用仪器非常快,而且把上层的控制算法都放在顶层上面进行控制
  2. 特斯拉的车身电子集成控制器,提供了各路不同的传感器调理电路(采集)和驱动控制,加上电池的智能管理,可以在底层我们比较花时间的ECU层面的软件改动也比较快
  3. 结合各个车企围绕信息系统开发OS也好,把大量的底层功能开始抽象往上做,未来的汽车电子确实和其他工业产品有很大的相似性

01 美敦力的PB560呼吸机信息

我觉得美敦力是一家具有社会责任感的公司,为缓解呼吸机供应短缺,将便携式的PB560呼吸机设计图纸全部开源,包括了软件、硬件(BOM+PCBA)、和结构图纸。如下图所示,我们可以理解下这个呼吸机包含哪些东西。呼吸机的基本功能为是辅助病人呼吸,包括辅助供氧的气路压力控制、整个回路的压力监控、回路的湿度监控,这些是基于医学的一套需求功能。在实际工作中,由于和人的性命相关,整个系统页包含自身的故障诊断功能,包括供电的高、低压报警、病人的窒息报警、湿度过高/过低报警,流速监控报警、供氧基本管路报警、呼吸机供电系统报警、电池系统故障报警、通讯报警等。


图1 美敦力的呼吸机基本功能

根据PB569里面的几块板子,包括Power Supply Board、Power Pack2、BuzzerBoard、CPU Board和电池板,整个系统结构是比较简单的。核心的就是我们之前汽车ECU里面,输入传感器检测和输出阀门和基于PWM的气泵控制。


图2 美敦力呼吸机电子控制原理图

这个产品的难度,如下图所示,由于这个市场是稳定的,需要强管制的产品。即使是美敦力开源,从PCBA的打样、找部件、烧录软件,这个工作需要挺长一段时间才能把产量提高,而且这些元器件设计选型可能比较老,在当前的条件下,你想批量的按着现有的材料造出来,还比较困难。


图3 呼吸机的供电整理

02 特斯拉的原型机

特斯拉的工程师团队是非常灵活和有意思的,因为呼吸机的原理如视频所说,其实并不复杂,使用车用的HVAC系统,转变到呼吸机的要求,需要一些时间。他们的做法,就是使用车上的部件,根据系统原理图进行重组,这里分为车用原有部件、其他部件(主要是检测传感器)和医疗部件,下面是特斯拉做的总体结构框图。如上面所说的,核心的问题是控制氧气的输入压力和整体的流量、压力和湿度控制。


图4 特斯拉呼吸机的框图

特斯拉其实跳过了美敦力用嵌入式系统来控制单个控制器,采用了Model 3/Y上的娱乐系统来进行顶层控制(在这个里面,特斯拉基于Linux开发),传感器和驱动部分,使用车身控制器(包含VC Front和VC Right两个,一个是配电功能+一个控制功能)来控制可变阀门交换信息,并且根据自己的系统GUI开发,快速在15寸屏上做系统的交互,进行调节气压、流量、气量的操作。 备注:这套原型系统是具备12V电池+外部接入的电源


图5 特斯拉的呼吸机控制部件

其实我的理解,这种偏向于集成化的系统架构,以后在车上是比较普遍的,大众/奥迪所提倡的End to End(E2E)的架构,开发的核心还是自己的信息系统OS,假定在ID3上这么魔改,我们也能快速的得到一套基于车载域控制器的系统,理论上这个开发时间可能比我们在底层ECU上面改起来更快一些,特别是不算特别实时的任务。


图6 奥迪的E3电子架构

小结:最近和佟老师一直在搜集车载计算平台的信息,这个趋势还是很明显的,就是不同车企对于采用这套东西是一致的,但是如何处理和供应商之间的关系,如何构建自身的软件中心(到底做多少工作)还是存在分歧的。

从视频中基本可以看出,制造呼吸机的材料主要来源是车辆的空调系统和中控屏幕。


特斯拉负责空调系统的工程总监 Joseph Mardall向大家介绍展示了他们的「特斯拉呼吸机」的早期原型:为了加快设计和制造流程,特斯拉试图尽可能多地使用特斯拉汽车上的现有零件:在下面的呼吸机设计与制造流程图中,你看到的所有的橙色部分,都代表是用特斯拉车辆上的部件替换而来的。


Joseph Mardall 介绍,他们使用的是零部件主要集中于 Model 3的空调系统,但除此之外,我们也可以看到一些相当瞩目的特斯拉部件 —— 比如 Model 3 那硕大的中控屏幕以及车载信息娱乐电脑。

毕竟造呼吸机这个东西,算是跨界了,具体怎么操作,一般人估计都不懂,不过如果特斯拉能把呼吸机造出来,并且符合相应标准,可以交付使用,那也算是真的牛X了。

来源:如何看待特斯拉用汽车零部件制造呼吸机?这一操作可行吗?

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