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一文读懂低空经济热词点eVTOL-电动垂直起降飞行器

一文读懂低空经济热词：eVTOL-电动垂直起降飞行器

eVTOL（电动垂直起降飞行器）是航空技术的一次变革性转变，它结合了电动推进系统的高效性与垂直起降能力的多功能性，能够在空间有限、传统跑道不切实际的城市环境中运营。这一技术对于改变城市交通、减少交通拥堵以及减轻传统航空器对环境的影响具有重要意义。

一、eVTOL发展简史

eVTOL的概念源于上世纪60年代研发的喷气式垂直起降飞行器，如霍克·西德利“鹞”式等实验性飞行器。然而，这些早期的飞行器模型都是由航空发动机驱动的。随着电池技术和产能的突破，新能源汽车崛起并快速占领了市场。由于未来大城市对立体交通的需求，自2010年以来，电动推进系统研究逐渐热门起来。eVTOL领域的重要里程碑包括Joby Aviation和Volocopter等公司的成立，它们开始开发电动垂直起降原型机，成为该领域的先驱者。过去十年中，许多初创公司和知名航空公司进入市场，加速了eVTOL技术的发展和商业化进程。

二、eVTOL飞行器工作原理

现代的eVTOL具有两个显著特点：电动推进和垂直起降。

电动推进：eVTOL技术的核心是电动推进系统。与传统使用内燃机的飞行器不同，eVTOL依赖于由电池或其他电力源提供动力的电动马达。电动马达具有较低的噪音水平、减少排放和更高的效率等优点。eVTOL的电力驱动系统通常包括电池组、电动马达和管理能量分配的电力电子元件。

垂直起降：eVTOL飞行器的设计使其能够垂直起飞和着陆，通常通过多个转子、导流风扇或倾转旋翼配置等方法实现。垂直升力通常由分布在飞行器周围的多个转子提供，这些转子可以倾斜或调整以实现从垂直飞行到水平飞行的过渡。在起飞和着陆时，转子提供垂直推力，而在巡航飞行时，转子可以倾斜以产生前向推力和升力。

此外，许多eVTOL设计集成了先进的航空电子设备和自主飞行系统，以提高安全性和运营效率。自主飞行技术使这些飞行器能够在最小的人工干预下运行，从而减少人为错误的潜在风险。当然，有些eVTOL设计为可以由机上飞行员或远程控制操作，提供灵活的使用方式。

三、eVTOL类型

eVTOL市场多种多样，拥有众多针对特定使用场景和操作环境定制的设计和配置。根据升力的提供方式，这些设计构型可以大致分为以下几种类型：

多旋翼构型：多旋翼eVTOL类似于大型无人机，配备多个旋翼（通常为四到八个），提供升力和推力。这些飞行器以其简单性、稳定性和易于控制而著称，适用于短程城市空中出行（UAM）应用，如空中出租车和送货无人机。例子包括Volocopter 2X和EHang 216。

升力+巡航（复合翼）构型：升力+巡航eVTOL使用独立的旋翼或螺旋桨提供垂直升力和水平巡航。这种配置能够在不同飞行阶段提供优化的性能。垂直升力由在起飞和着陆时运行的旋翼提供，而前向推力则由在巡航飞行中使用的固定翼螺旋桨提供。例子包括峰飞的盛世龙。

倾转旋翼和倾转机翼构型：倾转旋翼和倾转机翼eVTOL配备可以倾斜的旋翼或机翼，用于在垂直飞行和水平飞行模式之间转换。在倾转旋翼设计中，旋翼安装在可旋转的发动机舱内，既能在起飞和着陆时提供垂直升力，也能在巡航时提供前向推力。而倾转机翼设计则具有随旋翼倾斜的机翼。这些配置具有高速度和长航程的能力。例子包括Lilium Jet和Bell Nexus。

定向推力构型：定向推力eVTOL结合了固定翼和旋翼或风扇，能够定向调节推力，既提供垂直升力，又提供前向推力。这种设计允许高效的巡航飞行并增强机动性。定向推力系统可能较为复杂，但在性能和航程方面具有优势。Archer Aviation的Maker就是定向推力eVTOL的一个例子。

涵道风扇构型：主要依靠涵道风扇产生升力，风扇安装在封闭涵道内，可单涵道多风扇或多涵道组合，涵道能增加风扇效率、集中气流、降低噪音和提高安全性。

四、eVTOL的测试与认证

eVTOL飞行器的测试和认证是一个严格的过程，旨在确保飞行器的安全性、可靠性和符合监管标准。测试阶段通常包括以下几个关键阶段：

开发与原型设计：在开发阶段，工程师制作原型并进行初步测试，以验证eVTOL的设计和性能。这一阶段包括广泛的计算机模拟、风洞测试和小规模模型测试，以完善飞行器的气动特性、推进系统和结构完整性。

地面测试：地面测试评估飞行器的系统和组件，在不离地的情况下进行。测试内容包括电动推进系统、航空电子设备、控制系统和电池等。地面测试确保所有系统能够正确工作并承受飞行时遇到的压力和条件。

飞行测试：飞行测试分为几个阶段，从低空、低速飞行开始，逐步过渡到更复杂和苛刻的飞行条件。在飞行测试中，工程师评估eVTOL的性能、稳定性、机动性和安全特性。通过这些测试收集的数据，用于完善设计并解决问题。

电气系统测试：在eVTOL飞行器中，电气系统的测试涉及多个严格程序，旨在确保安全性、可靠性和性能。测试内容包括电动马达、逆变器和电池的各项测试，具体包括性能测试、热测试、耐久性测试和环境测试。

认证测试：eVTOL飞行器必须经过严格的认证流程，才能符合航空安全标准。美国联邦航空管理局（FAA）和欧洲航空安全局（EASA）等监管机构已经建立了eVTOL飞行器的认证框架。认证测试会全面审查飞行器的设计、制造和操作程序。这个过程可能需要数年时间，并且要求大量的文档和测试。

五、eVTOL头部企业

eVTOL市场正迅速增长，许多公司和初创公司争相开发下一代城市空中出行解决方案。以下是一些主要的头部企业：

Joby Aviation：总部位于美国，是eVTOL市场的头部公司之一。其S4飞行器采用升力+巡航设计，配备六个倾转旋翼，航程超过150英里。Joby获得了大量融资，并与丰田和优步等公司合作，开发空中出租车服务。2024年2月，Joby签署了一份合同，将于2026年在阿联酋启动空中出租车服务。

Volocopter：一家专注于城市空中出行解决方案的德国公司。其旗舰产品Volocopter 2X是一款多旋翼eVTOL，设计用于城市内的短程飞行。Volocopter已进行多次公开演示，并正在开发城市空中出行基础设施。其合作伙伴和投资者包括梅赛德斯、日航、汉莎航空、申克等。

广州亿航：中国公司亿航以其自主驾驶的eVTOL飞行器而闻名，包括EHang 216。这款多旋翼eVTOL专为乘客运输设计，并已在多个试点项目和演示中使用。EH

基于ST StellarE1 SR5E1 MCU的汽车OBC-DCDC评估板方案

基于ST StellarE1 SR5E1 MCU的汽车OBC-DCDC评估板方案，是针对新型功率转换应用（如车载充电机OBC和DC/DC转换器）设计的高性能开发平台，依托SR5E1 MCU的数字控制能力与模拟性能，实现高效、安全的电力电子系统开发。

一、核心硬件平台：SR5E1 MCU特性

架构与算力

基于双核32位ARM Cortex-M7内核，主频300MHz，提供强大计算能力，满足复杂控制算法需求。

支持新型宽带隙功率器件（如SiC碳化硅、GaN氮化镓）的高频数字与模拟控制，提升功率转换效率。

功能安全与安全

通过AEC-Q100汽车级认证，确保在严苛汽车环境下的可靠性。

集成ASIL-D级功能安全等级，满足汽车电子最高安全标准。

内置硬件安全模块（HSM），提供安全加密服务，保护代码与数据安全。

支持高效OTA（空中下载）重编程，实现远程固件更新，降低维护成本。

模拟与定时资源

ADC模块：5个12位逐次逼近型（SAR）ADC，采样率2.5MSps，支持多通道同步采样；2个Σ-Δ（SD）ADC，适用于高精度模拟信号处理。

DAC模块：2个缓冲型数模转换器（DAC），用于模拟信号输出。

定时器：2个高级控制定时器（Advanced Control Timers），支持复杂PWM波形生成；4个通用定时器（General Purpose Timers）；2个高分辨率定时器（High Resolution Timers），分辨率达104ps，满足精密时序控制需求。

通信接口

4路CAN FD接口，支持高速汽车总线通信。

3路SPI接口、1路I2C接口，便于连接外部传感器与模块。

二、评估板SR5E1-EVB7000P资源

电源与时钟

12V外部电源输入，适配汽车电源系统。

40MHz外部振荡器，提供稳定时钟源；SMA连接器支持外部时钟扩展。

调试与开发支持

JTAG调试接口（MIPI 10针 + ARM 20针），兼容J-Link V11、PLS、Lauterbach等调试工具。

Nexus Aurora接口，支持高级调试与性能分析。

开发工具链

ST提供配套SDK（软件开发包）及Demo例程，覆盖底层驱动配置、中间件与算法实现，加速OBC/DCDC项目开发。

三、关键评估方法与流程

控制算法性能评估

测试内容：基于MATLAB生成的OBC/DCDC控制环路算法（如2P2Z算法）在MCU上的执行时间。

结果：DCDC电流环ADC采样及算法环路执行时间仅2.43μs，满足高频控制需求。

发波时序与精度验证

测试工具：逻辑分析仪或示波器连接HRTIM（高分辨率定时器）与SARADC引脚。

验证内容：

HRTIM的12通道发波时序，分辨率104ps，确保PWM波形精度。

SARADC采样时序与精度，支持多通道同步采样，满足电力电子控制需求。

PWM配置与环路频率

PFC（功率因数校正）：6通道PWM，电流环50kHz、电压环1kHz。

CLLC（谐振变换器）：8通道PWM，ADC中断与电压环50kHz。

DCDC：6通道PWM，电压环100kHz，实现高效稳压输出。

四、核心技术优势高频控制能力：支持SiC/GaN器件的高频开关（MHz级），降低开关损耗，提升转换效率。实时性能：双核Cortex-M7与高分辨率定时器结合，实现微秒级控制响应。安全冗余：ASIL-D功能安全与HSM加密，保障系统抗干扰与数据安全。开发效率：SDK与Demo例程降低开发门槛，缩短产品上市周期。五、典型应用场景车载充电机（OBC）：实现交流充电到直流的高效转换，支持快充协议。DC/DC转换器：将高压电池电压转换为低压（如12V/48V），供车载设备使用。牵引逆变器（Traction Inverter）：驱动电机运行，支持电动车辆动力输出。图：评估板方案方块图，展示MCU与功率模块、采样电路的连接关系

该方案通过SR5E1 MCU的硬件资源与开发工具链，为汽车电力电子系统提供了高性能、高安全性的开发平台，适用于OBC、DC/DC及电机控制等领域，助力新能源汽车电气化转型。

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