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汽车行业的5大转变

新技术发展如何改变汽车行业的轨迹。

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在过去的几个月里,大部分汽车工业已经开始重新定位和休息,推动预计的推出以进行全匿名的车辆,并在下一代电动车辆中使用的电源和技术方向改变。

占据了这些转变标志着传统汽车制造商的重要偏离,这发现自己乘坐Tesla,Waymo和Nio等公司。决心不留在后面,他们已经开始归零,以便关闭现有差距。他们之中:

  • 开发用于电气化的新燃料来源,包括氢燃料电池和插电式氢燃料电池混合动力车。
  • 采用新型传感器等低功耗技术。
  • 开发固态电池。
  • 将焦点转移到更多车载加工。
  • 将基本变更部署到商业模式。

所有这些发展都需要半导体含量的大大增加,并且预计趋势将继续随着车辆越来越地电气地电气地通电,实际上是轮子上的超级计算机。在刚刚发布的报告毕马威(KPMG)估计,这些变化可能会在未来20年将汽车半导体市场的规模从目前的约400亿美元提升至1500亿至2000亿美元,这些数字还不包括V2X基础设施或工具和制造设备的增加。

最近的研究显示电动机将在十年内超越内燃机,但是数字可能因区域而异。除此之外,转换将是越来越多的筹码来控制和监控车内进入的内容,以及车辆如何与外界互动。这些车辆中有多少车辆也会有所改变,如何优化,分发和存储在车辆中,以及如何处理由越来越多的传感器产生的数据。

“传统公司现在正把注意力转移到软件上,”博克哈德·胡恩克(Burkhard Huhnke)说synopsys.。“几年前,特斯拉发表了一份声明,最好的球队没有用于电动车。这将是现在发生的。“

不同的燃料
车辆的电气化是在未来几十年中竞争汽车的竞争。这些车辆是否使用辅助发动机,燃料电池,或在电池电量上运行100%,电动车辆的简单性,响应性和减少令人焦厚。电动机大约200件零件,而内燃机约为2,000,这有助于显着降低成本并提高可靠性。此时,几乎每个制造商都在增加车辆中的电子内容,为电动机进行许多选择作为主要动力系。

到目前为止的挑战一直是为了平衡电气化的好处,易于使用。大型汽车制造商越来越多地引用的一种选择 - 除了Tesla,Nio等,到目前为止,他们是氢气,他们声称将在未来十年内与其他燃料来源具有竞争力。他们争辩说,它将克服今天电动汽车的一些最大问题,例如他们可以徒步旅行的距离,为他们收费多长时间,以及如何在人口较少的地区开发充电基础设施。

充电设施和充电时间是纯电动汽车的两个明显缺点。由于充电器数量不足,人们可能不得不排队等候很长时间。此外,例如,一个住在公寓里的人可能没有充电站。在容易停电的地区,在紧急情况下可能没有电力给车辆充电,在发生洪水或火灾时可能危及生命。

IDTechEx的科技分析师卢克•Gear表示:“电池技术还不适合长途驾驶。”“阻碍电动汽车发展的是电池和充电基础设施的前期成本。美国大约50%的电动汽车是在加州售出的。根据我们的研究,到2028年,我们的内燃机将达到顶峰,然后销量将下降。”

汽车制造商正在投注氢燃料电池将是该换档的关键部分。视觉将能够从新的或现有的填充站汽油等汽油泵用,并用基础设施存储和移动液化氢。但这并不简单。

“通过FCEV(燃料电池电动车),您可以获得高性能和长期,”BMW集团的高级氢气和发光技术工程师蒙特利加德纳说。“挑战是额外的氢基础设施和高系统成本。现在你需要每年制作500,000辆车来实现竞争成本。“

宝马计划明年推出燃料电池版的X5。本田、丰田和现代已经在提供燃料电池汽车。

“动力总成燃料电池完整,”现代汇集的电动动力总监高级副总裁Byung-ki Ahn说。“现在需要的是热管理,因此我们已经为热点创建了直接油冷却。另外,我们曾经使用双面冷却。现在我们使用多层和碳化硅模块。“

AHN认为燃料电池将在未来十年内成为车辆的关键部件,因为价格下跌和规模急剧经济。

汽车制造商的大问题是这是否足够了。特斯拉的快速扩张在悠久的汽车制造商中占据了恐慌,并在上海建造了一个制造工厂,并宣布计划在柏林以外地区建造另一个。

依靠氢气需要大量的生产和基础设施投资。液体氢气难以制造体积,运输和储存。

“氢气使金属脆,”K.Charles Janac,CEO动脉IP.。“有三种存储方式。一个是低温。第二种是使用金属氢化物。第三种是使用有机材料。没有一个是令人满意的。”

它还不明确说,氢气将竞争更快,电池电源车辆较快,范围可达500英里。如果电池充电时间可以减少到少于10分钟,对于120英里范围,对于大多数人来说,大多数驾驶都会有足够的驾驶

“欧洲公司不相信他们可以用电动车赚钱,”设计知识产权营销总监Tom Wong说韵律。“但如果您可以获得足够远的锂离子电池的成本,则达到电动汽车与内燃机竞争激烈的交叉点。”

至少现在,燃料电池也很昂贵。一个原因是它需要铂,其用作催化剂。目前的研究涉及铂和钌的合金,以降低该成本。但其中一些成本也可以通过在其他地区的贵金属减少贵金属来抵消。

“目前,铂和钯被用于内燃机的催化转换器,”田中Kikinzoku副总裁威廉·克罗克特(William Crockett)说。“我们今天真的把催化转换器运到日本去回收这些材料。这种成本随着氢燃料电池和电动汽车的出现而消失了。”

新的商业模式,新技术方法
随着这些转变的旁边,这是一种认可,旧的做事方式不再起作用。大众披露6月份,它将开发其大部分软件在内部,并将其份额从不到10%的份额增加到2025%以上。该公司表示计划使用大约5,000名专家在其所有专家上创建单一的操作系统品牌。

“他们所看到的是,增量改善是不够的,”高级自治车SoC领导者大卫弗里茨说导师,西门子的业务。“为了与特斯拉竞争,他们需要不同的方法、工具和架构。事实上,所有的汽车公司都已经意识到他们不能再用同样的方式做事了。但最大的挑战是如何在技术和技能方面实现飞跃。这是苹果开创的模式,你把所有能让你与众不同的东西都带到公司内部。”

Arteris IP的Janac同意。“Tier 1S成为软件和硅 - 娴熟,或者长期他们的未来很少。”

新技术
尽管如此,所有这些变化都促使创新中的文艺复兴。一种这种发展涉及传感器融合,由此在传感器电平时添加逻辑,以便可以在数据源处而不是集中的处理。

“其中一种新的传感器是惯性传感器,”弗里茨说。“当你踩刹车时,你希望汽车在斜坡上一定距离内减速。但这并不总是准确的。如果你能明智地感知,你可以只在需要时使用刹车,节省电力,并再生能源。”

这也有其他好处。通过本地处理,需要发送到汽车中央大脑的数据量大大减少。这降低了线束的要求,车辆的总重量,并提高了每次充电的里程。

Fraunhofer自适应系统工程介绍了一个图像传感器只需保存和处理图像中的重要数据,而不是整个图像。这实现了相机中的相同类型的益处,其中当今最大的数据量。

替代方法是使用现有技术的更多方法,以减少最终需要自动驾驶所需的组件和系统的数量。例如,激光雷达已经改进,以比过去更具天气状况,并且现在也可以测量速度和分类对象。

相同的方法是应用于在车辆上提高能量效率,这对于利用轮内或轮毂电动机的努力尤其明显。因此,而不是推进车辆的单个电机,将有两种或四个电机。

轮毂发动机的想法已经存在了大约一个世纪,而最大的问题是簧下重量——车辆的一部分没有被悬挂所支撑。使用这种方法需要改变车辆的设计,因为它会影响整个驾驶和操纵。但是这样做有很大的好处。发动机体积更小,直接与车轮相连,这意味着推动汽车前进所需的能量更少,直接利用能量推进的机会更多,重量更轻。

似乎至少有一些担忧已经解决了。Hyundai Mobis'Ahn表示,自2011年以来一直在进行发展,该技术预计将在未来几年内商业化。但是,这种方法的混合动力版本,如Citroën的双电机19_19概念车,今年早些时候推出,可以在20分钟内收取800公里(497英里)(497英里),再充电80%。


图1:Citroën的19_19概念车,与今年早些时候在Vivatech会议上与Goodyear合作开发的轮胎。车轮上的中心轮毂仍然是固定的。照片:半导体工德赢娱乐网站【官方平台】程

下一电池
带电的大挑战是车载能量存储。锂离子电池昂贵,重,挥发性。缩放技术涉及更多电池,更重量和更多潜在问题。

这是固态电池适合的地方。基于固体电极和电解质,它们更容易处理而不担心开始火灾。

许多研究项目正在进行中,涉及固态电池,例如全固体锂电池由澳大利亚迪肯大学开发的。仍需解决的问题是与液态电解质相比,电导率降低,特别是在寒冷的天气。还有一个问题是,是否有足够的锂来驱动全电动汽车。

“我们不认为这个星球上有足够的锂电片,为汽车电池加上汽车电池,”研究副总裁Eric Hennenhoefer说手臂。“必须从能源收集中获得相当大的份额。”

在整个行业正在进行工作,以使其发生。除此之外,随着需求的增加,锂的再加工是预期的,虽然可能是道路上仍有年数。

“锂的主要来源是在澳大利亚,”Tanaka的克罗克说。“去年生产超过20吨。There is also one lithium mine in Nevada (roughly 200 miles from Tesla’s battery factory), and there’s more lithium in Chile, Argentina and Bolivia, which are known as the ‘Lithium Triangle.’ China invested $4 billion in a stock deal to get into the Lithium Triangle for its electric vehicles. But you’re also seeing companies like BMW, Volkswagen and Japanese carmakers investing in solid state battery technology. There are a number of different chemistries being developed.”

这一点之所以如此重要,是因为固态技术更加模块化、可堆叠且体积更小。它采用棱柱形设计而不是圆柱形,使用时间更长,充电速度更快。克罗克特说,他们也更容易被替换。

更多车载数据处理
另一个重大变化涉及数据处理。几年前,普遍的共识是5克将是如此无处不在,所有车辆的数据可以以足够的速度来回发送到云端,以消除车载处理的需要。

由于几个原因证明了不可维持的。首先,为5G信号的毫米波谱中的信号高易受干扰,并且它们快速衰减。其次,从云端来回发出太多数据,即使在沟通需要太长时间的情况下,避免巷道上的障碍。第三,建设和维护中继器网络的成本将在数千英里的道路上禁止。

“5G代表了一种改进,但不足以卸载计算,特别是在Sub-6GHz系列中,”斯科特琼斯表示,KPMG咨询半导体练习领导者说。“事实上,半导体含量的机会如此高的原因之一是因为5G不够好。”

这是侧链自动驾驶的关键因素。解决所有可能的交互和角落案件所需的计算能力的数量是巨大的,而且当今的车辆太昂贵。目前的估计在三个超级计算机范围内。

第二个因素涉及处理所有潜在的角落案件所需的计算资源的大小和成本,以及与人类驱动和自治车辆的互动,以及行人,骑自行车的人,恶劣天气,坑洼,车道班次等上。

“所有的原型车都是装满数据中心的箱子,”Arm汽车解决方案总监罗伯特·戴(Robert Day)说。“这些是无法部署的。它们太大,太耗电,也太贵。公司对我们的要求是,服务器芯片要能以更低的成本提供同样的性能,并具有更好的散热性能。我们还需要内置功能安全的高性能cpu,这是新的。另一个新东西是自动驾驶汽车计算联盟。AVCC的一部分AVCC是2025年时间范围内的大规模部署,尽管完全自治将在晚后。但是,这里的新是他们决定他们不会与这种技术区分开来。“


图。图2:半导体含量的量和每个驱动水平的值。来源:毕马威

这代表了一个重大的方向变化,因为公司一直在将自治视为差异化因素。随着每个人都在一起工作,它成为一个基础级标准,它也可以更快地推向市场。反过来,对各种电子产品产生更多的需求。

“这是三大汽车制造商(大众、丰田和现代)思想上的一次革命,”Synopsys的Huhnke说。“问题在于是否有足够的人才来完成这项工作。最大的问题是思维过程不同。这需要时间。这是一个谁能将他们的注意力转移到硬件和软件堆栈上并进行扩展的问题。这是一场新的战斗。三巨头有足够的财力进行投资,在全世界有很多客户,更不用说很多员工的工作依赖于这项工作。但这不会在一夜之间发生。”

运输即服务
另一个重大变化涉及车辆的使用方式。大多数分析人士认为,不同的所有权和使用模式存在重大机遇。

“我们所看到的是,对于人们进行的非常具体的旅行,流动性作为一种服务存在着巨大的机会,”毕马威的琼斯表示。这意味着车辆每年可行驶5万至6万英里。因此,即使这辆车的价格是12万美元,但在三年内,以每年5万英里的速度,你将从这辆车中赚到钱。我们也看到退休地区对此很感兴趣。这是一个巨大的机会,即使是在每小时30英里的低速下。”

Idtechex的装备同意,注意到这将对汽车使用模型产生很大影响。“自主骑行的上升始于2025年的时间框架,”他说。“但由于政府补贴和美国政府对汽车的限制减少,因此需要一段时间。下一年的补贴结束于中国和挪威。“

补贴长期持续绿色能源。But as costs increase, and as new regulations such as Europe’s tough new emissions target of 95 grams of CO²/km roll out in 2021 — the current standard is 130 grams/km, and the new standard will be phased in starting in 2020 — that could help drive mobility as a service. Internal combustion engines will have a tough time meeting those standards, and electric car ownership is less convenient for people who don’t have place to charge their vehicles.

然而,这是一种看待汽车销售的不同方式,它需要一种不同的设计模式。

“你需要看看下一代汽车作为平面图,”导师的弗里茨说。“这是一种接近问题的不同方式。所以你为5级设计,你一次到达一步一步。似乎很多公司已经失去了自己的方式。“

结论
所有这些变化都提出了关于汽车公司在十年内看起来像什么的问题。Tier 1还是电子公司将成为汽车制造商,或者汽车巨头成为芯片制造商并开发自己的筹码?此时,没有人确定。而Tesla和新的Bev初创公司今天可能有领先,但没有保证事情将保持不变。事实上,汽车的未来巨头可能看起来不像汽车制造商一样,而不是电子公司。

但是,清楚的是,半导体行业将受益于更多电子产品,更多服务以及建立这些芯片和系统所需的更多工具。汽车电子工业也通过制造链喂养设计的其他部分,并且可能会推动持续数十年的繁荣。

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汽车知识中心德赢vwiniOS



1评论

金属氧化物半导体 说:

伟大的写作编辑。
列出的所有时间框架似乎是行业时间帧,其中特斯拉目前在超前,特斯拉至少在汽车中有几乎一切技术前进。

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