自打特斯拉走入人們的視線,關于傳統巨頭和新造車之間的争論從未休止,其中最為常見的論調為“傳統車企巨頭一旦入局,以其長期積累的經驗和技術實力,配合上龐大的資金支持,赢下這場行業變革易如反掌。”
然而現實情況是,特斯拉逐步站穩了各個新能源市場的份額,即便受疫情影響,2020年Q2季度全球交付量達90650輛,随之其公司市值再度攀升,股價已經超過1300美元,市值超過2500億美元。反觀這幾位汽車巨頭,要麼是推出的“試水作”沒有得到市場認可,要麼是在研發階段就遇到各種問題……
這就尴尬了,說好的“分分鐘拿下”呢?
大衆純電動平台MEB的首款純電動車ID.3,遲遲未能交付的原因并不是因為産能跟不上,而是“軟件系統”的問題;在爆料新聞中提到,ID.3的軟件系統出現了很多BUG,其中最為嚴重的是量産車下線後OTA(Over-the-Air Technology,空中下載)升級功能無法正常工作,工程師隻能逐一用有線的方式為車輛升級。
有人可能會覺得這并不算什麼問題,然而實際上雖然這個問題本身并不嚴重,但本質上卻暴露出了傳統車企追随電動汽車轉型中的最大困難——EEA(Electrical/Electronic Architecture, 電子電氣架構)的軟件研發。
有多困難呢,看看大衆為此付出了多少就能明白。
2015年底,大衆集團就成立了單獨的公司Car.Software-Organisation,從集團旗下各個品牌公司中以及社會中招募了許多軟件專家攻克軟件問題,據該部門CEO Christian Senger表示,在2020年底将會有約5000名專家在該公司工作,在接下來數年中,大衆将投入超過70億歐元用于開展各項工作。
然而投入如此龐大的Car.Software-Organisation,直到2020年7月1日才從初創階段正式轉入運營階段。
分布式E/E Architecture
在1930年代之前,汽車裡是沒有任何電子零件的,直到車載收音機的出現。後來随着發展,越來越多的電子零部件搭載于汽車,現代化汽車中絕大部分功能和“黑科技”都是由于這些電子零部件的加入才得以實現。比如動力系統、刹車系統、轉向系統、車機系統、舒适性調節、便捷按鈕等,這些都需要通過電子電氣架構來實現。
通俗來講,汽車電子電氣架構就是如何将一輛汽車中所有電子/電氣零部件按照需求運轉的解決方案,這其中包括所需的硬件、配套的軟件、線路連接。
不過大量電子元件的加入,需要配合ECU(Electronic Control Unit,電子控制單元)才能實現各種功能。
電子控制器是汽車電子系統中用來控制電氣系統、電子系統及汽車子系統的嵌入式系統。
現代汽車使用各種各樣的電控單元,如發動機控制器(ECM)、動力總成控制器(PCM)、傳動系統控制器(TCM)、制動控制器(BCM或EBCM)、中央控制器(CCM)、中央計時器(CTM)、通用電子器(GEM)、車身控制器(BCM)、懸挂控制器(SCM)等等。所有的系統組合在一起,有時候被稱作車載電腦。
——引自“維基百科”
分布式電子電氣架構中,當一個新功能添加到汽車上時,就是在汽車中加入一個ECU,連接線路,然後簽入到軟件系統中。不過問題來了,随着越來越多的功能被加入汽車,ECU越來越多,線束越來越複雜,如今汽車中搭載着甚至超過100個不同的ECU,線束總長度可達5公裡。
雖然博世公司在1987年發布了CAN總線,提高信息溝通效率的同時,顯著降低了電子電氣架構的複雜程度,但由于汽車所需要的功能越來越多,不同ECU之間的軟硬件配合愈發複雜,大量視覺傳感器需要龐大數據傳輸,使得分布式電子電氣架構已經難以滿足。
控制器局域網 (Controller Area Network,簡稱CAN或者CAN bus) 是一種功能豐富的車用總線标準。被設計用于在不需要主機(Host)的情況下,允許網絡上的單片機和儀器相互通信。 它基于消息傳遞協議,設計之初在車輛上采用複用通信線纜,以降低銅線使用量,後來也被其他行業所使用。
——引自“維基百科”
簡單來說,分布式架構的缺點是:硬件和布線占據了大量有效空間、功耗和重量的增加使得油耗增加、整車架構越來越複雜使得研發難度增大;此外受CAN總線技術限制,架構的複雜性使得CAN總線不堪重負,并引發信息的傳輸會出現諸多小問題。
缺點如此明顯的舊架構,卻一直未被摒棄的原因很簡單:這些一個個的功能是随着時代變遷逐步加入汽車的,也就意味着大量Tier1供應商在這個過程中掌握了成熟的軟硬件技術方案和生産能力。車企隻需要從這些不同的供應商手中采購回來各種功能軟硬件,整合并做适配即可,這樣做能夠極大降低成本和縮短開發周期。
對于車企而言,降低成本和開發周期,就是白花花的銀子(利潤)。
新型E/E Architecture
在分布式架構中,若想添加一些複雜功能,牽扯到多個軟硬件系統,就需要在原有的系統中,再嵌入一套系統,使得原本就頗為複雜的電子電氣架構設計更加困難,也就意味着原本就臨近極限的分布式電子電氣架構,難以滿足更多功能添加和升級的需求。
當然這隻是其中一個原因,還有諸如跨不同區域功能融合較難、面對更多新功能添加的靈活性較差、針對不同市場的定制化較難、處理器算力不夠、信息傳輸帶寬不足、連接互聯網速度和安全問題……還要最關鍵的一點,由于純電動車加入了電池和電機,對其的控制和管理同樣需要新的軟硬件來滿足。
所以新型電子電氣架構的出現是整個汽車行業的大趨勢。
目前不同車企和Tier1供應商對于新型電子電氣架構定義略有不同,但本質上可以分為三個類型:分布式電子電氣架構(Distributed E/E Architecture)、集中域(跨域)電子電氣架構(Cross/Domian Centralized E/E Architecture)、全車輛集中電子電氣架構(Vehicle Centralized E/E Architecture,或Zonal E/E Architecture)。
(電子電氣架構發展路徑,圖/博世)
(另一種定義,深綠為網關Gateway,淺綠為驅動控制單元DCU,灰色為ECU,圖/《Computer on wheels》)
從硬件結構上而言,原來的ECU數量會減少,被一些算力更強的集中處理器替代(例如DCU),但不會消失,仍然負責一些信息初步處理,;信息傳輸從CAN總線、LIN、FLexray、Ethernet(以太網)等方式,改為CAN總線為小區域使用配合以太網作為主幹道;大量添加各種類型傳感器和執行器的ECU。
集中域(跨域)架構相比于分布式架構,最明顯的不同點在于通過打通一部分區域的ECU,并通過彙總和DCU預處理後再交由車載電腦處理;這樣在一定功能範圍内,不需要多層系統嵌套來實現,這對于實現ADAS輔助駕駛等功能非常有幫助。
集中域(跨域)架構把屬于一個範疇的信息整合,從而實現需要多個ECU配合的功能,并且由于信息傳輸用以太網作為主幹道,所以能夠較多傳感器信息,以實現ADAS輔助駕駛所需的數據采集等智能功能。例如發動機提取動力系統各個傳感器數據,以及懸架系統各個傳感器數據,進行自動調節适應。
全車輛集中架構相比于集中域(跨域)架構,核心不同點在于進一步集中化、整合化,通過一組高性能車載電腦作為核心大腦,統一處理所有信息。宏觀理解就是就像是電腦中CPU和顯卡等硬件被整合為一塊闆子,雖然軟件邏輯上是分開處理,但物理結構上實現了高度集成化,軟件系統層面也更加統一。
全車輛集中架構的優點非常明顯,除了具備所有集中域(跨域)架構所擁有的優勢之外,由于信息處理單元的高度集中化,可以極大提高信息處理速度,以及降低功耗,當然空間占用上的進一步節省也是必然。較高的信息傳輸速度,為ADAS駕駛輔助以及将來完全自動駕駛打下了基礎。
當然這并不是最重要的,最重要的是由于處理芯片的高度集成,其供應商僅僅隻提供硬件本身,而車企需要将所有硬件通過軟件層面融合起來,也就是整個架構的軟件層面都是自己設計,車企具有完全的“掌控權”。并且基于這樣的硬件基礎,整個車内電子電氣系統,猶如是服務器架構一樣。·由此帶來的好處是能夠實現FOTA升級(非娛樂車機系統升級,而是硬件表現的固件升級)以及雲服務等功能。即在這種架構下,車輛系統可以通過OTA升級對車輛各個電子零部件進行固件、軟件升級,從而實現車輛不斷完善,價值不斷增高。
(特斯拉Model 3 自動駕駛以及車機兩部分電腦硬件整合為一個集合硬件,即FSD電腦)
這裡着重說一下車輛聯網的作用,OTA升級雖然算是一項重大的功能,但與此同時,車輛的信息還可以反向通過雲服務器提交各種信息,除了為自動駕駛提供大量的現實數據作為神經網絡訓練資料外,車企還能夠根據車輛反饋的各類信息,進一步拉進車企與車主之間的“距離”,直接觸達所有用戶的使用信息。由此以來,車企就能夠像手機APP一樣,根據大數據處理,得出車主的“畫像”,能夠省去大量市場調研的成本,并且因此更好地開發下一款更适合市場的車型。
目前市場中,分布式架構和集中域(跨域)架構較為普遍,博世認為即便到2021年,集中域(跨域)架構仍會是主流,直到2025年全車輛集中架構才會逐漸增多。
(目前市面上幾乎僅有特斯拉Model 3&Model Y可以稱之為全車輛集中電子電氣架構,圖/博世)
大衆想要實現的就是這種全新的架構,但即便以大衆集團的實力和影響力,這條路也沒有想象中那麼簡單。
汽車行業大洗牌
其實有沒有電動汽車的出現,電子電氣架構都在不斷走向高度集成化,哪怕在短時間内,分布式架構和集中域(跨域)架構的相關供應商非常成熟,能夠為其提供方便快捷的低成本方案,也難以阻擋市場中逐漸萌發的新需求所帶來的價值潛力。
可是說是由于特斯拉電動汽車的出現,加速了這一進程,而且這背後意味着行業大洗牌。
對于分布式架構和集中域(跨域)架構,通過各個層級的供應商運作,最終被車企所利用的電子零配件是由Tier1供應商直接提供成品。但這些不同的零部件,其軟硬件系統控制在Tier1供應商手中,也就是車企并沒有掌控權,意味着無論是多個系統融合(例如自動駕駛)還是後期升級改動,都需要車企與一家或者多家供應商協同合作才能實現,成本高且效率低。舉個例子,來自不同供應商的ECU,其驅動軟件本身也是支持升級的,但是每家軟件系統都不一樣,加上沒有一個能夠掌管這一切的整體系統架構,就導緻了整車的“固件級别”升級難以實現。
而全車輛集中架構則不同,車企需要做的是跨過Tier1供應商,直接去找半導體生産商、IT軟件公司、電子産品制造服務商(EMS, Electonics Manufacturing Service)、原始設備制造商(Original Design Manufacturer)等低一級供應商。從基礎電子元器件考慮,到按照需求集成化設計整個硬件,到委托制造商按設計供貨,再到整套系統的底層架構、信息娛樂架構等部分的軟件研發,車企需要将整個系統中最核心最關鍵的算力單元和配套的軟件系統架構,緊緊抓在自己手中,才有可能獲得這套架構的長期價值,否則主動權永遠都不在自己手中。
(在新架構驅使下,産業鍊中各類供應商和OEM廠商的變化,圖/《Computer on wheels》)
舉個例子,在特斯拉的電子電氣化架構中,即便很多基礎電子元器件是第三方生産,整個電路集成也是代工制造,但是由于硬件設計和軟件研發都在特斯拉自己手中掌握,所以你會發現幾乎所有重要的零部件上面的Logo都是“Tesla”(其實不止是電子零部件,還有很多特斯拉使用的零部件也都是如此)。也正是因為如此,特斯拉才能得以在電子電氣架構方面迅速成長(從Model S的類全車輛集中架構到Model 3的真正全車輛集中架構),并因此在不到3年時間裡,為Model 3提供了150多次OTA優化升級,其中涉及到性能、功耗、娛樂功能、安全問題修複等等。
換句話說,在這種模式下,車企會向着極度垂直化發展,并且由于電子電氣架構的簡化,對于軟件的要求成幾何級上升。這也是為什麼特斯拉被稱之為一家“軟件公司”而不是一家“汽車公司”。
由此産生的沖擊将會是巨大的,尤其對于Tier1級别的供應商來說,如果按兵不動,那麼很有可能在新架構的産業鍊需求下,損失大量市場價值。而同樣的,對于半導體、電子電氣類型的公司,以及軟件公司來說,這将會是一個巨大的機會;因為一旦全車輛集中架構逐漸流行,那麼這些公司将會搖身一變,成為給OEM廠商提供最直接、最核心價值的供應商。
當然了,車企想要完成這樣的轉變,除了巨額投入之外,還面臨着三方面的困難:
首先,傳統車企巨頭手中把持着大量的舊架構車型,且這些産品每年巨大的銷量為公司帶來巨額的利潤,且依賴于Tier1供應商,車企需要為潛在價值做投資和現有利潤之間找平衡,這筆賬得認真“劃拉劃拉”才能算清楚;其次,這些領域對于傳統車企而言,幾乎都是陌生領域,公司中大量的人才并非專精于此,所以需要外部招攬或合作,以及内部人員學習研究才能逐漸步入正軌;最後,由于新架構的軟件研發所采取的工作模式與過去OEM廠截然不同,本質上就是類似Google這樣的互聯網公司模式,那麼車企必須對整個管理模式和工作流程進行更改,否則不僅效率得不到保障,結果也很難保證。
如此多的困難,不僅是對車企資本的考驗,更多的則是考驗決策者在不甚明顯又變幻莫測的趨勢中,斷定其中正确方向并堅定向前的能力。
大公司,小公司
去年德國汽車三巨頭大佬聚在一起讨論之時,當時戴姆勒董事長迪特·蔡澈(Dieter Zetsche)與寶馬CEO哈拉爾德·克魯格(Harald Krueger)共同認定多模式并行推進的方針時,大衆集團CEO赫伯特·迪斯(Herbert Diess)則認為車企應該集中全部火力主攻純電動路線。
三位大佬讨論之聲還未淡去多久,蔡澈宣布卸任,一個月後克魯格“被卸任”,一年後大衆CEO迪斯也“被離職”(卸任大衆品牌CEO,繼續擔任集團CEO)。
頗為有趣的是,克魯格“被卸任”的理由是即便有積極在推動電動化進程,但過于緩慢;而迪斯離開大衆“據說”是激進的轉向電動化路線,傷及了很多人利益。
這裡就談到了傳統車企轉型電動化之根本難點:因為他們都過于龐大,背負的東西太多,導緻牽一發而動全身;并且CEO大多都為職業經理人,對于他們來說,在利潤-效益是唯一KPI,要想大刀闊斧為一個“未知”的方向進行變革并投入巨額成本,着實不是一件劃算的事。
作為對比,特斯拉本就無包袱可言,馬斯克又能在某種程度上做到“獨裁”,加上他自己對路線的堅定。不難解釋為什麼迪斯曾說:“我很羨慕馬斯克和他的電動車初創公司(特斯拉)。”
(迪斯自己上傳至個人領英頁面的照片)
作為一名合格的“特吹”,迪斯2019年法蘭克福時說:“我不會考慮入股特斯拉。但我很欽佩特斯拉所做的一切,這對我們也很有幫助,因為它真的在推動汽車行業的電氣化。特斯拉的車很好,我喜歡開它們。”
(馬斯克随後對迪斯的回複)
迪斯對電動化路線是十分肯定的,不僅僅是因為他在大衆“排放門”之後臨危受命并挽救了大衆,知曉排放問題的嚴重性;更因為他看清楚了未來汽車行業的發展局勢,“車輛将成為我們目前所知最複雜的互聯網設備,車輛産品将成為一款軟件産品。”
1977 年,迪斯在慕尼黑應用技術大學主修車輛技術;1978 年至 1983 年在慕尼黑工業大學學習機械工程專業;1987 年獲得了裝配自動化領域的博士學位。
所以在他上任不久,就制定了大衆Car.Software-Organisation方案,并開始推行。雖然迪斯離開大衆品牌并不會動搖新型電子電氣架構這條路的信心,但是從卸任大衆品牌CEO的事情緣由來看,顯然他還是遇到了一定的阻力。
不過無論如何,畢竟MEB平台的打造和ID家族的逐步推出(已經有多款車型進入了工信部審批),大衆已經為此投入了太多太多資源,開弓沒有回頭箭,剩下應該考慮的是如何盡快加速這個轉變過程。
結語
雖然大衆是否能按期實現所許下的承諾尚且不清楚,但起碼大衆這5年的方向是對的。
特斯拉從一開始被貶低,到被市場認可,再到被模仿追趕,自始至終都在馬斯克堅定的方向上奔跑着。如果說十年前這些傳統車企還未意識到這位“攪局者”有多大能量,但在Model 3獲得市場廣泛認可後,相信沒有哪一家車企會不去接近特斯拉和了解它。
記得前一陣日本工程師在拆解特斯拉時說其FSD電腦領先行業五年,引發了一陣熱議。實際上早在2年前,Munro Association咨詢公司在美國一檔節目中,Munro曾說過Model 3的HW2.5(自動駕駛芯片采用的英偉達)車載電腦的電路闆集成化程度,堪比戰鬥機上所用的硬件。後來HW3.0時搭載的自研FSD電腦,被諸多行業内人員稱之為“masterpiece”。
這些東西對于普通消費者而言,或許存在信息不對稱的情況,但對多數行業内人員應該非常清楚這其中的差距以及必要性。所以是否追趕特斯拉的問題,實際上轉化為了是否為将來可能的潛在價值,在現階段投入大量成本研發推進。
随着消費級市場最真實的反饋,和自動駕駛商用運營的價值顯露,以及5G技術下車聯網對車輛電子電氣架構的要求,曾經徘徊猶豫的車企怎麼着也應該想明白該如何轉變了。
不然,他們的衰敗可能比諾基亞還要凄涼。
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