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电动车时代揭开序幕:五项成功必备条件
 

【作者: Chet Babla】2021年05月04日 星期二

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电动车的时代已来临,然而严格的安全要求、漫长的前置时间以及对效能的需求,让电动车成为一个充满挑战的市场。本文前瞻叙述未来几年值得关注的五大重要趋势。


电动车(EV)的时代已正式展开!通用汽车表示该公司在 2035 年前,将把汽柴油引擎的车款及休旅车从商品选项中移除;福特汽车也将在 2030 年前,将在欧洲市场的车款全面电动化。英国原本发布预计在 2035 年前逐渐让汽柴油车退出市场,随後又把时程提早到 2030 年。


像优比速(UPS)与亚马逊(Amazon)等车队用户,已下订了数千辆的零排放的物流车,并投资了电池驱动的长程卡车解决方案。同时,电池的售价从 2010 年起,已大幅下滑 89%。


对於消费者与汽车迷而言,下一个十年内前往展示中心赏车,将是高性能轿跑车世代以来,最令人兴奋的时刻。据彭博社新能源财经报导指出,在 2026 年前,全美的汽车展示中心将展示约 130 款不同的零排放车款,而目前大约只有 15 个车款。


由於电动车系统可被比喻为装上轮子的电脑,对於电子产业来说,这当然也是个好消息。不过,就像与汽车产业有业务来往的人士所知,严格的安全要求、漫长的前置时间以及对效能的需求,让电动车成为一个充满挑战的市场。


五大重要趋势

以下是未来几年值得关注的五个重要趋势:


【1】处理能力将进行整合

不久之前,车辆的运算效能常常等於处理器的数目:一台中阶车可能搭载 30 颗,而高阶车款可能配备 100 颗。


车商已开始转战至分区、更集中式的运算架构策略,以数量较少、但威力更为强大的系统单晶片,取代许多的微控制器。电动车将让这个趋势加速成形。分区与集中式运算,实践了把更具弹性与更普遍的智能带进汽车的承诺。


利用异质核心阵列打造效能更强大的装置,可以监控关键的安全系统、管理更新、与终端服务互动,并为云端架构的人工智慧与机器学习演算法搜集与诠释数据。有了分区的处理器,车辆可以真正成为透过软体定义:一组效能强大、但独立运作的行车电脑,就是办不到这点的。这种方法也将简化数据管理,将电力与散热纳入考量,进一步降低重量并提升效率。


与伺服器及智慧手机一样,车载系统单晶片将混搭 CPU、绘图处理器(GPU)、神经网路处理器(NPU)以及供网路等功能使用的专属核心。它们也会针对特定区域,例如传动系统、数位座舱或管理车辆的各种驾驶辅助系统,进行优化。



图1 : 功能性安全确保像煞车与转向等安全关键的功能获得电子系统的支援,可以检测、侦错并减轻功能失灵与故障。 (source:kpattorney.com)
图1 : 功能性安全确保像煞车与转向等安全关键的功能获得电子系统的支援,可以检测、侦错并减轻功能失灵与故障。 (source:kpattorney.com)

它们与标准的运算矽晶圆不同之处,在於对功能性安全的要求。功能性安全确保像煞车与转向等安全关键的功能获得电子系统的支援,可以检测、侦错并减轻功能失灵与故障。此外,可预防或降低不同功能间干扰情况的机制,能进一步支援功能性安全。例如 Arm 去年发表的 Mali-G78AE GPU,可以让 OEM 厂商为混合关键性工作负载,打造四个独立的硬体分区。透过这种方式,我们可以利用软体的多功能性,促成硬体架构的安全。


【2】电池要变得更聪明

瓦锡兰(Wartsila)公司Greensmith 能源储存部门创办人 John Jung 表示:「电池就是电脑。」阴极与电解液虽然会冲击电池组与电动车的价格、效能与长期使用年限,但例如充/放电率、电池平衡与预测性分析等因素同样也会造成影响,而这些都由电池、模组与电池组内的矽晶圆及软体进行控制。


想像一下,若想把车辆的续航力额外延长 25 英里,为了因应这样的挑战恐怕会产生焦虑。你可以藉由增加电池容量达成这个目标,或是打造超级省电模式,让电池管理系统在加速时调降出力。後者可能成本较低,且增加的重量也比较少。


至於效能,电子学将让制造商利用一套共用电池,为豪华轿车、经济型车辆、休旅车与双门敞篷车,打造出差别化的电池组。你可能也会看到制造商使用这些系统来强调加速性(也就是峰值电力输出),而其它车款则是强调续航性。


未来十年,电池管理与控制系统将是创新的热点。电池管理将获得云端分析的辅助,而後者则可分析个别驾驶的习惯,并与电池管理系统一起运作。博世(Bosch)预测他们的云端电池系统可以减少 20% 的电池损耗。


【3】车辆的效率必须更高


图2 : 在电动车里,煞车、动力系统与其它关键的系统,必须靠电池来运作。(source:Benzinga)
图2 : 在电动车里,煞车、动力系统与其它关键的系统,必须靠电池来运作。(source:Benzinga)

对於内燃机车辆,电力是次要的考量。但是对於电动车,座舱内消耗的电力会直接影响续航哩程:暖气最多可能让续航哩程减少三成。同时,原本在高阶轿车中控台的高级娱乐系统,也将逐渐导入到较经济的车款。汽车制造商未来必须进行肉眼看不到的车辆耗能减重,并密切关注处理能力与演算法效率。打造智慧手机与物联网装置学到的提升效率的心得,这里可以派上用场。


在电动车里,煞车、动力系统与其它关键的系统,也必须靠电池来运作。我们需要透过先进的处理器与软体达到更高的效率,不过效率绝对不能干扰效能。


座舱或分区处理器取得的效率提升,也会带来其他的正面效益。散热设计与机械设计都会变得更简单。汽车制造商、开发人员以及他们的矽晶圆夥伴,都必须持续延展每瓦效能的最大极致。


另一个好处是:与其让更轻的车体材料商业化,或挤出额外的空气动力效果,效率的提升可以更快地达成,成本也更低。


【4】不只跟车辆本身有关

车主不是唯一的观众。电动车将需要更多的充电站、更多电力容量与电网的升级。以电动车行驶 100 英哩所消耗的电量,相当於美国一个家庭一整天的耗电量。德州大学於 2018 年进行的思考实验曾估计,倘若整个德州的汽车全面电动化,电力生产必须提升三成。


太阳能则会增添另一个难题。太阳能在六点左右开始下降,而这时候许多驾驶正准备为爱车彻夜充电。


所幸电网的优化是另一个典型的优化问题。未来当我们在充电站充电时,你的爱车也将连上网路,这个网路会连结到订定电力生产预测的智慧电网进行分析、主控即时电力市场的云端应用、区域性的能源储存,当然还有公共充电站内部、以及你的爱车内复杂的处理器。


【5】开始思考自动驾驶

自驾车最後都会是电动车。与内燃机引擎相关的可靠性与维修等问题,对於想要利用它打造自驾车队的人,负担实在是太大。此外,电动车(目前)的成本溢价,车队也比较容易摊掉。


今日车队从电池管理与分区控制所学到的心得,将有效地成为汽车自动化推出的发展平台。效率的重要性也会越来越高,完全(第五级;Level 5)自驾系统每秒运算力将达到 4,000 TOPS。


我们也会看到其它与电动车相关的改变。加油站已经开始转型成电动车充电咖啡厅。电动车预计会让车队/共乘-共用模式更受欢迎;果真如此,长期下来,将可以释放出相当数量的停车位与私人停车场、及其使用的土地空间(此类用地占洛杉矶市 13% 的土地)。


但有一件事是不变的:车辆将继续存在。对於我们的生活,它扮演着中心的角色。我们今日完成的创新,将会让我们囗中的「汽车」、以及对於行动力的认知持续演化,并让此产业继续朝下一个世纪迈进。


(本文作者Chet Babla为Arm 车用事业部??总裁)


**刊头图 (source:Geotab)


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