5汽车的主要变化

大部分的汽车行业已经开始重新定位和紧缩开支在过去的几个月里,后退的预计推出全自动车辆和改变方向电源技术用于下一代电动汽车。

综上所述,这些转变对传统汽车制造商有极大的不同,它发现自己在追赶像特斯拉公司,Waymo和NIO。决心不留下,他们已经开始重点关注其中的方式关闭现有的缺口。其中包括:

• 电气化开发新的燃料来源,包括氢燃料电池氢燃料电池混合动力车和插件。
• 利用新的传感器和其他低功耗技术。
• 固态电池的发展。
• 将目光转向更多的车载处理。
• 部署的基本商业模式的变化。

所有这些发展都需要大幅增加半导体内容,和这一趋势将继续,越来越多的汽车电气化的地步,事实上,车轮上的超级计算机。在刚发表的报告毕马威估计,这些变化可能提振汽车半导体市场从现在的约400亿美元到1500亿美元和2000亿美元在接下来的二十年里,和这些数字不包括V2X基础设施或增加工具和制造设备。

最近的研究显示电动机将取代内燃机在十年内,尽管数字可能不同的地区。与转换将越来越多的芯片来控制和监控中发生着车辆,以及车辆与外界进行交互的方式。也将改变多少这些车辆的动力,如何优化,这种力量分布和存储在一个汽车,怎么由越来越多的传感器将生成的数据被处理。

“传统公司现在将目光转移到软件,“Burkhard Huhnke说汽车的副总裁Synopsys对此。“特斯拉在几年前发表了一个声明,最好的团队不被用于电动汽车。这将会发生。”

不同的燃料
电气化竞争车辆是一个给定的汽车在未来几十年里。这些车辆是否使用一个辅助发动机,燃料电池,电池供电或运行100%,简单、响应性和减少排放的电动汽车是引人注目的。一个电动马达有大约200个零件,而大约2000为内燃机,这有助于大幅削减成本,提高可靠性。在这一点上,几乎所有的汽车制造商正在增加汽车电子内容,与许多选择电动机作为主要的动力系统。

挑战到目前为止平衡电气化的好处和易用性。一个选择日益被大型汽车制造商——扣除特斯拉,NIO和其他人来说,到目前为止,是氢,他们声称将成为未来十年竞争与其他燃料来源。他们认为它会克服一些最大的问题,电动汽车今天,如收取他们能走多远,多久给他们,如何开发一个充电设施在人口较少的地区。

充电设施和充电时间是两个明显的缺点与电池的电动汽车。充电器的数量不足,人们可能需要等待长时间保持一致。此外,一个人住在一个公寓,例如,可能没有访问充电站。和地区容易停电,可能没有可用的电力充电车辆在紧急情况下,可危及生命的洪水或火灾。

“电池技术不是准备长途开车,”卢克说装备,技术分析师IDTechEx。“什么是阻碍电动汽车电池和充电设施的前期成本。在美国大约50%的电动汽车在加州出售。根据我们的研究,2028年我们将达到内燃机的峰值,然后销售将会下降。”

汽车制造商正押注氢燃料电池将这种转变的一个关键部分。愿景是能够泵氢像是从新的或现有的加油站,汽油和液化氢基础设施存储和移动。但这不是那么简单。

”FCEV(燃料电池电动汽车)得到高性能和长范围内,”蒙特雷Gardiner说,氢和eMobility高级技术工程师在宝马集团。“挑战是额外的氢基础设施和系统成本。现在你需要让500000辆每年去竞争成本。”

宝马计划推出一种燃料电池版本的X5明年。本田、丰田和现代已经提供燃料电池驱动的汽车。

说:“燃料电池动力系统完成Byung-Ki安,电动动力系统部门的高级副总裁在现代汽车。“现在需要的是热管理,所以我们创造了直接油冷却热点。此外,我们使用双面冷却。现在我们使用多个层和碳化硅模块。”

安认为举办的将是一个关键的组件在车辆在未来十年,随着价格的下降和规模经济。

汽车制造商面临的一个大问题是,这就足够了。特斯拉的快速扩张已播种恐慌历史悠久的汽车制造商在上海工厂的建设和宣布计划建立另一个柏林郊外。

依靠氢需要大量生产和基础设施投资,。液氢很难生产,运输和储存。

说:“使金属氢脆k . Charles Janac的首席执行官Arteris IP。“有三种方法来存储它。一个是低温。第二是使用金属氢化物。第三是使用有机材料。没有一个是令人满意的。”

它还不清楚,氢将竞争与充电更快备用电池车辆射程为500英里。如果电池充电时间可以减少到少于10分钟120英里的范围内,对大多数开车,很多对大多数人来说

“欧洲公司不相信他们与电动汽车能赚钱,”汤姆Wong表示,营销主管设计IP节奏。”,但如果你能锂离子电池的成本足够远,他们到达一个交叉点,电动汽车与内燃机具有竞争力。”

燃料电池也是昂贵的,至少现在是这样。原因之一是,它需要铂金,用作催化剂。目前的研究涉及到合金的铂和钌减少成本。但这些成本也可以抵消减少贵金属在其他领域。

“现在,铂金和钯金在催化转换器用于内燃机,”威廉·克罗克特说,在田中Kikinzoku副总裁。“今天我们船催化转换器日本回收这些材料。成本消失与氢燃料电池和电动汽车。”

新的商业模式,技术的新方法
与这些变化是认识到旧的做事方式不再工作了。大众汽车披露6月,将内部开发的软件,增加其份额不到10%到2025年的超过60%。该公司表示,计划利用约5000专家来创建一个单一的操作系统在所有的品牌。

“他们都是看到的是渐进式改进是不够的,”大卫·弗里茨说自主车辆SoC高级领导人导师,西门子业务。“与特斯拉他们需要不同的方法,工具和架构。几乎所有的汽车公司已经,他们意识到他们不能保持相同的方式做事。但最大的挑战是如何实现这个跨越技术和技能。这是苹果开创的模型,你带内部可以区分你的一切。”

Arteris IP的Janac同意。“一级年代成为软件silicon-savvy,或长期有很少的未来。”

新技术
不过,所有这些变化促使一个文艺复兴时期的创新。这样一个发展涉及传感器融合,即逻辑添加传感器水平,这样处理可以在源数据的进行而不是集中。

“新传感器是一个惯性传感器,”弗里茨说。“当你运用你的刹车,你希望这辆车慢下来在一定距离的斜率。但这并不总是准确的。如果你聪明,你只能申请刹车需要,节省电力,再生能源。”

有其他好处。通过在本地处理,需要发送的数据量中央大脑的车是显著降低。减少线束的要求,整个车子的重量,提高了每次充电。

弗劳恩霍夫工程部门推出了一种自适应系统图像传感器只有保存和处理图像的重要数据,而不是整个图像。这在相机达到同样的好处,今天的最大的收集的数据量。

另一种方法是与现有技术以减少所需的组件和系统数量最终自主驾驶。改进了激光雷达为例,在天气条件比过去,和现在还可以测量速度和分类对象。

同样的方法被用于改善能源效率在车辆,这是特别明显的努力利用轮或轮毂电机。而不是单个电动机推动车辆,会有两个或四个马达。

轮毂电机的想法已经存在了大约一个世纪,和大问题已经簧下质量,部分车辆悬架的不支持。使用这种方法需要汽车设计的变化,因为它会影响整个骑和处理。但也有巨大的优势来做这项工作。汽车更小和他们直接连接车轮,意味着需要更少的能量推动车子前进,利用能源直接推进更多的机会,并减少重量。

看来,至少有一些之前的问题已经解决了。安说现代汽车发展已经进行自2011年以来,和技术有望在未来几年内商业化。但也有混合动力版本的这种方法,,如雪铁龙的双19 _19概念车,今年早些时候推出了,它可以行驶800公里(合497英里)充电80% 20分钟。

图1:雪铁龙19家_19概念车,轮胎与固特异合作开发,在今年早些时候VivaTech会议。车轮上的中心仍然是固定的。照片:半导体工程

下一代电池
一个巨大的挑战与电气化是车载储能。锂离子电池是昂贵的,沉重的,不稳定。缩放技术涉及到更多的电池,重量和更多的潜在的问题。

这就是固态电池适合。基于固体电极和电解质,它们更容易处理,而不必担心起火灾。

正在进行的研究项目涉及固态电池,如一个一切固体锂电池由澳大利亚迪肯大学。还必须解决的问题是降低电导率,尤其在寒冷的天气,与液体电解质。也有质疑是否有足够的锂全电动汽车。

“我们不认为地球上有足够的锂1万亿年物联网设备+汽车电池,”Eric Hennenhoefer说研究的副总裁手臂。“大量必须来自能量收获。”

工作正在整个行业来实现它。旁边,后处理的锂预计随着需求的增加,尽管这仍然可能是几年。

“锂的主要来源是在澳大利亚,“田中的克罗克特说。“生产去年超过20吨。还有一个在内华达州锂矿(大约200英里从特斯拉的电池工厂),还有更多的锂在智利、阿根廷和玻利维亚,称为“锂三角形。中国投资40亿美元的股票交易进入电动汽车锂三角形。但是你也看到这样的公司宝马、大众汽车和日本汽车制造商投资固态电池技术。有许多不同的化学反应正在开发。”

使这个如此重要的是固态技术更模块化,可叠起堆放的和小的。它使用一个棱镜设计而不是一个圆柱体,持久,指控更快。他们也更容易更换,克罗克特说。

更多的车载数据处理
另一个大的变化涉及到数据处理。几年前,普遍的共识是,5克将无处不在,所有车辆的数据可以来回发送到云以足够的速度来消除机上加工的必要性。

出于多种原因,这被证明是站不住脚的。首先,在毫米波频段信号5 g信号很容易受到干扰,他们迅速减弱。第二,有太多数据来回发送的云,甚至在最好的情况下,沟通需要太长时间,避免在道路上的障碍。第三,建立和维护的成本的网络中继器将禁止在数千英里的道路。

“5 g代表了一种进步,但卸载计算不够好,尤其是在sub-6GHz范围,”斯科特·琼斯说,咨询毕马威(KPMG)半导体实践的领导者。“事实上,半导体内容的机会的原因之一是如此之高,是因为5 g不够好。”

这是一个从事副业自主驾驶的关键因素。所需的计算能力来解决所有可能的相互作用和角情况下是巨大的,和今天放到汽车太昂贵。目前的估计是在三个超级计算机的范围。

第二个因素包括规模和成本所需的计算资源来处理所有的潜在问题和与人类的互动和自主车辆、行人、骑车人,恶劣天气,坑坑洼洼,车道变化,等等。

“所有的原型是树干的数据中心,”罗伯特说,汽车应用解决方案的主管部门。“那些没有部署。它们太大,太耗电,太贵了。我们公司要求从服务器芯片,提供相同的性能与更好的保暖内衣裤的一小部分成本。我们也要求高性能cpu内置安全功能,这是新的。另一个是新的自主车辆计算财团。宪章的一部分AVCC是大规模部署在2025年的时间内,尽管拥有充分的自主权会比这晚得多。但新来的是他们决定他们不会区分技术。”

图2:半导体的内容和价值在每个驾驶水平。来源:毕马威

它标志着一个重大的改变方向,因为公司已经查看自治微分电路。和大家在一起工作,它变成了一个基本的标准,它还涉及到市场更快。反过来,生成更多的各种各样的电子产品的需求。

“这是一个革命思想在三大汽车制造商(大众、丰田和现代),“说Synopsys对此哈恩科。“问题是是否有足够的人才来做这项工作。最大的问题是,思维过程是不同的。这需要时间。这是一个问题,谁能把注意力硬件和软件堆栈和规模。这是新的战斗。三巨头有足够财力投资于这个,有很多客户在世界范围内,更不用说很多员工的工作依赖于这个工作。但这不会在一夜之间发生。”

运输服务
另一个大的变化涉及到如何使用车辆。多数分析师认为有显著不同的所有权和使用模式的机会。

“我们看到的是,对于人们的非常具体的旅行,有大规模的流动作为一个服务的机会,”毕马威的琼斯说。“这意味着车辆将利用每年50000到60000英里。所以即使汽车花费120000美元,每年50000英里的速度在三年内你会赚钱的工具。我们也看到真正的兴趣在退休的地区。这是一个巨大的机会,即使在低30英里每小时的速度。”

IDTechEx齿轮的同意,这将严重影响汽车的使用模型。“自治骑的上升将始于2025年的时间,”他说。”但是,这需要一段时间才会因为减少政府补贴和美国政府放宽限制汽车。补贴在中国和挪威明年结束。”

补贴一直持续的绿色能源。但随着成本的增加,新规定如欧洲新的严厉排放95克的目标公司²/公里在2021年推出,目前的标准是130克/公里,和新标准会逐步从2020年开始,可以帮助推动流动服务。内燃机将很难满足这些标准,和电动汽车所有权不方便人没有收取他们的车辆。

这是一个不同的看待汽车销售的方式,然而,它需要一个不同的模型设计。

“你需要看看下一代汽车平面布置图,“导师的弗里茨说。“这是一个不同的方式解决这个问题。所以你设计5级和你一步一个脚印。好像很多公司已经失去了。”

结论
所有的这些变化质疑十年来汽车公司会是什么样子。一级或电子产品公司将成为汽车制造商,汽车巨头或将成为芯片制造商和开发自己的芯片?在这一点上,没有一个人是肯定的。虽然特斯拉和新贝福初创公司今天可能领先,没有保证事情会保持不变。事实上,未来的汽车巨头可能比电子公司今天看起来不像汽车制造商。

不过,很明显是半导体行业将受益于更多的电子产品,更多的服务,更多的工具需要构建这些芯片和系统。汽车电子行业提要的其他部分设计到制造链,这可能会推动繁荣将持续几十年。

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