汽车工业正在走向颠覆和进化

消费者对他们的汽车有很高的期望。我们希望车辆不仅可以作为交通工具，还可以作为娱乐和连接的枢纽，帮助我们管理繁忙的生活，或者在漫长的一天之后放松。有一天，我们甚至可能期望我们的汽车能够自动驾驶，而不需要任何人为干预。汽车制造商不断努力满足这些期望，提供高质量的汽车，同时开发新的和令人兴奋的功能，将带来兴奋和品牌差异化。随着消费者对汽车的期望不断提高，汽车制造商必须继续满足并超越这些要求。

挑战在于车辆功能的扩展意味着车辆的复杂性。此外，汽车行业创新发展的节奏也在加快。制造商现在所处的位置是，他们必须管理现代汽车的巨大复杂性，同时缩短上市时间，以保持竞争力。在未来，我们可以预期制造商面临的挑战将会加剧。自动驾驶、互联互通、电气化和共享出行(ACES)等汽车大趋势正开始真正在行业中生根。随着车辆功能向更高水平的自动化、网络化和车载处理扩展，车辆的复杂性将继续增加(图1)。

图1:自动驾驶、互联互通、电气化和共享出行等汽车大趋势将推动汽车功能的增强和复杂性的提高。

不仅仅是车辆的复杂性在增加。主要的汽车原始设备制造商和供应商在工程和制造主要由机械操作的汽车方面拥有数十年的经验和知识。现在，汽车行业正处于一个拐点，电子设备和软件将取代机械硬件，成为最关键、最有价值的汽车部件。

传统的开发方法将在未来汽车设计的压力和挑战下变得紧张。今天常见的汽车架构将无法支持未来汽车的特性和功能。基于批量生产和汽车销售的传统汽车商业模式将不再是最有效的创收和盈利手段。在未来十年，我们将看到汽车架构适应更复杂的车辆，我们将看到汽车公司通过数字化和战略技术或功能的垂直整合进行转型。

架构的变化
如今的车辆包含多达100个电子控制单元(ecu)，分布在车辆周围，以管理各种功能和子系统。这种架构的分布式特性意味着需要数英里的线路，重达数百磅，才能将ecu连接到它们设计用来管理的组件和系统。高度分布式的架构将无法扩展以支持未来车辆大幅增加的电气和电子(E/E)内容。特别是，自动安全系统和自动驾驶系统预计仅需要额外的40到50个传感器，这将给E/E架构和线束带来巨大的负担。

汽车制造商需要探索新的架构理念，以实现未来汽车的丰富功能。总的来说，这些架构将整合为以更少的ECU为特征，具有更强的计算能力，每个ECU支持更广泛的特性和功能。每个ecu都将支持多个软件堆栈、固件和套接字。这种架构整合结合了以前的分布式组件，减少了对物理有线连接的需求，从而降低了线束的重量和成本。整合还可以减少车辆周围的延迟，因为相关功能集成到同一个ECU中。

电动动力系统的日益普及也将有助于建筑结构的变化。支持5V、12V、48V、600V甚至1000V电源的多种电压架构将成为必要条件，以允许各种电气和电子组件以最高效率和性能运行。例如，电池和电动机需要高压连接来有效地为电动机供电并保持行驶里程。电动动力系统还需要复杂的电池管理系统(BMS)，该系统可以监控电流、电压、温度和其他指标，以确保安全性、可靠性和性能。

最后，汽车制造商需要从汽车开发之初就考虑其架构的安全性。连通性、软件复杂性以及电子控制系统的日益使用，都为汽车提供了新的攻击载体。利用这些系统中的任何一个漏洞都可能是灾难性的，尤其是在自动驾驶汽车的情况下。因此，汽车安全需要从全面的角度考虑，包括外部连接、网关、网络、处理单元等。

最终，未来的架构将通过提供跨车辆平台的可扩展性、对新技术和功能的灵活性以及在现场延长使用寿命的可靠性和安全性来取得成功。设计良好的架构允许制造商将新产品和新功能快速且经济有效地推向市场，从而能够对行业压力做出敏捷的响应(图2)。

图2:oem必须创建灵活、可扩展、可靠的E/E架构，以克服汽车行业的新压力。

新的商业模式/供应链演进
汽车技术和市场趋势的影响不仅限于汽车的设计和工程。这些趋势将对汽车行业产生深远影响;它们将推动主要行业参与者的业务模式、组织和运营结构发生根本变化。首先，关键的品牌差异化已经转向软件和电子功能，如高级驾驶辅助系统(ADAS)和信息娱乐功能。这一转变重新定义了汽车的价值来源，对消费者和制造商都是如此。

汽车公司将寻求保持对提供最大差异化潜力的方面的控制，如中央电子控制单元、基础层软件平台和可选升级。随着汽车功能被分离并抽象到软件中，大部分汽车硬件将实现商品化，这将推动汽车制造商制定新的采购和供应战略。随着供应链的变化和扩展，稳健的需求和变更的管理流程，以及全面的验证，将成为确保上市时间和产品质量的关键。此外，通过直接向消费者提供软件升级和新功能，无线更新将使汽车制造商在汽车销售后产生新的收入来源。这可能会反映出当今智能手机的应用生态系统，尽管由于乘用车的安全要求，第三方开发者的标准要高得多。

这些市场趋势将促使汽车制造商改变其组织结构，垂直整合软件工程、集成电路设计和信息技术能力，以便在未来的汽车市场中处于最佳位置。一些公司已经开始了这种转变。特斯拉于2017年宣布正在为其汽车开发定制芯片，并于2019年4月公布了其完成的“全自动驾驶芯片”(文森特,2017；霍利斯特,2019)．同年6月，大众宣布成立一个新的软件开发小组，该小组将为公司各品牌创建基本统一的软件功能，最终将由5000名软件专家和工程师组成。2019年汽车新闻)．

其他组织变革将侧重于应对车辆的工程挑战，因为它们将成为机械、电气、电子、软件和网络组件的高度集成系统。汽车研发涉及的众多工程领域传统上都是各自运作，只有在关键项目里程碑时才与其他领域进行比较。随着车辆复杂性的增加，无论是在领域内部还是领域之间，单独的车辆开发方法都将不可持续。有凝聚力的、集成的、整体的车辆开发方法将促进多个车辆领域之间的协作，这将是取得成功的必要条件。

结论
汽车制造商和供应商前进的道路仍然漫长而令人困惑。虽然完全自动驾驶是一个热门话题，但在真正实现自动驾驶之前，具有高度影响力的技术将达到成熟。汽车公司正面临着将这些新技术整合到汽车中，以创造独特而令人兴奋的产品的挑战。为了充分利用这些机遇，汽车制造商正在进行大规模重组，以增强他们在软件和电子等关键领域的能力，并消除工程领域之间的传统界限。

图3:用于E/E系统工程的Capital软件套件是全面数字孪生解决方案的一个例子，它支持从定义到生产和维护的整个流程。

汽车制造商还需要采用数字化和集成工程软件解决方案，以优化他们的工作，为未来的移动出行做准备。向集成的数字化工程解决方案过渡，例如西门子的Xcelerator产品组合，将使整个开发和制造过程中实现更紧密的跨领域协作和持续的数字化线程。这些功能以前是最佳实践，但随着汽车巨头、新来者和供应商以前所未有的速度开发和推出新车和新功能，这些功能将成为竞争的必要条件。汽车行业的前景是完全开放的;各种规模的整车厂都需要共同努力，创新技术和流程，才能蓬勃发展。