Mentor Graphic | 汽车行业正在走向颠覆与发展

随着响应消费者需求的复杂性增加，孤立的汽车开发方法将不再可持续。

消费者对汽车的期望很高。我们希望车辆不仅可以用作交通工具，还可以作为娱乐和连接的枢纽，可以帮助我们管理繁忙的生活，或者在漫长的一天后放松身心。甚至有一天，我们甚至期望我们的汽车能够自己驾驶，而无需任何人工干预。汽车制造商一直致力于通过交付高质量的车辆来满足这些期望，同时开发新的令人兴奋的功能，这些功能将带动兴奋和品牌差异化。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需求。

挑战在于扩展的车辆功能会转化为更大的车辆复杂性。此外，汽车行业的创新发展步伐加快了。制造商现在处于一种位置，他们必须管理现代车辆的巨大复杂性，同时缩短上市时间以保持竞争力。将来，我们可以预期制造商面临的挑战将会加剧。自主性，连通性，电气化和共享出行（ACES）的汽车大趋势已开始在行业中真正占有一席之地。随着车辆功能扩展到更高水平的自动化，联网和车载处理，车辆复杂性将继续增加（图1）。


(* 图1：自主性，连通性，电气化和共享出行的汽车大趋势将推动更大的汽车功能和复杂性。)

不仅仅是车辆的复杂性在增加。主要的汽车OEM和供应商在主要由机械操作的工程和制造汽车方面拥有数十年的经验和知识。现在，该行业正处于一个转折点，电子和软件将取代机械硬件成为最关键和最有价值的汽车部件。

传统的开发方法将在应对未来车辆工程的压力和挑战下紧张。当今常见的车辆架构将无法支持未来汽车中预期的功能。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方式。在未来十年中，我们将看到车辆架构能够适应更复杂的车辆，并且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。

架构变革

当今的车辆包含多达一百个电子控制单元（ECU），这些电子控制单元分布在车辆周围，以管理各种功能和子系统。这种架构的分布式特性意味着将ECU连接到设计要管理的组件和系统上需要花费数以百计的重量，重达数百磅的布线。高度分布式的体系结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预计仅需要额外增加40至50个传感器，就给E / E体系结构和线束带来了沉重负担。

汽车制造商将需要探索新的建筑理念，以实现未来车辆的丰富功能。总体而言，这些架构将合并为具有较少ECU的功能，并具有更高的计算能力，从而支持每个ECU广泛的特性和功能。这些ECU中的每一个都将支持多个软件堆栈，固件和插槽。这种架构整合将先前分布的组件结合在一起，从而减少了对物理有线连接的需求，从而减少了线束的重量和成本。整合还减少了车辆周围的等待时间，因为相关功能已集成到同一ECU中。

电动动力总成的日益普及也将推动架构的变化。支持5V，12V，48V，600V甚至1000V电源的多种电压架构将变得必不可少，以使各种电气和电子组件能够以最大的效率和性能工作。例如，电池和电动机需要高压连接才能有效地向电动机供电并保持驱动范围。电动传动系统还将需要复杂的电池管理系统（BMS），该系统可以监视电流，电压，温度和其他指标，以确保安全性，可靠性和性能。

最后，汽车制造商从汽车开发之初就需要考虑其架构的安全性。连接性，软件复杂性以及电子控制系统的日益普及，都将新的攻击媒介引入了车辆。在其中任何一个系统中利用漏洞都可能造成灾难性的后果，尤其是在无人驾驶汽车的情况下。因此，将需要从整体角度来研究汽车安全性，涵盖外部连接，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伸缩性，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而获得成功。精心设计的架构使制造商能够快速，经济高效地将新产品和功能推向市场，从而能够灵活响应行业压力（图2）。


（*图2：OEM必须创建灵活，可扩展且可靠的E / E架构，以克服汽车行业的新压力。）

新业务模式/供应链发展

汽车技术和市场趋势的影响不仅限于车辆的设计和工程。这些趋势将对汽车行业产生深远的影响。它们将推动商业模式以及主要行业参与者的组织和运营结构的根本变化。首先，关键的品牌差异化因素已经转向软件和电子功能，例如高级驾驶员辅助系统（ADAS）和信息娱乐功能。这种转变重新定义了消费者和制造商从汽车中获得价值的方式。

汽车公司将寻求保持对差异化潜力最大的方面的控制权，例如中央ECU，基本层软件平台和可选升级。随着汽车功能被分离并抽象为软件，许多汽车硬件将商品化，从而为汽车制造商带来新的购买和供应策略。随着供应链的变化和扩展，稳健的要求和变更管理流程以及全面的验证对于确保上市时间和产品质量至关重要。此外，通过空中更新，汽车制造商可以通过直接向消费者提供软件升级和新功能，在汽车销售后产生新的收入来源。这可能反映了当今智能手机的应用生态系统，尽管由于乘用车的安全性要求，第三方开发商的标准更高。

这些市场趋势将推动汽车制造商改变其组织的结构，垂直整合软件工程，集成电路设计和信息技术功能，以最佳地定位自己，以适应未来的汽车市场。一些公司已经开始这种转型。特斯拉宣布将在2017年为其车辆开发定制芯片，并于2019年4月发布其已完成的“全自动驾驶芯片”（Vincent，2017年；Hollister，2019年）。然后，同年6月，大众汽车宣布成立一个新的软件开发小组，该小组将创建该公司各个品牌的基本统一软件功能，最终由5,000名软件专家和工程师组成（汽车新闻，2019年）。

随着汽车成为机械，电气，电子，软件和网络组件的高度集成系统，其他组织变革将集中于应对汽车的工程挑战。传统上，与车辆开发有关的众多工程领域都是在孤岛中进行操作，仅将注释与关键计划里程碑中的其他领域进行比较。随着领域内部和领域之间车辆复杂性的提高，采用单独的车辆开发方法将无法持续。凝聚力，整合性和整体性的车辆开发方法论是促进许多车辆领域之间协作的必不可少的条件。

结论

汽车制造商和供应商的前进之路仍然漫长而混乱。虽然全自动驾驶是一个热门话题，但具有高度影响力的技术将在实现真正的自动驾驶之前很长一段时间就成熟。汽车公司面临将这些新技术集成到其车辆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会，汽车制造商正在进行重大的重组，以增强他们在软件和电子关键领域的能力，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软件套件是全面的数字孪生解决方案的一个示例，该解决方案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的工程软件解决方案，以为未来的出行做好优化工作。过渡到集成的数字化工程解决方案，例如西门子的Xcelerator产品组合，将使跨领域的协作更加紧密，并在整个开发和制造过程中实现连续的数字化线程。这些功能以前是最佳实践，随着汽车巨头，新来者和供应商不断发展，以前所未有的速度开发和推出新的汽车和功能，这些功能将成为竞争的必需品。汽车领域是广阔的。各种规模的OEM厂商都需要共同努力，以创新的技术和流程实现蓬勃发展。

作者：道格·伯奇基（Doug Burcicki）
Doug Burcicki是西门子业务部Mentor的集成电气系统部的汽车总监，负责战略，执行和思想领导。在2018年初加入Mentor之前，Burcicki曾担任Yazaki北美副总裁，在他服务的24年中担任过多个管理职务。他拥有劳伦斯技术大学的汽车工程硕士学位和韦恩州立大学的电子工程学士学位。