汽车行业在变革中前行：有哪些风险需要注意？

本文来源:智车科技

/ 导读 /

自从自动驾驶爆发以来,汽车生态系统就开始重新组合,并重新评估其目标,现在,整个行业都在准备部署伴随现代开发方法和前瞻性车辆架构而来的新技术。

刚刚过去的2020年,汽车销售跌至谷底,也给了主机厂喘息的机会。人们开始反思一些主机厂在2018、2019年宣布的推出全自动汽车的滑稽之举。行业已变得更加务实,正在迎接汽车领域的新一波浪潮。

电动汽车日益走俏

美国前总统特朗普在任期最后一天赦免了谷歌前工程师安东尼·莱万多夫斯基(Anthony Levandowski),后者承认在成为优步科技(Uber)自动驾驶汽车部门负责人之前窃取了谷歌自动驾驶汽车的商业机密。他承认只下载了一份档案,法院估价为50万到150万美元。由于疫情,他并没有服刑。2018年,他还联合创立了自动驾驶卡车公司Pronto．ai。

为挑战特斯拉,梅赛德斯-奔驰发布紧凑型电动SUV EQA,直接对标特斯拉Model Y、蔚来ES6等新势力纯电SUV。尽管其续航里程不足300英里(426公里),却表明了传统头部主机厂对于车辆电气化的坚定态度。

谋求彻底改革的大众推出Trinity旗舰电动车项目,直接对标特斯拉Model S,以此大众欲实现三大创新目标。

比亚迪已累计向英国交付电动大巴400多辆,累计行驶里程超过2500万公里。伦敦街头的红色双层电动巴士代表了中国新能源汽车和动力电池的领先水平。

电动汽车变得越来越流行,这得益于新的芯片架构。尽管出现了芯片短缺,2021年,电动汽车的发展步伐仍将加快,伴随主机厂竞相提高车辆效率,将有更多的电动汽车上市。

Cadence知识产权市场总监Tom Wong指出,2021年,电动汽车销量将达到汽车总销量的5%左右。他说:“在美国,已经有100多万台,而中国有近300万台。与此同时,电池成本正在下降到每千瓦时100美元的神奇数字。这要归功于过去5年来汽车行业所学到的知识,以及德国主机厂、通用汽车、特斯拉和电动汽车电池厂商的巨额投资。我们看到了跨越点,与内燃机相比,这一进步使电动汽车具有了很强的成本竞争力。”

一些人认为,价格实惠的电动汽车的一个关键转折点是2020年3月通用汽车发布的全新模块化平台和电池系统Ultium,它有望降低电动汽车成本,也可能使通用汽车成为生产价格有竞争力的电动汽车电池的一支生力军。

在全球范围内,电气化仍在继续。德国的电动汽车车队预计将在2021年继续稳定增长。更多车辆上会看到辅助驾驶系统,包括商用车进行车对车或车对基础设施通信的成功例子,而不再局限于测试车辆之间的通信。

Xilinx汽车高级主管Willard Tu表示,在美国,电动汽车的增长有望改变美国的城乡规划。“在日本、中国和德国等许多国家,交通枢纽、购物和餐饮娱乐中心的充电站越来越多。伴随而来的是电池回收将成为一项业务,以在二次利用的同时防止未来的环境影响。”

英飞凌负责动力系统微控制器的副总裁Joerg Schepers表示,公司对汽车市场的核心信念之一就是“零二氧化碳成为现实”,目标直指电气化。他表示:“越来越多的国家将在2035年至2040年禁售内燃机的做法表明,以混合动力汽车过渡阶段为标志的经典内燃机时代即将终结。”

汽车领域的新浪潮是从机械向电气解决方案演变,包括硬件和软件的紧密集成。行业为此而挣扎,主要是因为软件和硬件工程团队使用不同的工具和语言半独立地运作。这不仅会影响性能,也会影响能源效率,而且在车辆中,数据的移动和处理可能需要实时进行,因此正确处理至关重要。

西门子数字工业软件公司负责自动驾驶和ADAS高级主管David Fritz说:“领先主机厂围绕着能够跨越2025-2026的车型,正在采用下一代架构。这意味着要明确它们的长相、内部结构、智能及其与未来发展方向的交叉点。”

他说:“主机厂已经顿悟,把精力花在对整个系统建模上会更有意义,这样就可以知道,当他们把所有部分放在一起时,将真正解决这个大而复杂的问题。这反过来又为拥有模型、更早地启动软件、更早地发现缺陷并予以消除打开了大门。它将汽车行业推向了用半导体制造智能手机、数字电视和喷墨打印机一样的领域,即先了解应用,然后去构建——而不是先构建,相信它们都会结合在一起。”

汽车的功能越来越多,支持系统的芯片本身也变得越来越复杂。像ADAS和座舱不再是单独的域控制器,许多之前分开的功能现在被集成在一起。Synopsys汽车IP部门经理Ron Digiusepe说:“当行业继续从分布式架构整合到多SoC复杂功能(如ADAS控制器)时,这些控制器必须在一个集中的模块上执行多个ADAS功能,所以需要多核处理器。它还必须支持自动紧急制动(AEB)或车道保持等ADAS视觉应用。AEB将利用激光雷达和雷达等多种类型传感器和多种算法,如人工智能(AI)、基于视觉的算法。这就需要更复杂的处理,因此,这些ADAS域控制器中会看到16nm或14nm finFET工艺的芯片,而且还在向7nm和8nm finFET工艺推进,因为需要针对多个应用的多处理器核,比如8到12个Arm 64位高端核,还有AI/视觉加速器、DSP加速器。”

展望未来,当我们从分布式控制器转向集中式计算平台时,集成将继续不止。甚至更多的应用将进入一个公共模块,所以仍然需要多芯片,不可能把所有应用都放到一个SoC上,因此,集中化只会随着更多的应用而加速。

Arm最近发表的一份报告强调了向异构计算的迁移。车载信息娱乐和ADAS等系统正变得越来越复杂和相互关联。Arm表示,需求的多样性既需要一种整体的电子设计方法,也需要更异构的计算架构。

供应链要变天了

汽车电子产品正变得越来越集中、连接紧密和复杂,整个供应链正围绕这些转变在重新调整。汽车供应链真的要变天了。

2021年,主机厂将进入实施建模阶段,以确保他们将严格的要求传递给选定的供应商。主机厂可能要建立一个新的内部团队,这在整个生态系统中引起了涟漪。其中一些活动将绕过Tier 1,直接进入Tier 2或Tier 3,因为主机厂现在可以准确地传达要制造什么产品。

在面向服务的架构(SOA)被主机厂所接受的情况下,这种变化显而易见。例如空中下载(OTA)软件和固件更新,就已经绕开了传统汽车供应链的层次结构。这意味着主机厂现在有能力实施云管理软件,并可通过OTA软件更新来重新编程并为车辆添加新服务。

许多主机厂已经为信息娱乐或传感器校准更新了软件或固件,OTA正越来越成为车辆运行的一部分。例如,特斯拉不断更新软件,以完善全自动驾驶能力。重要的是,车辆设计必须从一开始就导入SOA。通常,这意味着远程通信模块必须支持OTA,还必须支持软件堆栈,例如自适应AUTOSAR软件堆栈。如果RTOS供应商支持OTA,那么它必须针对实际控制器。

回到今天极其复杂的汽车电子系统供应链。芯片和无源器件被组装到电路板上,电路板被组装成模块,模块被组装成一个完整的系统。芯片的先进封装和异构架构的激增还增加了一些新的风险。

首先,在最先进工艺节点开发芯片的每家公司都在使用不同架构、异构工艺和存储元素。在某些情况下,这种情况发生在单个片芯上;在另一些情况下,会涉及一个封装中的多个芯片。而在所有情况下,都有许多不同组件,如IP、加速器、内存,甚至可能是芯片,这些东西不都是由一家供应商生产的。现在的问题是,谁来监视所有这些组件,以确保它们可以在指定生命周期内按预期运行,且没有可疑代码添加到这些器件中。

其次,整个供应链中存在的谷仓(silo)需要重新调整,以适应一种完全不同的装配模型。先进封装通常意味着不是所有组件都在一个地方,或在一个地方组装。需要建立一个问责链,这样那些有品牌的公司就可以放心:每件产品都是他们所期望的。

第三,整个供应链需要由一些能够实施汽车行业ISO 26262标准控制的行业团体进行鉴定。这一点变得尤为重要,因为为一个应用领域开发的芯片被用于另一个应用领域时,除了在硅中得到验证,还必须经过新的市场的验证。

毋庸置疑,自动驾驶汽车开发将继续,但ADAS的开发将成为2021年的重点。因为一直标榜客户至上的主机厂也明白,应该提供客户想要并愿意为其付费的功能。

ADAS被大多数主机厂视为迈向全自动驾驶的跳板,后者将在有限的使用场景下推出,例如高速公路和地理围栏区域,之后才是城市街道导航行驶。自动卡车运输、特种车辆很是首批受益者,正像国内的踏歌智行、易成智行等从矿山、园区、物流、环卫等应用起步,为明天的高速无人驾驶积累宝贵的经验。2021年,将有更多自动驾驶卡车从一个仓库到另一个仓库长途穿梭,通过5G连接陆基传感器阵列增强走廊功能,同时实现无人模式下的紧急远程驾驶干预。

人工智能将赋能ADAS,包括自我诊断和自我修复车辆,这将大大减少故障次数。它也可以在学习驾驶模式下使用,新驾驶者被摄像头、雷达和激光雷达包围,以避免发生事故。这些系统将保证司机和乘客安全、知情、娱乐和出行效率。语音和手势用户界面将直观理解命令;增强现实将有助于导航,提供兴趣点或安全问题警报,利用虚拟现实VR投影揭示支柱(pillar)盲点背后的东西。这些人工智能代客(AI valet)将需要人工智能(语音、手势)的独特融合,由于所有这些AI技术都还处于起步阶段,硬件系统将需要随着系统的改进而进行调整,通过OTA更新最大限度地延长系统的寿命。

现在ADAS技术已经进入很多车型,尽管有些不叫ADAS,而是自适应巡航控制、自动紧急制动和车道偏离警告。下一个层次是如何通过传感器融合使这些特性更好,进展正在实现。摄像头越来越好,3D摄像头正在部署,它距离激光雷达只有半步之遥,而成本大概只是1/100,所以方向是正确的。过去三年,随着激光雷达的成本大幅下降,采用激光雷达的障碍已不再是成本,而初创企业正在这一领域做着有趣的事情。

最后,强调一下ADAS

《消费者报告》的一项研究表明,大多数受访者(57%)表示,他们的汽车中至少有一项高级驾驶辅助功能,使他们不会发生车祸。因为人终究还是情感动物,在漫漫车流中你会低头看手机,而没有注意到前面的车已在刹车;抬头一看,猛踩刹车,几乎就亲上了。这种情况,车上的雷达和摄像头模块是最好的应用场景。

ADAS术语很多:ACC、AEB、LKA、LDW等。国家安全委员会、J．D Power、AAA和消费者报告共同为这些ADAS功能命名。现在,ADAS功能在许多汽车上都是标配,下表为美国2020款丰田汽车的ADAS功能。

美国2020款丰田ADAS功能

其中一些功能是监管机构强制要求的,而另一些功能则有助于汽车制造商提高汽车安全等级。

不同地区监管机构强制要求的ADAS功能

2016年或更高版本车型的挡风玻璃后,就有一个ADAS安全摄像头。

不论是开车的还是造车的都知道安全第一,在通往自动驾驶的路上,更须切记不忘!而在自动驾驶的孕育阶段,先把ADAS做好,让它造福于当下的行车安全,同时为高级别自动驾驶积累更丰富的经验才是当务之急。