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2020-07-07 12:02
先别急嘲笑大众,这些麻烦谁都躲不过

自打特斯拉走入人们的视线,关于传统巨头和新造车之间的争论从未休止,其中最为常见的论调为“传统车企巨头一旦入局,以其长期积累的经验和技术实力,配合上庞大的资金支持,赢下这场行业变革易如反掌。”


然而现实情况是,特斯拉逐步站稳了各个新能源市场的份额,即便受疫情影响,2020年Q2季度全球交付量达90650辆,随之其公司市值再度攀升,股价已经超过1300美元,市值超过2500亿美元。反观这几位汽车巨头,要么是推出的“试水作”没有得到市场认可,要么是在研发阶段就遇到各种问题……


这就尴尬了,说好的“分分钟拿下”呢?


大众纯电动平台MEB的首款纯电动车ID.3,迟迟未能交付的原因并不是因为产能跟不上,而是“软件系统”的问题;在爆料新闻中提到,ID.3的软件系统出现了很多BUG,其中最为严重的是量产车下线后OTA(Over-the-Air Technology,空中下载)升级功能无法正常工作,工程师只能逐一用有线的方式为车辆升级。


有人可能会觉得这并不算什么问题,然而实际上虽然这个问题本身并不严重,但本质上却暴露出了传统车企追随电动汽车转型中的最大困难——EEA(Electrical/Electronic Architecture, 电子电气架构)的软件研发。


有多困难呢,看看大众为此付出了多少就能明白。


2015年底,大众集团就成立了单独的公司Car.Software-Organisation,从集团旗下各个品牌公司中以及社会中招募了许多软件专家攻克软件问题,据该部门CEO Christian Senger表示,在2020年底将会有约5000名专家在该公司工作,在接下来数年中,大众将投入超过70亿欧元用于开展各项工作。


然而投入如此庞大的Car.Software-Organisation,直到2020年7月1日才从初创阶段正式转入运营阶段。


分布式E/E Architecture


在1930年代之前,汽车里是没有任何电子零件的,直到车载收音机的出现。后来随着发展,越来越多的电子零部件搭载于汽车,现代化汽车中绝大部分功能和“黑科技”都是由于这些电子零部件的加入才得以实现。比如动力系统、刹车系统、转向系统、车机系统、舒适性调节、便捷按钮等,这些都需要通过电子电气架构来实现。


通俗来讲,汽车电子电气架构就是如何将一辆汽车中所有电子/电气零部件按照需求运转的解决方案,这其中包括所需的硬件、配套的软件、线路连接。



不过大量电子元件的加入,需要配合ECU(Electronic Control Unit,电子控制单元)才能实现各种功能。


电子控制器是汽车电子系统中用来控制电气系统、电子系统及汽车子系统的嵌入式系统。


现代汽车使用各种各样的电控单元,如发动机控制器(ECM)、动力总成控制器(PCM)、传动系统控制器(TCM)、制动控制器(BCM或EBCM)、中央控制器(CCM)、中央计时器(CTM)、通用电子器(GEM)、车身控制器(BCM)、悬挂控制器(SCM)等等。所有的系统组合在一起,有时候被称作车载电脑。

——引自“维基百科”



分布式电子电气架构中,当一个新功能添加到汽车上时,就是在汽车中加入一个ECU,连接线路,然后签入到软件系统中。不过问题来了,随着越来越多的功能被加入汽车,ECU越来越多,线束越来越复杂,如今汽车中搭载着甚至超过100个不同的ECU,线束总长度可达5公里。


虽然博世公司在1987年发布了CAN总线,提高信息沟通效率的同时,显著降低了电子电气架构的复杂程度,但由于汽车所需要的功能越来越多,不同ECU之间的软硬件配合愈发复杂,大量视觉传感器需要庞大数据传输,使得分布式电子电气架构已经难以满足。


控制器局域网 (Controller Area Network,简称CAN或者CAN bus) 是一种功能丰富的车用总线标准。被设计用于在不需要主机(Host)的情况下,允许网络上的单片机和仪器相互通信。 它基于消息传递协议,设计之初在车辆上采用复用通信线缆,以降低铜线使用量,后来也被其他行业所使用。

——引自“维基百科”


简单来说,分布式架构的缺点是:硬件和布线占据了大量有效空间、功耗和重量的增加使得油耗增加、整车架构越来越复杂使得研发难度增大;此外受CAN总线技术限制,架构的复杂性使得CAN总线不堪重负,并引发信息的传输会出现诸多小问题。


缺点如此明显的旧架构,却一直未被摒弃的原因很简单:这些一个个的功能是随着时代变迁逐步加入汽车的,也就意味着大量Tier1供应商在这个过程中掌握了成熟的软硬件技术方案和生产能力。车企只需要从这些不同的供应商手中采购回来各种功能软硬件,整合并做适配即可,这样做能够极大降低成本和缩短开发周期。


对于车企而言,降低成本和开发周期,就是白花花的银子(利润)


新型E/E Architecture


在分布式架构中,若想添加一些复杂功能,牵扯到多个软硬件系统,就需要在原有的系统中,再嵌入一套系统,使得原本就颇为复杂的电子电气架构设计更加困难,也就意味着原本就临近极限的分布式电子电气架构,难以满足更多功能添加和升级的需求。


当然这只是其中一个原因,还有诸如跨不同区域功能融合较难、面对更多新功能添加的灵活性较差、针对不同市场的定制化较难、处理器算力不够、信息传输带宽不足、连接互联网速度和安全问题……还要最关键的一点,由于纯电动车加入了电池和电机,对其的控制和管理同样需要新的软硬件来满足。


所以新型电子电气架构的出现是整个汽车行业的大趋势。


目前不同车企和Tier1供应商对于新型电子电气架构定义略有不同,但本质上可以分为三个类型:分布式电子电气架构(Distributed E/E Architecture)、集中域(跨域)电子电气架构(Cross/Domian Centralized E/E Architecture)、全车辆集中电子电气架构(Vehicle Centralized E/E Architecture,或Zonal E/E Architecture)


(电子电气架构发展路径,图/博世)


(另一种定义,深绿为网关Gateway,浅绿为驱动控制单元DCU,灰色为ECU,图/《Computer on wheels》)


从硬件结构上而言,原来的ECU数量会减少,被一些算力更强的集中处理器替代(例如DCU),但不会消失,仍然负责一些信息初步处理,;信息传输从CAN总线、LIN、FLexray、Ethernet(以太网)等方式,改为CAN总线为小区域使用配合以太网作为主干道;大量添加各种类型传感器和执行器的ECU。


集中域(跨域)架构相比于分布式架构,最明显的不同点在于通过打通一部分区域的ECU,并通过汇总和DCU预处理后再交由车载电脑处理;这样在一定功能范围内,不需要多层系统嵌套来实现,这对于实现ADAS辅助驾驶等功能非常有帮助。


集中域(跨域)架构把属于一个范畴的信息整合,从而实现需要多个ECU配合的功能,并且由于信息传输用以太网作为主干道,所以能够较多传感器信息,以实现ADAS辅助驾驶所需的数据采集等智能功能。例如发动机提取动力系统各个传感器数据,以及悬架系统各个传感器数据,进行自动调节适应。


全车辆集中架构相比于集中域(跨域)架构,核心不同点在于进一步集中化、整合化,通过一组高性能车载电脑作为核心大脑,统一处理所有信息。宏观理解就是就像是电脑中CPU和显卡等硬件被整合为一块板子,虽然软件逻辑上是分开处理,但物理结构上实现了高度集成化,软件系统层面也更加统一。


全车辆集中架构的优点非常明显,除了具备所有集中域(跨域)架构所拥有的优势之外,由于信息处理单元的高度集中化,可以极大提高信息处理速度,以及降低功耗,当然空间占用上的进一步节省也是必然。较高的信息传输速度,为ADAS驾驶辅助以及将来完全自动驾驶打下了基础。


当然这并不是最重要的,最重要的是由于处理芯片的高度集成,其供应商仅仅只提供硬件本身,而车企需要将所有硬件通过软件层面融合起来,也就是整个架构的软件层面都是自己设计,车企具有完全的“掌控权”。并且基于这样的硬件基础,整个车内电子电气系统,犹如是服务器架构一样。·由此带来的好处是能够实现FOTA升级(非娱乐车机系统升级,而是硬件表现的固件升级)以及云服务等功能。即在这种架构下,车辆系统可以通过OTA升级对车辆各个电子零部件进行固件、软件升级,从而实现车辆不断完善,价值不断增高。


(特斯拉Model 3 自动驾驶以及车机两部分电脑硬件整合为一个集合硬件,即FSD电脑)


这里着重说一下车辆联网的作用,OTA升级虽然算是一项重大的功能,但与此同时,车辆的信息还可以反向通过云服务器提交各种信息,除了为自动驾驶提供大量的现实数据作为神经网络训练资料外,车企还能够根据车辆反馈的各类信息,进一步拉进车企与车主之间的“距离”,直接触达所有用户的使用信息。由此以来,车企就能够像手机APP一样,根据大数据处理,得出车主的“画像”,能够省去大量市场调研的成本,并且因此更好地开发下一款更适合市场的车型。


目前市场中,分布式架构和集中域(跨域)架构较为普遍,博世认为即便到2021年,集中域(跨域)架构仍会是主流,直到2025年全车辆集中架构才会逐渐增多。


(目前市面上几乎仅有特斯拉Model 3&Model Y可以称之为全车辆集中电子电气架构,图/博世)


大众想要实现的就是这种全新的架构,但即便以大众集团的实力和影响力,这条路也没有想象中那么简单。


汽车行业大洗牌


其实有没有电动汽车的出现,电子电气架构都在不断走向高度集成化,哪怕在短时间内,分布式架构和集中域(跨域)架构的相关供应商非常成熟,能够为其提供方便快捷的低成本方案,也难以阻挡市场中逐渐萌发的新需求所带来的价值潜力。


可是说是由于特斯拉电动汽车的出现,加速了这一进程,而且这背后意味着行业大洗牌。


对于分布式架构和集中域(跨域)架构,通过各个层级的供应商运作,最终被车企所利用的电子零配件是由Tier1供应商直接提供成品。但这些不同的零部件,其软硬件系统控制在Tier1供应商手中,也就是车企并没有掌控权,意味着无论是多个系统融合(例如自动驾驶)还是后期升级改动,都需要车企与一家或者多家供应商协同合作才能实现,成本高且效率低。举个例子,来自不同供应商的ECU,其驱动软件本身也是支持升级的,但是每家软件系统都不一样,加上没有一个能够掌管这一切的整体系统架构,就导致了整车的“固件级别”升级难以实现。


而全车辆集中架构则不同,车企需要做的是跨过Tier1供应商,直接去找半导体生产商、IT软件公司、电子产品制造服务商(EMS, Electonics Manufacturing Service)、原始设备制造商(Original Design Manufacturer)等低一级供应商。从基础电子元器件考虑,到按照需求集成化设计整个硬件,到委托制造商按设计供货,再到整套系统的底层架构、信息娱乐架构等部分的软件研发,车企需要将整个系统中最核心最关键的算力单元和配套的软件系统架构,紧紧抓在自己手中,才有可能获得这套架构的长期价值,否则主动权永远都不在自己手中。


(在新架构驱使下,产业链中各类供应商和OEM厂商的变化,图/《Computer on wheels》)


举个例子,在特斯拉的电子电气化架构中,即便很多基础电子元器件是第三方生产,整个电路集成也是代工制造,但是由于硬件设计和软件研发都在特斯拉自己手中掌握,所以你会发现几乎所有重要的零部件上面的Logo都是“Tesla”(其实不止是电子零部件,还有很多特斯拉使用的零部件也都是如此)。也正是因为如此,特斯拉才能得以在电子电气架构方面迅速成长(从Model S的类全车辆集中架构到Model 3的真正全车辆集中架构),并因此在不到3年时间里,为Model 3提供了150多次OTA优化升级,其中涉及到性能、功耗、娱乐功能、安全问题修复等等。


换句话说,在这种模式下,车企会向着极度垂直化发展,并且由于电子电气架构的简化,对于软件的要求成几何级上升。这也是为什么特斯拉被称之为一家“软件公司”而不是一家“汽车公司”。


由此产生的冲击将会是巨大的,尤其对于Tier1级别的供应商来说,如果按兵不动,那么很有可能在新架构的产业链需求下,损失大量市场价值。而同样的,对于半导体、电子电气类型的公司,以及软件公司来说,这将会是一个巨大的机会;因为一旦全车辆集中架构逐渐流行,那么这些公司将会摇身一变,成为给OEM厂商提供最直接、最核心价值的供应商。


当然了,车企想要完成这样的转变,除了巨额投入之外,还面临着三方面的困难:


首先,传统车企巨头手中把持着大量的旧架构车型,且这些产品每年巨大的销量为公司带来巨额的利润,且依赖于Tier1供应商,车企需要为潜在价值做投资和现有利润之间找平衡,这笔账得认真“划拉划拉”才能算清楚;其次,这些领域对于传统车企而言,几乎都是陌生领域,公司中大量的人才并非专精于此,所以需要外部招揽或合作,以及内部人员学习研究才能逐渐步入正轨;最后,由于新架构的软件研发所采取的工作模式与过去OEM厂截然不同,本质上就是类似Google这样的互联网公司模式,那么车企必须对整个管理模式和工作流程进行更改,否则不仅效率得不到保障,结果也很难保证。


如此多的困难,不仅是对车企资本的考验,更多的则是考验决策者在不甚明显又变幻莫测的趋势中,断定其中正确方向并坚定向前的能力。


大公司,小公司


去年德国汽车三巨头大佬聚在一起讨论之时,当时戴姆勒董事长迪特·蔡澈(Dieter Zetsche)与宝马CEO哈拉尔德·克鲁格(Harald Krueger)共同认定多模式并行推进的方针时,大众集团CEO赫伯特·迪斯(Herbert Diess)则认为车企应该集中全部火力主攻纯电动路线。


三位大佬讨论之声还未淡去多久,蔡澈宣布卸任,一个月后克鲁格“被卸任”,一年后大众CEO迪斯也“被离职”(卸任大众品牌CEO,继续担任集团CEO)。


颇为有趣的是,克鲁格“被卸任”的理由是即便有积极在推动电动化进程,但过于缓慢;而迪斯离开大众“据说”是激进的转向电动化路线,伤及了很多人利益。


这里就谈到了传统车企转型电动化之根本难点:因为他们都过于庞大,背负的东西太多,导致牵一发而动全身;并且CEO大多都为职业经理人,对于他们来说,在利润-效益是唯一KPI,要想大刀阔斧为一个“未知”的方向进行变革并投入巨额成本,着实不是一件划算的事。


作为对比,特斯拉本就无包袱可言,马斯克又能在某种程度上做到“独裁”,加上他自己对路线的坚定。不难解释为什么迪斯曾说:“我很羡慕马斯克和他的电动车初创公司(特斯拉)。”


(迪斯自己上传至个人领英页面的照片)


作为一名合格的“特吹”,迪斯2019年法兰克福时说:“我不会考虑入股特斯拉。但我很钦佩特斯拉所做的一切,这对我们也很有帮助,因为它真的在推动汽车行业的电气化。特斯拉的车很好,我喜欢开它们。”


(马斯克随后对迪斯的回复)


迪斯对电动化路线是十分肯定的,不仅仅是因为他在大众“排放门”之后临危受命并挽救了大众,知晓排放问题的严重性;更因为他看清楚了未来汽车行业的发展局势,“车辆将成为我们目前所知最复杂的互联网设备,车辆产品将成为一款软件产品。”


1977 年,迪斯在慕尼黑应用技术大学主修车辆技术;1978 年至 1983 年在慕尼黑工业大学学习机械工程专业;1987 年获得了装配自动化领域的博士学位。


所以在他上任不久,就制定了大众Car.Software-Organisation方案,并开始推行。虽然迪斯离开大众品牌并不会动摇新型电子电气架构这条路的信心,但是从卸任大众品牌CEO的事情缘由来看,显然他还是遇到了一定的阻力。


不过无论如何,毕竟MEB平台的打造和ID家族的逐步推出(已经有多款车型进入了工信部审批),大众已经为此投入了太多太多资源,开弓没有回头箭,剩下应该考虑的是如何尽快加速这个转变过程。


结语


虽然大众是否能按期实现所许下的承诺尚且不清楚,但起码大众这5年的方向是对的。


特斯拉从一开始被贬低,到被市场认可,再到被模仿追赶,自始至终都在马斯克坚定的方向上奔跑着。如果说十年前这些传统车企还未意识到这位“搅局者”有多大能量,但在Model 3获得市场广泛认可后,相信没有哪一家车企会不去接近特斯拉和了解它。


记得前一阵日本工程师在拆解特斯拉时说其FSD电脑领先行业五年,引发了一阵热议。实际上早在2年前,Munro Association咨询公司在美国一档节目中,Munro曾说过Model 3的HW2.5(自动驾驶芯片采用的英伟达)车载电脑的电路板集成化程度,堪比战斗机上所用的硬件。后来HW3.0时搭载的自研FSD电脑,被诸多行业内人员称之为“masterpiece”。


这些东西对于普通消费者而言,或许存在信息不对称的情况,但对多数行业内人员应该非常清楚这其中的差距以及必要性。所以是否追赶特斯拉的问题,实际上转化为了是否为将来可能的潜在价值,在现阶段投入大量成本研发推进。


随着消费级市场最真实的反馈,和自动驾驶商用运营的价值显露,以及5G技术下车联网对车辆电子电气架构的要求,曾经徘徊犹豫的车企怎么着也应该想明白该如何转变了。


不然,他们的衰败可能比诺基亚还要凄凉。

如对本稿件有异议或投诉,请联系tougao@huxiu.com
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