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電動車時代已揭開序幕:五項成功必備要素
 

【作者: Chet Babla】   2021年05月04日 星期二

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電動車的時代已來臨,然而嚴格的安全要求、漫長的前置時間以及對效能的需求,讓電動車成為一個充滿挑戰的市場。本文前瞻敘述未來幾年值得關注的五大重要趨勢。


電動車(EV)的時代已正式展開!通用汽車表示該公司在 2035 年前,將把汽柴油引擎的車款及休旅車從商品選項中移除;福特汽車也將在 2030 年前,將在歐洲市場的車款全面電動化。英國原本發布預計在 2035 年前逐漸讓汽柴油車退出市場,隨後又把時程提早到 2030 年。


像優比速(UPS)與亞馬遜(Amazon)等車隊用戶,已下訂了數千輛的零排放的物流車,並投資了電池驅動的長程卡車解決方案。同時,電池的售價從 2010 年起,已大幅下滑 89%。


對於消費者與汽車迷而言,下一個十年內前往展示中心賞車,將是高性能轎跑車世代以來,最令人興奮的時刻。據彭博社新能源財經報導指出,在 2026 年前,全美的汽車展示中心將展示約 130 款不同的零排放車款,而目前大約只有 15 個車款。


由於電動車系統可被比喻為裝上輪子的電腦,對於電子產業來說,這當然也是個好消息。不過,就像與汽車產業有業務來往的人士所知,嚴格的安全要求、漫長的前置時間以及對效能的需求,讓電動車成為一個充滿挑戰的市場。


未來趨勢焦點

以下是未來幾年值得關注的五個重要趨勢:


【1】處理能力將進行整合

不久之前,車輛的運算效能常常等於處理器的數目:一台中階車可能搭載 30 顆,而高階車款可能配備 100 顆。


車商已開始轉戰至分區、更集中式的運算架構策略,以數量較少、但威力更為強大的系統單晶片,取代許多的微控制器。電動車將讓這個趨勢加速成形。分區與集中式運算,實踐了把更具彈性與更普遍的智能帶進汽車的承諾。


利用異質核心陣列打造效能更強大的裝置,可以監控關鍵的安全系統、管理更新、與終端服務互動,並為雲端架構的人工智慧與機器學習演算法搜集與詮釋數據。有了分區的處理器,車輛可以真正成為透過軟體定義:一組效能強大、但獨立運作的行車電腦,就是辦不到這點的。這種方法也將簡化數據管理,將電力與散熱納入考量,進一步降低重量並提升效率。


與伺服器及智慧手機一樣,車載系統單晶片將混搭 CPU、繪圖處理器(GPU)、神經網路處理器(NPU)以及供網路等功能使用的專屬核心。它們也會針對特定區域,例如傳動系統、數位座艙或管理車輛的各種駕駛輔助系統,進行優化。



圖1 : 功能性安全確保像煞車與轉向等安全關鍵的功能獲得電子系統的支援,可以檢測、偵錯並減輕功能失靈與故障。 (source:kpattorney.com)
圖1 : 功能性安全確保像煞車與轉向等安全關鍵的功能獲得電子系統的支援,可以檢測、偵錯並減輕功能失靈與故障。 (source:kpattorney.com)

它們與標準的運算矽晶圓不同之處,在於對功能性安全的要求。功能性安全確保像煞車與轉向等安全關鍵的功能獲得電子系統的支援,可以檢測、偵錯並減輕功能失靈與故障。此外,可預防或降低不同功能間干擾情況的機制,能進一步支援功能性安全。例如 Arm 去年發表的 Mali-G78AE GPU,可以讓 OEM 廠商為混合關鍵性工作負載,打造四個獨立的硬體分區。透過這種方式,我們可以利用軟體的多功能性,促成硬體架構的安全。


【2】電池要變得更聰明

瓦錫蘭(Wartsila)公司Greensmith 能源儲存部門創辦人 John Jung 表示:「電池就是電腦。」陰極與電解液雖然會衝擊電池組與電動車的價格、效能與長期使用年限,但例如充/放電率、電池平衡與預測性分析等因素同樣也會造成影響,而這些都由電池、模組與電池組內的矽晶圓及軟體進行控制。


想像一下,若想把車輛的續航力額外延長 25 英里,為了因應這樣的挑戰恐怕會產生焦慮。你可以藉由增加電池容量達成這個目標,或是打造超級省電模式,讓電池管理系統在加速時調降出力。後者可能成本較低,且增加的重量也比較少。


至於效能,電子學將讓製造商利用一套共用電池,為豪華轎車、經濟型車輛、休旅車與雙門敞篷車,打造出差別化的電池組。你可能也會看到製造商使用這些系統來強調加速性(也就是峰值電力輸出),而其它車款則是強調續航性。


未來十年,電池管理與控制系統將是創新的熱點。電池管理將獲得雲端分析的輔助,而後者則可分析個別駕駛的習慣,並與電池管理系統一起運作。博世(Bosch)預測他們的雲端電池系統可以減少 20% 的電池損耗。


【3】車輛的效率必須更高


圖2 : 在電動車裡,煞車、動力系統與其它關鍵的系統,必須靠電池來運作。(source:Benzinga)
圖2 : 在電動車裡,煞車、動力系統與其它關鍵的系統,必須靠電池來運作。(source:Benzinga)

對於內燃機車輛,電力是次要的考量。但是對於電動車,座艙內消耗的電力會直接影響續航哩程:暖氣最多可能讓續航哩程減少三成。同時,原本在高階轎車中控台的高級娛樂系統,也將逐漸導入到較經濟的車款。汽車製造商未來必須進行肉眼看不到的車輛耗能減重,並密切關注處理能力與演算法效率。打造智慧手機與物聯網裝置學到的提升效率的心得,這裡可以派上用場。


在電動車裡,煞車、動力系統與其它關鍵的系統,也必須靠電池來運作。我們需要透過先進的處理器與軟體達到更高的效率,不過效率絕對不能干擾效能。


座艙或分區處理器取得的效率提升,也會帶來其他的正面效益。散熱設計與機械設計都會變得更簡單。汽車製造商、開發人員以及他們的矽晶圓夥伴,都必須持續延展每瓦效能的最大極致。


另一個好處是:與其讓更輕的車體材料商業化,或擠出額外的空氣動力效果,效率的提升可以更快地達成,成本也更低。


【4】不只跟車輛本身有關

車主不是唯一的觀眾。電動車將需要更多的充電站、更多電力容量與電網的升級。以電動車行駛 100 英哩所消耗的電量,相當於美國一個家庭一整天的耗電量。德州大學於 2018 年進行的思考實驗曾估計,倘若整個德州的汽車全面電動化,電力生產必須提升三成。


太陽能則會增添另一個難題。太陽能在六點左右開始下降,而這時候許多駕駛正準備為愛車徹夜充電。


所幸電網的優化是另一個典型的優化問題。未來當我們在充電站充電時,你的愛車也將連上網路,這個網路會連結到訂定電力生產預測的智慧電網進行分析、主控即時電力市場的雲端應用、區域性的能源儲存,當然還有公共充電站內部、以及你的愛車內複雜的處理器。


【5】開始思考自動駕駛

自駕車最後都會是電動車。與內燃機引擎相關的可靠性與維修等問題,對於想要利用它打造自駕車隊的人,負擔實在是太大。此外,電動車(目前)的成本溢價,車隊也比較容易攤掉。


今日車隊從電池管理與分區控制所學到的心得,將有效地成為汽車自動化推出的發展平台。效率的重要性也會越來越高,完全(第五級;Level 5)自駕系統每秒運算力將達到 4,000 TOPS。


我們也會看到其它與電動車相關的改變。加油站已經開始轉型成電動車充電咖啡廳。電動車預計會讓車隊/共乘-共用模式更受歡迎;果真如此,長期下來,將可以釋放出相當數量的停車位與私人停車場、及其使用的土地空間(此類用地佔洛杉磯市 13% 的土地)。


但有一件事是不變的:車輛將繼續存在。對於我們的生活,它扮演著中心的角色。我們今日完成的創新,將會讓我們口中的「汽車」、以及對於行動力的認知持續演化,並讓此產業繼續朝下一個世紀邁進。


(本文作者Chet Babla為Arm 車用事業部副總裁)


**刊頭圖 (source:Geotab)


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