隨著響應(yīng)消費(fèi)者需求的復(fù)雜性增加，孤立的汽車開發(fā)方法將不再可持續(xù)。

消費(fèi)者對(duì)汽車的期望很高。我們希望車輛不僅可以用作交通工具，還可以作為娛樂和連接的樞紐，可以幫助我們管理繁忙的生活，或者在漫長(zhǎng)的一天后放松身心。甚至有一天，我們甚至期望我們的汽車能夠自己駕駛，而無需任何人工干預(yù)。汽車制造商一直致力于通過交付高質(zhì)量的車輛來滿足這些期望，同時(shí)開發(fā)新的令人興奮的功能，這些功能將帶動(dòng)興奮和品牌差異化。隨著消費(fèi)者對(duì)汽車的期望不斷提高，汽車制造商必須繼續(xù)滿足并超越這些需求。

挑戰(zhàn)在于擴(kuò)展的車輛功能會(huì)轉(zhuǎn)化為更大的車輛復(fù)雜性。此外，汽車行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展步伐加快了。制造商現(xiàn)在處于一種位置，他們必須管理現(xiàn)代車輛的巨大復(fù)雜性，同時(shí)縮短上市時(shí)間以保持競(jìng)爭(zhēng)力。將來，我們可以預(yù)期制造商面臨的挑戰(zhàn)將會(huì)加劇。自主性，連通性，電氣化和共享出行（ACES）的汽車大趨勢(shì)已開始在行業(yè)中真正占有一席之地。隨著車輛功能擴(kuò)展到更高水平的自動(dòng)化，聯(lián)網(wǎng)和車載處理，車輛復(fù)雜性將繼續(xù)增加（圖1）。


(* 圖1：自主性，連通性，電氣化和共享出行的汽車大趨勢(shì)將推動(dòng)更大的汽車功能和復(fù)雜性。)

不僅僅是車輛的復(fù)雜性在增加。主要的汽車OEM和供應(yīng)商在主要由機(jī)械操作的工程和制造汽車方面擁有數(shù)十年的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)。現(xiàn)在，該行業(yè)正處于一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，電子和軟件將取代機(jī)械硬件成為最關(guān)鍵和最有價(jià)值的汽車部件。

傳統(tǒng)的開發(fā)方法將在應(yīng)對(duì)未來車輛工程的壓力和挑戰(zhàn)下緊張。當(dāng)今常見的車輛架構(gòu)將無法支持未來汽車中預(yù)期的功能。基于批量生產(chǎn)和汽車銷售的傳統(tǒng)汽車商業(yè)模式將不再是最有效的創(chuàng)收和盈利方式。在未來十年中，我們將看到車輛架構(gòu)能夠適應(yīng)更復(fù)雜的車輛，并且我們將看到汽車公司通過數(shù)字化和戰(zhàn)略技術(shù)或功能的垂直整合進(jìn)行轉(zhuǎn)型。

架構(gòu)變革

當(dāng)今的車輛包含多達(dá)一百個(gè)電子控制單元（ECU），這些電子控制單元分布在車輛周圍，以管理各種功能和子系統(tǒng)。這種架構(gòu)的分布式特性意味著將ECU連接到設(shè)計(jì)要管理的組件和系統(tǒng)上需要花費(fèi)數(shù)以百計(jì)的重量，重達(dá)數(shù)百磅的布線。高度分布式的體系結(jié)構(gòu)將無法擴(kuò)展以支持未來車輛大幅增加的電氣和電子（E / E）內(nèi)容。特別是，自動(dòng)安全系統(tǒng)和自動(dòng)駕駛預(yù)計(jì)僅需要額外增加40至50個(gè)傳感器，就給E / E體系結(jié)構(gòu)和線束帶來了沉重負(fù)擔(dān)。

汽車制造商將需要探索新的建筑理念，以實(shí)現(xiàn)未來車輛的豐富功能?？傮w而言，這些架構(gòu)將合并為具有較少ECU的功能，并具有更高的計(jì)算能力，從而支持每個(gè)ECU廣泛的特性和功能。這些ECU中的每一個(gè)都將支持多個(gè)軟件堆棧，固件和插槽。這種架構(gòu)整合將先前分布的組件結(jié)合在一起，從而減少了對(duì)物理有線連接的需求，從而減少了線束的重量和成本。整合還減少了車輛周圍的等待時(shí)間，因?yàn)橄嚓P(guān)功能已集成到同一ECU中。

電動(dòng)動(dòng)力總成的日益普及也將推動(dòng)架構(gòu)的變化。支持5V，12V，48V，600V甚至1000V電源的多種電壓架構(gòu)將變得必不可少，以使各種電氣和電子組件能夠以最大的效率和性能工作。例如，電池和電動(dòng)機(jī)需要高壓連接才能有效地向電動(dòng)機(jī)供電并保持驅(qū)動(dòng)范圍。電動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)還將需要復(fù)雜的電池管理系統(tǒng)（BMS），該系統(tǒng)可以監(jiān)視電流，電壓，溫度和其他指標(biāo)，以確保安全性，可靠性和性能。

最后，汽車制造商從汽車開發(fā)之初就需要考慮其架構(gòu)的安全性。連接性，軟件復(fù)雜性以及電子控制系統(tǒng)的日益普及，都將新的攻擊媒介引入了車輛。在其中任何一個(gè)系統(tǒng)中利用漏洞都可能造成災(zāi)難性的后果，尤其是在無人駕駛汽車的情況下。因此，將需要從整體角度來研究汽車安全性，涵蓋外部連接，網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)絡(luò)，處理單元等。

最終，未來的架構(gòu)將通過提供跨車輛平臺(tái)的可伸縮性，新技術(shù)和功能的靈活性以及在現(xiàn)場(chǎng)延長(zhǎng)使用壽命的可靠性和安全性而獲得成功。精心設(shè)計(jì)的架構(gòu)使制造商能夠快速，經(jīng)濟(jì)高效地將新產(chǎn)品和功能推向市場(chǎng)，從而能夠靈活響應(yīng)行業(yè)壓力（圖2）。


（*圖2：OEM必須創(chuàng)建靈活，可擴(kuò)展且可靠的E / E架構(gòu)，以克服汽車行業(yè)的新壓力。）

新業(yè)務(wù)模式/供應(yīng)鏈發(fā)展

汽車技術(shù)和市場(chǎng)趨勢(shì)的影響不僅限于車輛的設(shè)計(jì)和工程。這些趨勢(shì)將對(duì)汽車行業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。它們將推動(dòng)商業(yè)模式以及主要行業(yè)參與者的組織和運(yùn)營(yíng)結(jié)構(gòu)的根本變化。首先，關(guān)鍵的品牌差異化因素已經(jīng)轉(zhuǎn)向軟件和電子功能，例如高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）和信息娛樂功能。這種轉(zhuǎn)變重新定義了消費(fèi)者和制造商從汽車中獲得價(jià)值的方式。

汽車公司將尋求保持對(duì)差異化潛力最大的方面的控制權(quán)，例如中央ECU，基本層軟件平臺(tái)和可選升級(jí)。隨著汽車功能被分離并抽象為軟件，許多汽車硬件將商品化，從而為汽車制造商帶來新的購(gòu)買和供應(yīng)策略。隨著供應(yīng)鏈的變化和擴(kuò)展，穩(wěn)健的要求和變更管理流程以及全面的驗(yàn)證對(duì)于確保上市時(shí)間和產(chǎn)品質(zhì)量至關(guān)重要。此外，通過空中更新，汽車制造商可以通過直接向消費(fèi)者提供軟件升級(jí)和新功能，在汽車銷售后產(chǎn)生新的收入來源。這可能反映了當(dāng)今智能手機(jī)的應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)，盡管由于乘用車的安全性要求，第三方開發(fā)商的標(biāo)準(zhǔn)更高。

這些市場(chǎng)趨勢(shì)將推動(dòng)汽車制造商改變其組織的結(jié)構(gòu)，垂直整合軟件工程，集成電路設(shè)計(jì)和信息技術(shù)功能，以最佳地定位自己，以適應(yīng)未來的汽車市場(chǎng)。一些公司已經(jīng)開始這種轉(zhuǎn)型。特斯拉宣布將在2017年為其車輛開發(fā)定制芯片，并于2019年4月發(fā)布其已完成的“全自動(dòng)駕駛芯片”（Vincent，2017年；Hollister，2019年）。然后，同年6月，大眾汽車宣布成立一個(gè)新的軟件開發(fā)小組，該小組將創(chuàng)建該公司各個(gè)品牌的基本統(tǒng)一軟件功能，最終由5,000名軟件專家和工程師組成（汽車新聞，2019年）。

隨著汽車成為機(jī)械，電氣，電子，軟件和網(wǎng)絡(luò)組件的高度集成系統(tǒng)，其他組織變革將集中于應(yīng)對(duì)汽車的工程挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)上，與車輛開發(fā)有關(guān)的眾多工程領(lǐng)域都是在孤島中進(jìn)行操作，僅將注釋與關(guān)鍵計(jì)劃里程碑中的其他領(lǐng)域進(jìn)行比較。隨著領(lǐng)域內(nèi)部和領(lǐng)域之間車輛復(fù)雜性的提高，采用單獨(dú)的車輛開發(fā)方法將無法持續(xù)。凝聚力，整合性和整體性的車輛開發(fā)方法論是促進(jìn)許多車輛領(lǐng)域之間協(xié)作的必不可少的條件。

結(jié)論

汽車制造商和供應(yīng)商的前進(jìn)之路仍然漫長(zhǎng)而混亂。雖然全自動(dòng)駕駛是一個(gè)熱門話題，但具有高度影響力的技術(shù)將在實(shí)現(xiàn)真正的自動(dòng)駕駛之前很長(zhǎng)一段時(shí)間就成熟。汽車公司面臨將這些新技術(shù)集成到其車輛中以創(chuàng)造獨(dú)特而令人興奮的產(chǎn)品的挑戰(zhàn)。為了充分利用這些機(jī)會(huì)，汽車制造商正在進(jìn)行重大的重組，以增強(qiáng)他們?cè)谲浖碗娮雨P(guān)鍵領(lǐng)域的能力，并消除工程領(lǐng)域之間的傳統(tǒng)界限。


（*圖3：用于E / E系統(tǒng)工程的Capital軟件套件是全面的數(shù)字孿生解決方案的一個(gè)示例，該解決方案支持從定義到生產(chǎn)和維護(hù)的整個(gè)流程。）

汽車制造商還需要采用數(shù)字化和集成的工程軟件解決方案，以為未來的出行做好優(yōu)化工作。過渡到集成的數(shù)字化工程解決方案，例如西門子的Xcelerator產(chǎn)品組合，將使跨領(lǐng)域的協(xié)作更加緊密，并在整個(gè)開發(fā)和制造過程中實(shí)現(xiàn)連續(xù)的數(shù)字化線程。這些功能以前是最佳實(shí)踐，隨著汽車巨頭，新來者和供應(yīng)商不斷發(fā)展，以前所未有的速度開發(fā)和推出新的汽車和功能，這些功能將成為競(jìng)爭(zhēng)的必需品。汽車領(lǐng)域是廣闊的。各種規(guī)模的OEM廠商都需要共同努力，以創(chuàng)新的技術(shù)和流程實(shí)現(xiàn)蓬勃發(fā)展。

作者：道格·伯奇基（Doug Burcicki）
Doug Burcicki是西門子業(yè)務(wù)部Mentor的集成電氣系統(tǒng)部的汽車總監(jiān)，負(fù)責(zé)戰(zhàn)略，執(zhí)行和思想領(lǐng)導(dǎo)。在2018年初加入Mentor之前，Burcicki曾擔(dān)任Yazaki北美副總裁，在他服務(wù)的24年中擔(dān)任過多個(gè)管理職務(wù)。他擁有勞倫斯技術(shù)大學(xué)的汽車工程碩士學(xué)位和韋恩州立大學(xué)的電子工程學(xué)士學(xué)位。