5 perubahan besar dalam industri otomotif

Perkembangan teknologi baru apa yang akan mengubah jalur pengembangan industri otomotif? 5 contoh dari Ed Sperling.

Selama beberapa bulan terakhir, banyak industri otomotif telah mulai bergerak dan memotong produksi, mendorong kembali penyebaran kendaraan otonom sepenuhnya dan mengalihkan fokusnya ke sumber energi dan teknologi yang digunakan dalam kendaraan listrik generasi mendatang.

Secara keseluruhan, perubahan ini menandai keberangkatan yang signifikan bagi pembuat mobil tradisional yang mengejar ketinggalan dengan perusahaan seperti Tesla, Waymo, dan NIO. Memutuskan untuk tidak ketinggalan, mereka mulai mencari cara untuk menjembatani kesenjangan yang ada.

Area utama adalah:

• Pengembangan sumber bahan bakar baru untuk elektrifikasi, termasuk sel bahan bakar hidrogen dan hibrida sel bahan bakar hidrogen yang dapat dilepas.
• Penggunaan sensor baru dan teknologi berdaya rendah lainnya.
• Pengembangan baterai solid state.
• Pergeseran penekanan pada pemrosesan tambahan di dalam mobil.
• Menyebarkan perubahan mendasar dalam model bisnis.

Semua perkembangan ini membutuhkan peningkatan yang signifikan dalam konten semikonduktor, dan tren ini diperkirakan akan terus berlanjut, karena mobil semakin dialiri listrik sedemikian rupa sehingga mereka benar-benar menjadi superkomputer di atas roda. Dalam sebuah laporan yang baru dirilis, KPMG menghitung bahwa perubahan ini dapat meningkatkan pasar semikonduktor otomotif dari sekitar $ 40 miliar. US hari ini hingga 150-200 miliar. Amerika Serikat selama dua dekade ke depan, dan angka-angka ini tidak termasuk infrastruktur V2X atau peningkatan jumlah peralatan dan peralatan manufaktur. ,

Studi terbaru menunjukkan bahwa motor listrik akan menyalip mesin pembakaran internal dalam satu dekade, meskipun jumlahnya dapat bervariasi berdasarkan wilayah. Seiring dengan pergantian ini, jumlah sirkuit mikro akan ditingkatkan untuk mengontrol dan memantau apa yang terjadi di dalam kendaraan, serta bagaimana kendaraan berinteraksi dengan dunia luar. Perubahan juga akan dilakukan pada berapa banyak kendaraan ini yang ditenagai, bagaimana daya ini akan dioptimalkan, didistribusikan dan disimpan dalam kendaraan, dan bagaimana dan di mana data yang dihasilkan oleh semakin banyak sensor akan diproses.

"Perusahaan tradisional sekarang mengalihkan fokus mereka ke perangkat lunak," kata Burkhard Hanke, wakil presiden otomotif untuk Synopsys. “Tesla membuat pernyataan beberapa tahun lalu bahwa solusi terbaik tidak digunakan untuk kendaraan listrik. Itu akan terjadi sekarang. "

Bahan bakar masa depan untuk mobil

Elektrifikasi kendaraan diberikan untuk bersaing di industri otomotif selama beberapa dekade mendatang. Terlepas dari apakah mobil-mobil ini menggunakan mesin tambahan, sel bahan bakar atau beroperasi pada daya baterai 100%, kesederhanaan, daya tanggap, dan pengurangan emisi dari kendaraan listrik cukup meyakinkan. Motor listrik terdiri dari sekitar 200 bagian dibandingkan dengan sekitar 2000 untuk mesin pembakaran internal, yang membantu secara signifikan mengurangi biaya dan meningkatkan keandalan. Pada tahap ini, hampir setiap pembuat mobil meningkatkan konten elektronik di dalam mobil, dan banyak yang memilih motor listrik sebagai unit daya utama.

Sejauh ini, tantangannya adalah menyeimbangkan manfaat elektrifikasi dengan kemudahan penggunaan. Salah satu opsi yang sering dikutip oleh para pembuat mobil utama - dengan pengecualian Tesla, NIO, dan lainnya - adalah hidrogen, yang mereka klaim akan menjadi kompetitif dengan sumber bahan bakar lain selama dekade berikutnya. Mereka mengklaim bahwa ini akan mengatasi beberapa masalah terbesar dengan mobil listrik saat ini, misalnya, seberapa jauh mereka dapat melakukan perjalanan dengan biaya, berapa lama untuk mengisi daya mereka, dan bagaimana mengembangkan infrastruktur pengisian daya di daerah-daerah berpenduduk kurang.

Infrastruktur pengisian daya dan waktu pengisian adalah dua kerugian nyata dari kendaraan listrik dengan baterai. Dengan pengisi daya yang tidak mencukupi, orang mungkin harus mengantri untuk waktu yang lama. Selain itu, orang yang tinggal di apartemen, misalnya, mungkin tidak memiliki akses ke stasiun pengisian daya. Dan di daerah-daerah yang rawan pemadaman listrik, mungkin tidak ada listrik yang tersedia untuk mengisi kendaraan selama keadaan darurat, yang dapat mengancam jiwa jika terjadi banjir atau kebakaran.

"Teknologi baterai belum siap untuk perjalanan panjang," kata Luc Gear, analis teknologi di IDTechEx. “Yang menahan mobil listrik adalah biaya awal baterai dan infrastruktur pengisian. Sekitar 50% kendaraan listrik di Amerika Serikat dijual di California. Menurut penelitian kami, pada tahun 2028 kami akan mencapai puncak mesin pembakaran internal, dan kemudian penjualan akan turun. "

Pembuat mobil bertaruh bahwa sel bahan bakar hidrogen akan menjadi bagian penting dari perubahan ini. Idenya adalah untuk dapat memompa bensin seperti hidrogen dari pompa bensin baru atau yang sudah ada dengan infrastruktur untuk menyimpan dan memindahkan hidrogen cair. Tapi itu tidak sesederhana itu.

"Dengan FCEV (kendaraan listrik sel bahan bakar) Anda mendapatkan kinerja tinggi dan jarak jauh," kata Monterey Gardiner, hidrogen senior dan teknologi elektronik bergerak BMW Group. “Masalahnya adalah infrastruktur hidrogen tambahan dan tingginya biaya sistem. Sekarang kita perlu memproduksi 500.000 mobil setahun untuk mendapatkan harga yang kompetitif. ” BMW berencana untuk memperkenalkan sel bahan bakar.

"Hidrogen membuat logam rapuh," kata C. Charles Janak, CEO Arteris IP. “Ada tiga cara untuk menyimpannya. Salah satunya adalah cryogenic. Yang kedua adalah penggunaan hidrida logam. Dan yang ketiga adalah penggunaan bahan organik. Tidak ada yang memuaskan. ”

Juga tidak jelas apakah hidrogen akan bersaing dengan mobil dengan pengisian baterai yang lebih cepat dengan jarak tempuh hingga 500 mil. Dan jika waktu pengisian baterai dapat dikurangi hingga 10 menit pada jarak 120 mil, bagi sebagian besar pengemudi, ini sudah cukup bagi kebanyakan orang.

"Perusahaan-perusahaan Eropa tidak percaya mereka dapat menghasilkan uang dengan mobil listrik," kata Tom Wong, Direktur Pemasaran Desain IP di Cadence. "Tetapi jika Anda dapat secara signifikan mengurangi biaya baterai lithium-ion, mereka akan mencapai titik persimpangan di mana mobil listrik akan menjadi kompetitif dengan mesin pembakaran internal."

Sel bahan bakar juga mahal, setidaknya untuk saat ini. Salah satu alasannya adalah bahwa ini membutuhkan platinum, yang digunakan sebagai katalis. Penelitian saat ini termasuk paduan platinum dan rutenium untuk menurunkan biaya ini. Tetapi beberapa dari biaya ini juga dapat diimbangi dengan pengurangan logam mulia di area lain.

"Platinum dan paladium saat ini digunakan dalam catalytic converter untuk mesin pembakaran internal," kata William Crockett, wakil presiden Tanaka Kikinzoku. “Hari ini, kami benar-benar mengirim catalytic converter ke Jepang untuk mendaur ulang materi ini. Biaya ini dihabiskan untuk sel bahan bakar hidrogen dan kendaraan listrik. "

Model bisnis baru, pendekatan baru terhadap teknologi

Bersamaan dengan perubahan ini adalah pengakuan bahwa cara lama dalam melakukan sesuatu tidak lagi berhasil. Volkswagen mengumumkan pada bulan Juni bahwa mereka akan mengembangkan sebagian besar perangkat lunaknya sendiri, meningkatkan kepemilikannya dari kurang dari 10% menjadi lebih dari 60% pada tahun 2025. Perusahaan mengatakan berencana untuk menggunakan sekitar 5.000 ahli untuk membuat sistem operasi tunggal pada semua mereknya.

"Mereka semua melihat bahwa peningkatan bertahap tidak cukup," kata David Fritz, manajer senior mobil otonom SoC di Mentor, sebuah divisi Siemens. “Untuk bersaing dengan Tesla, mereka membutuhkan metodologi, alat, dan arsitektur yang berbeda. Hampir semua perusahaan mobil sampai pada titik di mana mereka menyadari bahwa mereka tidak dapat terus melakukan hal yang sama. Tetapi masalah besar adalah bagaimana membuat lompatan dalam teknologi dan keterampilan ini. Ini adalah model yang pertama kali diterapkan Apple ketika Anda membawa segala sesuatu yang dapat membedakan Anda dengan pekerjaan. "

Janak dari Arteris IP setuju. "Level 1 menjadi silikon yang berorientasi pada perangkat lunak, atau memiliki masa depan yang panjang."

Teknologi baru

Namun, semua perubahan ini telah memicu kebangkitan inovasi. Salah satu pengembangan tersebut melibatkan integrasi sensor, di mana logika ditambahkan pada tingkat sensor sehingga pemrosesan dapat dilakukan pada sumber data daripada secara terpusat.

"Salah satu sensor baru adalah sensor inersia," kata Fritz. “Ketika Anda menghidupkan rem, Anda mengharapkan mobil mengerem pada jarak tertentu pada kemiringan. Tapi ini tidak selalu akurat. Jika Anda dapat memahami jarak ini dengan lebih baik, Anda dapat menerapkan pengereman hanya saat Anda membutuhkannya, menghemat energi, dan memulihkan energi. "

Ini memiliki keunggulan lain. Melakukan pemrosesan lokal, jumlah data yang harus dikirim ke otak pusat mobil secara signifikan mengurangi waktu yang diperlukan untuk membuat keputusan. Ini mengurangi persyaratan pemasangan kabel, berat kendaraan keseluruhan, dan meningkatkan jangkauan pengisian.

Departemen teknik sistem adaptif di Fraunhofer memperkenalkan sensor gambar yang hanya menyimpan dan memproses data penting dalam gambar, bukan keseluruhan gambar. Ini memberikan keuntungan yang sama pada kamera di mana jumlah data terbesar dikumpulkan hari ini.

Pendekatan alternatif adalah memperluas teknologi yang ada untuk mengurangi jumlah komponen dan sistem yang pada akhirnya dibutuhkan untuk mengemudi secara otonom. Sebagai contoh, LiDAR telah ditingkatkan untuk bekerja di lebih banyak kondisi cuaca daripada di masa lalu, dan sekarang juga dapat mengukur kecepatan dan mengklasifikasikan objek.

Pendekatan yang sama digunakan untuk meningkatkan efisiensi energi dalam kendaraan, dan ini terutama terbukti ketika mencoba menggunakan motor roda atau hub. Jadi, alih-alih satu mesin mengendarai kendaraan, akan ada dua atau empat mesin.

Gagasan mesin hub telah ada selama sekitar satu abad, dan masalah besar adalah massa unrrung - bagian dari kendaraan yang tidak didukung oleh suspensi. Menggunakan pendekatan ini membutuhkan perubahan dalam desain kendaraan, karena ini dapat mempengaruhi pengendaraan dan penanganan secara keseluruhan. Tetapi karya ini memiliki keuntungan besar. Motor lebih kecil dalam ukuran dan mereka terhubung langsung ke roda, yang berarti lebih sedikit energi yang dibutuhkan untuk menggerakkan mobil ke depan, lebih banyak peluang untuk penggunaan energi secara langsung untuk bergerak dan lebih sedikit berat.

Tampaknya setidaknya beberapa masalah sebelumnya telah diselesaikan. Hyundai MOBIS Ahn mengatakan pengembangan telah berlangsung sejak 2011, dan teknologi ini diharapkan akan dikomersialkan selama beberapa tahun ke depan. Tetapi ada versi hybrid dari pendekatan ini, seperti mobil konsep Citroën dengan dua mesin 19_19, diperkenalkan awal tahun ini, yang dapat menempuh jarak 800 km (497 mil) dengan pengisian daya dan mengisi ulang 80% dalam 20 menit.



Fig. 1: Mobil konsep Citroën 19_19 dengan ban yang dikembangkan bekerja sama dengan Goodyear pada konferensi VivaTech awal tahun ini. Pusat hub pada roda tetap tidak bergerak.

Baterai Generasi Selanjutnya

Masalah besar dengan elektrifikasi adalah menyimpan energi di dalam kendaraan. Baterai lithium-ion mahal, berat, dan tidak stabil. Teknologi penskalaan mencakup lebih banyak baterai, lebih banyak berat, dan lebih banyak masalah potensial.

Di sinilah baterai solid state pas. Berdasarkan elektroda padat dan elektrolit, mereka jauh lebih mudah ditangani tanpa takut api.

Sejumlah proyek penelitian baterai keadaan padat saat ini sedang berlangsung, seperti baterai lithium solid state yang dikembangkan oleh Deakin University di Australia. Masalah yang belum diselesaikan adalah penurunan konduktivitas listrik, terutama dalam cuaca dingin, dibandingkan dengan elektrolit cair. Ada juga pertanyaan tentang apakah lithium cukup untuk memberi daya pada semua kendaraan listrik.

"Kami tidak berpikir ada cukup lithium di planet ini untuk 1 triliun perangkat IoT plus aki mobil," kata Eric Hennenhofer, wakil presiden penelitian di Arm. "Sejumlah besar harus diterima dari pengumpulan limbah."

Saat ini, industri sedang berupaya mewujudkannya. Seiring dengan ini, pemrosesan lithium diharapkan karena permintaan tumbuh, meskipun ini dapat berlanjut selama bertahun-tahun.

"Sumber utama lithium adalah di Australia," kata Crockett dari Tanaki. “Produksi tahun lalu berjumlah lebih dari 20 ton. Ada juga satu tambang lithium di Nevada (sekitar 200 mil dari Tesla Battery Factory), dan bahkan lebih banyak lithium di Chili, Argentina, dan Bolivia, yang dikenal sebagai "segitiga lithium." China telah menginvestasikan $ 4 miliar dalam kesepakatan stok untuk masuk ke Segitiga Lithium untuk kendaraan listriknya. Tetapi Anda juga melihat bagaimana perusahaan seperti BMW, Volkswagen, dan pembuat mobil Jepang berinvestasi dalam teknologi baterai solid-state. Sejumlah bahan kimia yang berbeda sedang dikembangkan. "

Apa yang membuat ini begitu penting adalah bahwa teknologi solid-state lebih modular, dapat diskalakan dan lebih kecil, menggunakan desain prismatik daripada silinder, tahan lebih lama dan biaya lebih cepat. Mereka juga lebih mudah untuk diganti, kata Crockett.

Lebih banyak pemrosesan data mobil

Perubahan besar lainnya adalah pemrosesan data. Beberapa tahun yang lalu, konsensus umum adalah bahwa 5G akan sangat di mana-mana sehingga data dari semua kendaraan dapat dikirim bolak-balik ke cloud dengan kecepatan yang cukup untuk menghilangkan kebutuhan untuk pemrosesan di kapal.

Ini ternyata tidak dapat dipertahankan karena beberapa alasan.

Pertama, sinyal dalam spektrum gelombang milimeter untuk sinyal 5G sangat sensitif terhadap kebisingan dan membusuk dengan cepat.

Kedua, ada terlalu banyak data untuk dikirim bolak-balik dari cloud, dan bahkan dalam keadaan terbaik, komunikasi membutuhkan terlalu banyak waktu untuk menghindari hambatan di jalan.

Dan ketiga, biaya membangun dan memelihara jaringan repeater akan sangat tinggi untuk ribuan mil jalan.

"5G adalah peningkatan, tetapi tidak cukup baik untuk membongkar komputasi, terutama di pita kurang dari 6 GHz ," kata Scott Jones, kepala teknologi semikonduktor di KPMG. "Faktanya, salah satu alasan mengapa kemungkinan untuk konten semikonduktor sangat tinggi adalah karena 5G tidak cukup baik."

Ini adalah faktor kunci dalam membatasi kendaraan otonom. Jumlah daya komputasi yang diperlukan untuk menyelesaikan semua kemungkinan interaksi dan kasus rumit sangat besar dan terlalu mahal untuk dibangun menjadi mobil saat ini. Peringkat saat ini berada di kisaran tiga superkomputer.

Faktor kedua terkait dengan ukuran besar dan biaya sumber daya komputasi yang diperlukan untuk menyelesaikan semua kasus sudut potensial dan berinteraksi dengan kendaraan yang digerakkan orang dan otonom, serta pejalan kaki, pengendara sepeda, kondisi cuaca buruk, lubang, perubahan jalur, dll.

"Semua prototipe adalah batang yang diisi dengan pusat data," kata Robert Day, direktur solusi otomotif di Arm. “Mereka tidak bisa dikerahkan. Mereka terlalu besar, terlalu intensif energi dan terlalu mahal. Kami diharuskan dari chip server perusahaan yang memberikan kinerja yang sama untuk sebagian kecil dari biaya dengan peningkatan kinerja termal. Kami juga ditanyai tentang prosesor berkinerja tinggi dengan keamanan fungsional terintegrasi, yang baru. Hal baru lainnya adalah Konsorsium Kendaraan Otonom. Bagian dari piagam AVCC adalah penyebaran massal dalam periode 2025, meskipun otonomi penuh akan jauh lebih lambat. Tapi apa yang baru di sini, mereka memutuskan mereka tidak akan membedakan dengan teknologi ini. "



Fig. 2: Jumlah konten dan nilai semikonduktor di setiap level kontrol. Sumber: KPMG

Ini merupakan perubahan arah yang signifikan, karena perusahaan melihat otonomi sebagai ciri khas. Ketika semua orang bekerja bersama dalam hal ini, itu menjadi standar tingkat dasar dan dengan cepat memasuki pasar. Ini, pada gilirannya, menciptakan permintaan yang jauh lebih besar untuk semua jenis elektronik.

"Ini adalah revolusi dalam pemikiran di antara para pembuat mobil Tiga Besar (Volkswagen, Toyota dan Hyundai)," kata Synopsys Hunk.“Pertanyaannya adalah, apakah ada cukup bakat untuk melakukan pekerjaan ini. Masalah terbesar adalah proses berpikirnya berbeda. Ini akan memakan waktu. Pertanyaannya adalah, siapa yang dapat mengalihkan fokus pada tumpukan perangkat keras dan perangkat lunak dan meningkatkannya. Ini adalah pertempuran baru. Tiga Besar memiliki sumber daya keuangan yang cukup untuk berinvestasi dalam hal ini, dan ada banyak klien di seluruh dunia, belum lagi banyak karyawan yang pekerjaannya bergantung pada pekerjaan ini. Tetapi ini tidak akan terjadi dalam semalam.

Transportasi sebagai Layanan

Perubahan besar lainnya menyangkut penggunaan kendaraan. Sebagian besar analis percaya bahwa ada peluang signifikan untuk kepemilikan yang berbeda dan pola penggunaan.

"Kami melihat bahwa untuk perjalanan yang sangat spesifik yang dilakukan orang, ada peluang luar biasa untuk mobilitas sebagai layanan," kata KPMG Jones. “Ini berarti bahwa kendaraan akan digunakan pada jarak 50.000 hingga 60.000 mil per tahun. Jadi, bahkan jika mobil berharga $ 120.000, dalam tiga tahun Anda akan memperolehnya jika melewati 50.000 mil per tahun. Kami juga melihat minat nyata dalam hal ini di bidang pensiun. Ini adalah peluang besar, bahkan pada kecepatan rendah 30 mph. ”

Gear IDTechEx setuju, mencatat bahwa ini akan berdampak besar pada pola penggunaan mobil. "Munculnya transportasi independen di kota dimulai pada 2025," katanya. "Tapi itu akan memakan waktu untuk memulai karena berkurangnya subsidi pemerintah dan melonggarkan pembatasan pemerintah AS pada mobil. Subsidi berakhir di Cina dan Norwegia tahun depan. "

Subsidi sudah lama mendukung energi hijau. Tetapi dengan meningkatnya biaya dan peraturan baru diperkenalkan pada tahun 2021, seperti standar emisi ketat baru di Eropa sebesar 95 g CO2 / km, standar saat ini adalah 130 g / km, dan standar baru akan mulai berlaku mulai tahun 2020 tahun - yang dapat membantu meningkatkan mobilitas sebagai layanan. Akan sulit bagi mesin pembakaran internal untuk memenuhi standar ini, dan memiliki mobil listrik kurang nyaman bagi orang yang tidak memiliki ruang untuk mengisi daya mobil mereka.

Namun, ini adalah pandangan yang berbeda tentang penjualan mobil, dan itu memerlukan model perilaku yang berbeda.

"Anda harus melihat mobil generasi selanjutnya sebagai denah lantai," kata Fritz dari Mentor. “Ini adalah cara lain untuk menyelesaikan masalah. Jadi Anda mendesain untuk level 5 dan Anda sampai di sana satu langkah pada satu waktu. Tampaknya banyak perusahaan yang tersesat. ”

Kesimpulan

Semua perubahan ini menimbulkan pertanyaan tentang bagaimana perusahaan mobil akan terlihat dalam sepuluh tahun. Akankah Tier 1 atau perusahaan elektronik menjadi produsen mobil, atau akankah raksasa mobil menjadi produsen chip dan mengembangkan chip mereka sendiri? Saat ini, tidak ada yang tahu jawabannya. Meskipun Tesla dan startup BEV baru mungkin memiliki kepemimpinan hari ini, tidak ada jaminan bahwa semuanya akan tetap sama. Bahkan, raksasa otomotif masa depan saat ini mungkin tidak terlihat seperti pembuat mobil, tetapi seperti perusahaan manufaktur elektronik.

Namun, jelas bahwa industri semikonduktor akan mendapat manfaat dari lebih banyak elektronik, lebih banyak layanan, dan lebih banyak alat untuk membuat chip dan sistem ini. Industri elektronik otomotif memasok bagian lain dari struktur melalui rantai produksi, dan ini kemungkinan akan mengarah pada ledakan yang akan berlangsung selama beberapa dekade.

PS - Cara lain keluar dari krisis pengenalan kendaraan listrik, saya jelaskan sebelumnya dalam artikel "Apakah mobil listrik ditarik ke bawah perusahaan mobil?"