哪些新技术发展将改变汽车行业的发展道路？ Ed Sperling的5个例子。
在过去的几个月中，许多汽车行业已经开始转移和削减产量，推迟了全自动驾驶汽车的预计部署，并将其重点转移到了下一代电动汽车所使用的能源和技术上。
总而言之，这些转变标志着传统汽车制造商的重大转变，他们正在追赶特斯拉，Waymo和NIO等公司。 为了不落后，他们开始寻找弥合现有差距的方法。
主要领域是：
- 开发用于电气化的新燃料，包括氢燃料电池和氢燃料电池的可移动混合动力车。
- 使用新的传感器和其他低功耗技术。
- 固态电池的开发。
- 重点转移到汽车中的附加处理上。
- 部署业务模型的根本变化。
所有这些发展都需要大大增加半导体的含量，并且随着汽车的电气化程度日益提高，以至于它们实际上已成为带轮超级计算机，这种趋势有望继续。
毕马威（KPMG）在刚刚发布的一份报告中计算出，这些变化可能会使汽车半导体市场的规模从大约400亿美元增加。 今天的美国高达150-2000亿美元。 在未来的二十年中，这些数字不包括V2X基础架构或工具和制造设备数量的增加。 ，
最新研究表明，电动机的数量将在十年内超过内燃机，尽管其数量可能会因地区而异。 随着这种切换，微电路的数量将增加，以控制和监视车辆内部发生的情况以及车辆与外界的交互方式。 还将对以下几方面进行更改：为这些车辆中的多少提供动力，如何优化，分配和存储此动力以及如何以及在何处处理由越来越多的传感器生成的数据。
Synopsys汽车业务副总裁Burkhard Hanke说：“传统公司现在将重心转移到软件上。” 特斯拉几年前发表声明说，最好的解决方案并未用于电动汽车。 现在会发生。”
汽车的未来燃料
在未来的几十年中，汽车电气化将在汽车行业竞争。 无论这些汽车是使用辅助引擎，燃料电池还是以100％电池功率运行，电动汽车的简单性，响应性和减少的排放都令人信服。
电动机由大约200个零件组成，而内燃机大约为2000个零件，这有助于显着降低成本并提高可靠性。 在这个阶段，几乎每个汽车制造商都在增加汽车中的电子内容，许多人选择电动机作为主要动力单元。
迄今为止，挑战在于平衡电气化带来的好处和易用性。 除特斯拉，蔚来汽车和其他公司外，主要汽车制造商越来越多地引用的选择之一是氢，他们声称氢在未来十年内将与其他燃料竞争。 他们声称，这将克服当今电动汽车的一些最大问题，例如，电动汽车可以行驶多远，对其充电需要多长时间以及如何在人口较少的地区开发充电基础设施。
充电基础设施和充电时间是带电池的电动汽车的两个明显缺点。 如果充电器不足，人们可能不得不排队等候更长的时间。 此外，例如，居住在公寓中的人可能无法使用充电站。 在容易断电的地区，紧急情况下可能无法为车辆充电，如果发生洪水或火灾，可能会危及生命。
IDTechEx的技术分析师Luc Gear说：“电池技术还没有为长途旅行做好准备。” “阻碍电动汽车发展的是电池和充电基础设施的初始成本。
美国约有50％的电动汽车在加利福尼亚出售。 根据我们的研究，到2028年，我们将达到内燃机的顶峰，然后销量将下降。”汽车制造商押注氢燃料电池将是这一转变的关键部分。 这个想法是要能够从新的或现有的加油站抽出类似氢的汽油，并具有储存和运输液化氢的基础设施。 但这不是那么简单。
“有了FCEV（燃料电池电动汽车），您将获得高性能和长续航里程，”宝马集团氢能和移动电子技术高级工程师蒙特利·加德纳（Monterey Gardiner）说。 “问题在于额外的氢气基础设施和系统的高成本。 现在，我们需要每年生产500,000辆汽车才能获得具有竞争力的价格。” 宝马计划推出燃料电池。
“氢制造易碎金属，” Arteris IP首席执行官C. Charles Janak说。 “有三种存储方式。 其中之一是低温。 第二种是使用金属氢化物。 第三是使用有机材料。 他们都不满意。”
同样不清楚的是，氢能与电池续航力高达500英里的汽车竞争吗？ 而且，如果将120英里外的电池充电时间减少到10分钟，对于大多数驾驶员来说，这对大多数人来说就足够了。
Cadence IP设计营销总监Tom Wong说：“欧洲公司不相信他们可以用电动汽车赚钱。” “但是，如果您能够大幅降低锂离子电池的成本，它们将达到电动汽车与内燃机竞争的交汇点。”
至少到目前为止，燃料电池也很昂贵。 原因之一是这需要用作催化剂的铂。 当前的研究包括铂和钌的合金以降低该成本。 但是，其中一些成本也可以通过减少其他地区的贵金属来抵消。
Tanaka Kikinzoku副总裁William Crockett表示：“铂和钯目前用于内燃机的催化转化器中。” “今天，我们实际上是在向日本发送催化转化器，以回收这些材料。 这笔费用花在了氢燃料电池和电动汽车上。”新的商业模式，新的技术方法
随着这些变化，人们认识到旧的做事方式不再有效。
大众汽车在6月宣布将自行开发大部分软件，到2025年其持股比例将从不到10％增加到60％以上。 该公司表示，计划使用约5,000名专家在其所有品牌上创建一个操作系统。
西门子部门Mentor的SoC高级自动驾驶汽车经理David Fritz说：“所有人都认为，仅靠改进是不够的。” 为了与特斯拉竞争，他们需要不同的方法，工具和架构。
几乎所有汽车公司都意识到他们无法继续这样做。 但是最大的问题是如何实现技术和技能的飞跃。 这是Apple在您将所有可以使您脱颖而出的作品引入工作时首次应用的模型。”
Arteris IP的Janak同意。 “第1级要么成为面向软件的芯片，要么拥有长远的未来。”
新技术
但是，所有这些变化都引发了创新的复兴。 一种这样的开发涉及传感器的集成，由此在传感器级别添加了逻辑，以便可以在数据源而不是集中地执行处理。
“新型传感器之一是惯性传感器，” Fritz说。 “当您打开制动器时，您希望汽车在斜坡上一定距离处制动。 但这并不总是准确的。 如果您可以更好地理解该距离，则可以仅在需要时才进行制动，以节省能量并恢复能量。”
这还有其他优点。 执行本地处理后，必须发送到汽车中央大脑的数据量大大减少了决策所需的时间。 这减少了接线要求，降低了整车重量，并改善了充电范围。
Fraunhofer的自适应系统工程部门推出了一种图像传感器，该传感器仅存储和处理图像中的重要数据，而不是整个图像。 这在当今收集最多数据的相机中具有相同的优势。
一种替代方法是扩展现有技术，以减少自动驾驶最终需要的组件和系统的数量。 例如，对LiDAR进行了改进，使其可以在比过去更多的天气条件下工作，现在，它还可以测量速度和对物体进行分类。
使用相同的方法来提高车辆的能源效率，这在尝试使用轮毂或轮毂电机时尤其明显。 因此，代替一个发动机驱动车辆，将有两个或四个发动机。
轮毂发动机的概念已经存在了大约一个世纪，最大的问题是簧下质量-车辆的那一部分没有悬架支撑。 使用这种方法需要更改车辆设计，因为这可能会影响整体行驶和操控。 但是这项工作具有很大的优势。 电动机的尺寸较小，它们直接与车轮相连，这意味着向前行驶的汽车所需的能量更少，直接用于运动的能量更多，重量更轻。
似乎至少某些先前的问题已得到解决。 现代摩比斯安（Hyundai MOBIS Ahn）表示，自2011年以来一直在进行开发，预计该技术将在未来几年内商业化。 但是，这种方法也有混合动力版本，例如今年早些时候推出的带有两个19_19发动机的雪铁龙概念车，可以充电行驶800公里（497英里），行驶20分钟即可充电80％。
图 1：在今年早些时候的VivaTech会议上，与固特异合作开发了带有轮胎的雪铁龙19_19概念车。 车轮上的中央轮毂保持静止。下一代电池
电气化的一个大问题是将能量存储在车辆中。 锂离子电池价格昂贵，笨重且不稳定。 缩放技术包括更多的电池，更多的重量和更多的潜在问题。
这是固态电池适合的地方。 基于固态电极和电解质，它们更易于操作，无需担心着火。
目前正在进行许多固态电池研究项目，例如澳大利亚迪肯大学开发的全固态锂电池。
与液体电解质相比，尚未解决的问题是电导率的降低，特别是在寒冷的天气下。 对于锂是否足以为所有电动汽车供电，也存在疑问。
Arm研究副总裁Eric Hennenhofer说：“我们认为地球上没有足够的锂来容纳1万亿个IoT设备和汽车电池。” “必须从废物收集中收到大量款项。”
当前，业界正在努力实现这一目标。 同时，尽管需求可能会持续数年，但随着需求的增长，锂加工有望实现。
Tanaki的Crockett说：“锂的主要来源是澳大利亚。” “去年产量达20吨以上。 在内华达州还有一个锂矿（距特斯拉电池厂约200英里），而在智利，阿根廷和玻利维亚则有更多的锂矿，这些锂矿被称为“锂三角形”。 中国已经通过股票交易投资了40亿美元，以购买电动汽车的锂三角电池。 但是，您还会看到宝马，大众汽车和日本汽车制造商等公司如何在固态电池技术上进行投资。 正在开发许多不同的化学品。”
之所以如此重要，是因为固态技术具有更高的模块化，可扩展性和更小尺寸，它采用棱柱形设计而非圆柱体，使用寿命更长，充电速度更快。 克罗基特说，它们也更容易更换。
更多汽车数据处理
另一个重大变化是数据处理。 几年前，人们普遍认为5G如此普遍，以至于所有车辆的数据都可以以足够的速度来回发送到云中，从而消除了对车载处理的需求。
事实证明这是站不住脚的，原因有几个。
首先，对于5G信号，毫米波频谱中的信号对噪声非常敏感，并且衰减很快。
其次，有太多数据无法从云中来回发送，即使在最佳情况下，通信也要花费太多时间来避免路上的障碍。
第三，在数千英里的道路上，建立和维护中继器网络的成本将过高。
毕马威（KPMG）半导体技术主管斯科特·琼斯（Scott Jones）说：
“ 5G是一种进步，但不足以减轻计算负担，尤其是在6 GHz以下频段 。” “实际上，半导体含量之所以很高的原因之一是因为5G不够好。”
这是限制自动驾驶的关键因素。 解决所有可能的交互作用和复杂情况所需的计算能力非常巨大，而且太昂贵，以至于今天无法安装到汽车中。 当前额定值在三台超级计算机的范围内。
第二个因素与解决所有潜在的角度情况并与人为驱动的自动驾驶汽车以及行人，骑自行车的人，不利的天气情况，坑洼，车道变更等交互所需的计算资源的巨大规模和成本有关。
Arm的汽车解决方案总监Robert Day说：“所有原型都是充满数据中心的后备箱。” 他们无法部署。 它们太大，太耗能且太昂贵。 公司要求我们的服务器芯片以较低的成本提供相同的性能，并提高散热性能。 我们还被问到具有集成功能安全性的高性能处理器，这是新的。 另一个新颖之处是自动驾驶汽车联盟。 AVCC章程的一部分是在2025年期间进行大规模部署，尽管完全自治将在很晚以后进行。 但是，这里的新功能是，他们决定不打算通过这项技术来与众不同。”
图 2：每个控制级别的含量和半导体价值。 资料来源：毕马威这代表方向上的重大变化，因为公司将自主性视为标志。 当每个人都共同努力时，它就成为基本水平的标准并迅速进入市场。 反过来，这对所有类型的电子产品产生了更大的需求。
Synopsys Hunk说：“这是三大汽车制造商（大众，丰田和现代）的思维革命。”
“问题是，是否有足够的才能完成这项工作。最大的问题是思维过程不同。需要一些时间。问题是，谁可以转移对硬件和软件堆栈的关注并扩大关注范围。这是一场新的战斗。三大巨头有足够的财力来进行投资，并且全球有许多客户，更不用说许多工作依赖于这项工作的员工了。但这不会在一夜之间发生。运输即服务
另一个重大变化涉及车辆的使用。大多数分析师认为，拥有不同所有权和使用方式的机会很大。毕马威琼斯说：“我们看到，对于人们所经历的非常特殊的旅程，将移动即服务作为一种巨大的机会。” “这意味着每年将在50,000至60,000英里的距离内使用车辆。因此，即使汽车的价格为120,000美元，如果您每年通过50,000英里，您在三年内都会从中获利。我们还在养老金领域看到了对此的真正兴趣。即使在低速30 mph的情况下，这也是巨大的机会。”Gear IDTechEx表示同意，并指出这将对汽车的使用方式产生重大影响。他说：“城市独立交通的兴起始于2025年。” “但是由于政府补贴减少和美国政府放宽了对汽车的限制，将需要一些时间才能开始。补贴将于明年在中国和挪威终止。”补贴长期以来一直支持绿色能源。但是随着成本的增加和2021年新法规的出台，例如欧洲新的严格排放标准95 g CO2 / km，目前的标准是130 g / km，新标准将于2020年开始生效年-这可以帮助增加移动即服务性。内燃发动机将很难满足这些标准，而对于没有空间给汽车充电的人来说，拥有电动汽车不太方便。但是，这是对汽车销售的不同看法，它需要不同的行为模型。“您应该将下一代汽车视为一个平面图，” Mentor的Fritz说。 “这是解决问题的另一种方式。因此，您为第5级进行设计，并且一次只达到一级。看来许多公司都误入歧途了。”结论
所有这些变化都引发了人们对汽车公司十年后的状况的质疑。第1层或电子公司会成为汽车制造商，还是汽车巨头会成为芯片制造商并开发自己的芯片？目前，没有人知道答案。尽管特斯拉和新兴的BEV初创企业可能在今天占据领导地位，但不能保证一切都会保持不变。实际上，当今的未来汽车巨头可能看起来不像汽车制造商，而是像电子制造公司。但是，很明显，半导体行业将受益于更多的电子产品，更多的服务以及更多的工具来创建这些芯片和系统。汽车电子行业通过生产链提供结构的其他部分，这很可能会导致持续数十年的繁荣。PS-摆脱电动汽车危机的另一种方式，我在前面的文章“电动汽车是否跌到汽车公司的底部？”中描述过。