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電動(dòng)汽車行業(yè)從業(yè)人員應(yīng)該重視的四大設(shè)計(jì)原則

深圳創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究院 ? 來源:未知 ? 作者:李倩 ? 2018-05-21 16:59 ? 次閱讀

2017年可能是電動(dòng)汽車(EV)的量產(chǎn)元年。2017全年全球市場(chǎng)共售出EV約130萬輛;雖然僅占乘用車總銷量的1%左右,但與2016相比,EV增幅仍高達(dá)57%,并且這一迅猛勢(shì)頭仍將持續(xù)。

電動(dòng)汽車若想進(jìn)入大眾的日常生活,必須保證續(xù)航里程能達(dá)到一定范圍,整車廠商進(jìn)而可集中精力于成本控制。我們發(fā)現(xiàn),若電動(dòng)汽車平均續(xù)航里程超過300km,整車廠就可集中精力進(jìn)軍低價(jià)位細(xì)分市場(chǎng)。這也意味著,期待已久的電動(dòng)汽車中低價(jià)位市場(chǎng) ( 即“大眾化電動(dòng)汽車” ) 可能即將登場(chǎng)。

大眾化電動(dòng)汽車目前的盈利能力仍然偏弱,這讓眾多從業(yè)者倍感焦灼。目前在售的大部分電動(dòng)汽車車型,即使包含升級(jí)選項(xiàng),利潤(rùn)率表現(xiàn)也仍差強(qiáng)人意,特別是與成熟的燃油車型相比時(shí)。

電動(dòng)汽車行業(yè)的四大設(shè)計(jì)原則

針對(duì)電動(dòng)汽車的盈利能力問題,以及快速演進(jìn)的電動(dòng)汽車技術(shù)和新的設(shè)計(jì)趨勢(shì),麥肯錫未來出行研究中心(Mckinsey Center For Future Mobility - MCFM)和A2Mac1展開合作,共同拆解了11款電動(dòng)汽車車型并進(jìn)行了研究及對(duì)標(biāo)。本文基于相關(guān)拆解及對(duì)標(biāo)分析,提出了電動(dòng)汽車行業(yè)從業(yè)人員應(yīng)該重視的四大設(shè)計(jì)原則。

原則一:打造一輛柔性的原生EV

盡管前期的研發(fā)投資更高,但原生電動(dòng)汽車平臺(tái)會(huì)在多個(gè)維度上優(yōu)于非原生車型。

原生車型可以完全圍繞電動(dòng)汽車的概念設(shè)計(jì)整車架構(gòu),并摒棄傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)組件,這意味著更少的折衷和更大的靈活性。

由于原生電動(dòng)汽車無需在整車架構(gòu)和白車身設(shè)計(jì)上過多妥協(xié),所以其可容納更大的電池組以支持更長(zhǎng)的續(xù)航里程。與非原生電動(dòng)汽車相比,原生電動(dòng)汽車的電池組容積平均增加了25%(相對(duì)于白車身體積)。

此外,部分電動(dòng)汽車廠商正在嘗試燃油車車型的一些常用手段,如提供多種動(dòng)力總成選項(xiàng)。原生電動(dòng)汽車的柔性化特征在這方面發(fā)揮了重要作用:例如電池包可在保持外部形狀不變的情況下容納不同數(shù)量的電芯;同時(shí)驅(qū)動(dòng)系的模塊化設(shè)計(jì)也支持在同一平臺(tái)上生產(chǎn)后驅(qū)、前驅(qū)或四驅(qū)等不同驅(qū)動(dòng)形式的車型。

原則二:不懈追求EV動(dòng)力系統(tǒng)的集成

電動(dòng)汽車動(dòng)力總成的集成化趨勢(shì)正方興未艾,電力電子系統(tǒng)的許多零部件被布置的越來越緊湊,同時(shí)不斷被集成到數(shù)量更少的模塊中。

集成化水平提高的一個(gè)很好的觀察指標(biāo)是連接動(dòng)力總成各主要部件(即電池、電機(jī)、電力電子設(shè)備和熱管理模塊等)的線束的布置方式。我們發(fā)現(xiàn)最新款電動(dòng)汽車的線束重量和數(shù)量普遍較之前的車型有所減少,這說明了集成化水平的提高。

除了電動(dòng)汽車主要?jiǎng)恿偝刹考奈锢砑芍猓覀円灿^察到其已開始應(yīng)用簡(jiǎn)化且高效的熱管理方案了。必須說明的是,雖然部分整車企業(yè)已經(jīng)采納了集成化的措施,但也有廠家仍依賴多系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案(見圖4)。

由于EV相關(guān)組件通常體積較小,車身底部和前后行李艙可用空間更大,所以電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)自由度會(huì)大于傳統(tǒng)的燃油汽車。這里僅舉一例來展示電動(dòng)汽車動(dòng)力總成架構(gòu)的差異:歐寶Ampera-e具有典型的燃油車車身和布置方式,其電力電子部件也被布置在內(nèi)燃機(jī)的位置;反之特斯拉 Model 3 則將大部分此類組件布置在了電池包和后軸的后部(見圖5)。

值得關(guān)注的是,動(dòng)力總成系統(tǒng)布置的高自由度可以讓整車性能更加多樣化。例如,可選擇留出空間擴(kuò)大行李艙容量,或降低重心提高駕駛性能等。

原則三:在技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)中保持領(lǐng)先

電動(dòng)汽車廠商正通過更強(qiáng)大的輔助駕駛功能(ADAS)、更優(yōu)化的人機(jī)交互界面和更豐富的信息娛樂系統(tǒng)來滿足客戶需求。而計(jì)算能力的提高是實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵。傳統(tǒng)汽車通常有許多去中心化的標(biāo)準(zhǔn)化電子控制單元(ECU)來實(shí)現(xiàn)對(duì)不同總成的數(shù)字化控制;但最新款電動(dòng)汽車似乎更依賴日益中心化的計(jì)算能力。

以ADAS技術(shù)為例,ADAS需要大量的計(jì)算能力來實(shí)時(shí)處理各種傳感器信號(hào)。如果將最新的ADAS方案(例如自適應(yīng)巡航、自動(dòng)剎車乃至無人駕駛技術(shù)等)置于ECU中心化的大背景下,那么,相比裝有類似ADAS技術(shù)的燃油汽車,配備這些ADAS技術(shù)的電動(dòng)汽車會(huì)更傾向于ECU集成化的路線。

整車廠決定采用中心化還是去中心化的ECU架構(gòu)會(huì)是一個(gè)戰(zhàn)略性問題,將受到各種因素的影響。推動(dòng)中心化架構(gòu)的一大因素可能是通過成為集成者來“擁有”車內(nèi)的關(guān)鍵控制點(diǎn),如此來促成更先進(jìn)軟件的開發(fā),同時(shí)開辟新的收入來源;例如,來自無線更新(OTA)的收入。

除了戰(zhàn)略因素之外,ECU架構(gòu)還可能影響整車的重量和成本。例如,中心化架構(gòu)有利于優(yōu)化布線和采購效率;同時(shí)中心化架構(gòu)的可靠性也更高:因?yàn)榕c去中心化架構(gòu)相比,中心化架構(gòu)所需的協(xié)議更簡(jiǎn)單、物理連接也更少,從而降低了出錯(cuò)的可能性。

在開發(fā)流程方面,ECU數(shù)量的增加意味著不同開發(fā)團(tuán)隊(duì)之間的溝通成本也隨之增加。而中心化架構(gòu)有助于精簡(jiǎn)開發(fā)團(tuán)隊(duì)規(guī)模及開發(fā)流程,縮短開發(fā)周期。

另外,中心化的高性能ECU是無人駕駛技術(shù)開發(fā)的重頭戲,有助于電動(dòng)汽車早日具備滿足客戶潛在需求的能力。

毋庸諱言,ECU架構(gòu)的選擇最終只能取決于不同整車廠的實(shí)際情況。中心化架構(gòu)需要整車廠商具備強(qiáng)悍的整合能力;因此,中心化還是去中心化,相關(guān)決策將取決于不同廠商的具體業(yè)務(wù)情況。

原則四:按成本設(shè)計(jì)(DtC)方為王道

嚴(yán)格按成本設(shè)計(jì)(DtC)對(duì)電動(dòng)汽車的規(guī)模化生產(chǎn)正變得日益重要。成本效益一直都是傳統(tǒng)整車企業(yè)和供應(yīng)商的看家本領(lǐng),它們可充分利用其在傳統(tǒng)DtC杠桿方面的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)來獲取市場(chǎng)領(lǐng)先地位。

對(duì)標(biāo)分析顯示,燃油汽車和非原生電動(dòng)汽車似乎比原生電動(dòng)汽車在DtC方面做得更好。這并不令人驚訝,因?yàn)槿加推嚭头窃妱?dòng)汽車的廠商可持續(xù)進(jìn)行成本優(yōu)化,并可能大量沿用早期車型中已被高度優(yōu)化的零部件。

不過,最新款的原生電動(dòng)汽車可能會(huì)趕超。例如,利用電池組進(jìn)步帶來的優(yōu)勢(shì),原生電動(dòng)汽車正從輕量化材料轉(zhuǎn)向更具成本效益的材料解決方案(例如鋼制白車身);或采用更嚴(yán)格的規(guī)格精簡(jiǎn)方案(例如儀表板上的控制元件和出風(fēng)口等);或投資于量產(chǎn)工藝,例如在座椅結(jié)構(gòu)上采用沖壓件,而非彎折件。

中國市場(chǎng):電動(dòng)汽車的四大設(shè)計(jì)原則正在被運(yùn)用

中國是全球最大的電動(dòng)汽車市場(chǎng)。本文論述的四大設(shè)計(jì)原則在中國市場(chǎng)均已得到了一定程度的運(yùn)用。例如:

-打造一輛柔性的原生EV:中國諸多電動(dòng)汽車造車新勢(shì)力,如蔚來、威馬等正競(jìng)相開發(fā)各自的原生電動(dòng)汽車平臺(tái);而部分企業(yè),例如威馬,已經(jīng)推出了針對(duì)同一款車型的多種續(xù)航里程版本(威馬EX5)。

-不懈追求EV動(dòng)力系統(tǒng)的集成:上汽榮威的電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器及逆變器高度集成設(shè)計(jì),讓整車結(jié)構(gòu)更緊湊,驅(qū)動(dòng)效率更高。

-在技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)中保持領(lǐng)先:比亞迪于近期宣布其將在最新的e平臺(tái)電動(dòng)車上實(shí)現(xiàn)儀表、空調(diào)、音響、智能鑰匙等控制模塊10合1。

-按成本設(shè)計(jì)(DTC)方為王道:最新上市的威馬EX5入門款(300km)補(bǔ)貼后售價(jià)僅為11萬元;準(zhǔn)確對(duì)路的產(chǎn)品定義會(huì)是EX5實(shí)現(xiàn)低售價(jià)的關(guān)鍵要素之一。

展望:大眾電動(dòng)市場(chǎng)市場(chǎng)能否實(shí)現(xiàn)盈利?

本文提出的電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)四原則有助于整車廠降低電動(dòng)汽車制造成本。我們相信,對(duì)更簡(jiǎn)單、更靈活的原生平臺(tái)的聚焦,輔以創(chuàng)新的技術(shù)和設(shè)計(jì)方法,可以解決大眾化電動(dòng)汽車的盈利問題。

根據(jù)我們的分析,對(duì)理想化的高配版電動(dòng)汽車而言,總制造成本到標(biāo)價(jià)(包括硬件和軟件選配費(fèi)用,如非標(biāo)顏色、續(xù)航里程延長(zhǎng)及各種軟件配置)之間的差值,可能占標(biāo)價(jià)的40%-50%左右,這無疑是一個(gè)可觀的盈利空間。鑒于EV非動(dòng)力總成部件和總裝的成本結(jié)構(gòu)與燃油汽車無明顯差異,因此,EV動(dòng)力總成本身以及電池成本發(fā)展的不確定性仍是構(gòu)成電動(dòng)汽車的主要成本因素。

結(jié)語

總而言之,一個(gè)具備盈利性且面對(duì)普羅大眾的電動(dòng)汽車時(shí)代正徐徐拉開序幕——這與靈活、集成和客戶價(jià)值最大化的設(shè)計(jì)趨勢(shì)密不可分,同時(shí)也受到規(guī)模化生產(chǎn)的成本效益的支配。

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原文標(biāo)題:大眾化電動(dòng)汽車之設(shè)計(jì)趨勢(shì)

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