重大转变 ： 将商用车 OEM 转向集中式 E / E 和软件

汽车与装配实践 重大转变：将商用车OEM转向集中式E/E 以软件为中心的战略可以帮助商业车辆原始设备制造商转型至电气/电子架构，实现集中式计算和硬件与软件分离，从而解锁新的机遇。 作者：AnnaHerlt，JohannesDeichmann和MartinKellner与AsifKhan 在快速技术进步的时代背景下，商用车行业正处于一场变革性演化的门槛之上。长期以来支撑车辆运营的分散式电子/电气（E/E）架构正被重新定义，运行在其上的软件也随之发生变化。为了掌握这一E/E架构的变革并为客户创造价值，商用车原始设备制造商及其供应商可以采取以软件为中心的方法来转型其能力和运营体系。 现代卡车将很快成为集成了高级电子电气（E/E）架构的复杂数字平台，具备前所未有的效率、安全性和连接潜力。这些新的E/E架构的特点是集中式计算单元、高速数据网络以及与硬件解耦的高度先进的软件能力。从分散式架构向集中式架构的转变将使自主驾驶（AD）技术、联网服务和基于数据的服务、实时诊断以及空中软件更新（OTA）的大规模应用成为可能。 在实际层面这意味着什么？商用车原始设备制造商（OEMs）在过去通过开发和提供高度模块化的多种产品来满足不同客户的需求方面取得了巨大成功。相比之下，软件定义卡车日益复杂的特点将要求OEMs构建一个更加协调的电气和电子（E/E）系统，并在衍生品中保持较低的硬件差异性，以便在软件解耦层面上进行差异化竞争。OEMs需要在定制需求与集成、控制和安全性复杂性之间找到平衡，以抓住这一代新车架构带来的机遇。为了在软件层面上驱动价值差异化，OEMs需要对软件堆栈拥有更大的控制权，并加快响应市场需求的创新步伐。 OEM和高级E/E架构 ：挑战和影响 商用汽车行业遵循模块化原则，使客户能够根据特定需求（如建筑、长途运输或城市配送）定制车辆。OEM厂商设计并组装车辆，使用广泛的零部件，并将它们组合起来以创建定制解决方案。在分布式架构中，车辆的每个功能 ——如发动机控制、车身控制系统（包括挂车系统）、以及信息娱乐或远程信息处理——各自由独立的电子控制单元（ECU）进行操作。这些分布式系统基于专用元件构建：OEM厂商从专门的供应商处采购这些元件和子系统，然后在硬件层面将其整合到一个统一的车辆平台上。 相比之下，下一代架构将控制权集中到少数高性能计算单元上，这些单元可以同时管理多个车辆域。在集中式架构中，软件层面进行集成 ，功能性的软件构建块被整合并部署在一个控制单元上。通过特定的软件构建块来实现定制化，而不是通过一套定制化的ECU（电子控制单元）。这种方法要求原始设备制造商（OEM）对标准化的核心软件平台（包括中间件 、操作系统和通信接口）采取更强的控制权。 尽管第五代集中式架构的出现对长期以来主导车辆设计的模块化方法提出了挑战，但也带来了显著的优势。例如，集中化有助于OEM管理不断增加的功能复杂性，允许更频繁的开发和更新周期（包括OTA更新），并能够支持先进的技术如自动驾驶（AD）、电动化和增强的连接性。 这篇文章讨论了先进的电子电气（E/E）架构对原始设备制造商（OEM）和供应商带来的内在影响和机遇。它提供了一个框架来开发和部署软件，并提供了见解以帮助OEM和供应商转变其产品、运营和商业模式，以迅速响应对先进E/E架构的需求。 从分布式架构向集中式架构的转变使原始设备制造商（OEMs）进入新的领域，要求他们重新评估供应链、内部能力以及产品开发流程。在模块化系统中相对简单的定制过程，在这种转变中变得更加复杂。 2大转变：将商用车OEM转向集中式E/E 在集中式系统中，因为系统的一个部分的变化可能对多个层级产生广泛的影响。OEMs之前依赖供应商意味着他们必须在软件开发、系统集成和网络安全等领域构建或收购新的能力，以确保符合不断变化的监管标准（详见附录，“电气/电子架构的发展演变”）。 具备将自身软件和供应商软件指定、开发并集成到一个领域或中央控制单元的能力。在涉及大量供应商和内部利益相关者的过程中管理这一复杂过程可能会带来特定挑战，包括对跨功能协作的更高需求，因为在第五代架构中所有领域共享相同的计算机硬件。由于领域和中央计算机需要在多年内进行更新，公司还需要预测未来对硬件资源的需求。 集成高级E/E体系结构 ：OEM和供应商的主要考虑因素 为了将第四代和第五代电气化架构（E/E架构）整合到其业务模型和运营中，原始设备制造商（OEMs）和供应商必须构建 向集中式E/E架构转变的根本动机1商用车辆和乘用车大体上具有相同的需求——即实现OTA更新、降低系统复杂性以及提高 1“为使用区域计算的下一代E/E架构做好准备”，麦肯锡，2023年6月14日。 电气/电子架构的演变 向新的电气/电子(E/E)架构的过 渡是由若干关键技术进步驱动的。1这些新的电子/电气架构的特点包括集 中化的计算能力、高速数据网络和先进的软件功能。2在这个演变过程中，一个重要的里程碑是第五代电气化架构（E/Earchitectures） 。理解从传统电气化架构向第五代架构的过渡对于把握塑造未来卡车技术进步的关键至关重要。 通常,每个ECU来自供应商并集成在车辆层面上。 —第四代架构。 在典型的第四代架构中，每个域（如动力总成、车身和底盘）通常由域控制单元（DCUs）管理，并通过高速总线连接，这是一种用于传输数据（如以太网 ）的电子路径。 功率提升，降低延迟，并简化了新功能的集成。与分布在不同领域的DCU（数字信号处理单元）不同，电子功能被整合到车辆内的物理区域中。每个区域负责管理本地传感器和执行器，而一到两个强大的中央计算单元则负责数据处理、决策制定以及各区域之间的协调工作。中央计算单元可以通过机架式设计 、一块印刷电路板上的多个专用系统芯片或融合芯片来实现。 —第三代架构。 在这种分散化的架构方法中，每个领域（如动力总成、车架、高级驾驶辅助系统（ADAS）和舒适性）由多个电子控制单元（ECUs）组成。 —第五代架构。第五代方法所提供的显著进步得益于其中央计算单元、区域架构以及高速总线的结合，这些组件允许功能软件层的全面虚拟化。集中式计算增强了处理能力。 1AniKelkar，TimoMöller和FelixZiegler，“哪些技术趋势正在塑造移动行业？”，麦肯锡，2024年2月14日。 2“面向集中式E/E架构时代的先进半导体”，麦肯锡，2024年6月19日。 重大转变：将商用车OEM转向集中式E/E3 通用软件✁使用。此外，商业车辆和乘用车 ✁大多数平台开发过程相似，包括中间件、平台层以及通过软件功能实现✁客户功能等方面✁基础方面。 当涉及到集中式电气电子架构和软件时，乘用车原始设备制造商（OEMs）与商用车原始设备制造商之间也存在显著差异： 卡车更加可靠和高效——这对车队运营商来说是关键因素。对于供应商而言，从分散✁ECU（电子控制单元）向集中硬件✁转变提供了独立于硬件提供软件✁机会，但也面临着标准化硬件可能导致✁利润率压力以及因集成ECU而导致✁业务机会减少✁风险。同时，标准化✁操作系统和中间件简化了车辆诊断、软件更新和系统互操作性，并增强了所有参与者✁网络安全。 —在乘用车领域，软件✁重点在于提升驾驶安全、舒适性和娱乐性。高级驾驶辅助系统（ADAS）和信息娱乐系统非常重要，通常被视为附加值功能。而在商用车领域，软件则是车辆核心、业务关键功能✁重要组成部分。例如，车队运营商依赖telematics进行跟踪、运营可靠性、燃油效率等方面✁管理，以确保业务操作 ✁安全、合规、高效和成本效益。 售后服务✁潜力 与先进电子架构相关✁增长机会不仅限于卡车及其底层组件✁销售。还存在一个快速增长✁售后市场服务领域，包括软件更新、连接服务和数据分析。能够为管理这些复杂系统提供端到端解决方案✁公司有望实现显著 ✁增长。 —商用车辆✁软件功能侧重于通过预测性维护、具有效率提升✁自适应巡航控制以及电动卡车✁能量回收等方式降低总拥有成本。 通过提供软件更新、维护服务和基于云✁解决方案，原始设备制造商和供应商可以与客户维持长期关系，在车辆首次销售后确保持续✁收入。同时，客户可以从延长车辆使用寿命以及无需新硬件即可不断更新和改进车辆中受益。这提升了车辆✁长期价值，并确保其与新车型保持竞争力。 ——商用车辆✁复杂性和规模要求更长✁研发周期，在此期间，架构演变✁过程更为缓慢。此外，由于商用车辆✁应用范围和需求远远超过了OEM自身✁能力，因此OEM们广泛合作以获得必要✁能力。 潜在售后市场增长✁显着途径包括： 商用车玩家✁市场潜力 —软件更新和基于订阅✁服务。随着卡车日益趋向软件化，对定期软件更新和升级✁需求将增加。这为原始设备制造商（OEMs ）和供应商提供了通过订阅服务模式开拓潜在盈利机会并产生持续性收入✁可能性。 随着卡车行业向集中式电气电子（E/E）架构过渡，车辆内外部组件（硬件、操作系统和中间件、应用层以及连接✁云环境）✁变化将为客户提供巨大价值。原始设备制造商（OEMs）有机会通过引入新✁功能，如高级驾驶辅助系统（ADAS）和自动驾驶（AD），并在车辆整个生命周期中部署额外✁功能来驱动客户价值。此外，集中式E/E架构可以减少商业车辆硬件系统✁复杂性，使系统更加简化。 —数据货币化。生成✁高级电气系统数据可以通过多种方式实现商业化。车队运营商可以利用这些数据来优化运营、减少停机时间并提升安全性。此外，基于汽车行业中各种数据驱动✁服务和应用✁综合潜在价值— —包括联网汽车服务、预测性维护、车队管理以及利用这些数据✁其他创新解决方案— — 汽车数据——支持汽车数据相关服务✁市场，在2035年可能达到300亿至400亿美元 ✁规模，根据麦肯锡✁分析，在欧洲和美国。 —预测性维护。预测性维护，借助实时诊断和AI算法实现，可以显著降低运营成本并提高车辆✁正常运行时间。此服务可以作为全面车队管理解决方案✁一部分，为原始设备制造商和供应商创造额外✁收入来源。 按细分市场划分✁增长估计 商用车辆行业先进电子电气（E/E）架构✁市场潜力巨大，这得益于对能够有效运行此类系统✁自主、连接和电动车辆日益增长✁需求。随着原始设备制造商（OEMs）和供应商从模块化向集中化运营模式转变以满足这一需求，增长势头将持续。 全球商业车辆电子/电气架构市场预计从2024年至2030年将以每年6%✁增长率增长，到 2030年市场规模将达到近200亿美元。2 重型卡车细分市场预计将在该领域领先，到2030年约占总价值✁50%（约合100亿美元） ，其次是公共汽车细分市场，约占总价值✁30%（约合60亿美元），以及中型卡车细分市场，约占总价值✁20%（约合40亿美元）。3 卡车电动化将推动逆变器、转换器、电力分配单元和电池电子设备等电力电子产品✁高增长 ，而更先进✁ADAS以及自动驾驶AD✁引入将促进ADAS/AD传感器段✁增长。与此同时，由于第五代架构所需✁控制单元数量减少预期带来✁成本节约，线束和控制单元段✁增长将较低（如图1所示）。 2麦肯锡未来流动分析中心。 3Ibid. Web<2024> <MCK249103对卡车不断发展✁EE架构✁影响><2>附件<1>附件1 到2030年，商用车电动/电子市场预计将以6%✁复合年增长率增长。 商用车预测，包括重型卡车(HDT，8级)，中型卡车(MDT，3-7级)和公共汽车 商用车电动/电子(E/E)市场，CAGRCAGR 十亿美元，仅限硬件 1.5 4.0 7.0 13.6 0.4 17.1 1.1 2024–30,% 2.6 4.4 8.2 1.9 3.1 4.3 8.3 18.8 +5.5 Components 线束(包括低压 电池、基本传感器) 控制单元电力电子电池电子 ADAS/AD®传感器 2024–30,% +2.8 +1.4 +13.0 +30.0 +9.4 0.70.91.2 汽车销售,百万