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麦肯锡:电动汽车行业的四大设计原则

2018-12-25 08:19 来源: 未来智库

针对电动汽车的盈利能力问题,以及快速演进的电动汽车技术和新的设计趋势,麦肯锡未来出行研究中心(Mckinsey Center For Future Mobility – MCFM)和A2Mac1展开合作并共同拆解了11款电动汽车车型并进行了研究及对标。本文基于相关拆解及对标分析,提出了电动汽车行业从业人员应该重视的四大设计原则。原则一:打造一辆柔性的原生电动汽车

尽管前期的研发投资更高,但原生电动汽车平台会在多个维度上优于非原生车型。

原生车型可以完全围绕电动汽车的概念设计整车架构,并摒弃传统的内燃机组件,这意味着更少的折衷和更大的灵活性。

原生电动汽车电池组无需过多妥协,柔性倍增:

麦肯锡:电动汽车行业的四大设计原则

由于原生电动汽车无需在整车架构和白车身设计上过多妥协,所以其可容纳更大的电池组以支持更长的续航里程。与非原生电动汽车相比,原生电动汽车的电池组容积平均增加了25%(相对于白车身体积)。

此外,部分电动汽车厂商正在尝试燃油车车型的一些常用手段,如提供多种动力总成选项。原生电动汽车的柔性化特征在这方面发挥了重要作用:例如电池包可在保持外部形状不变的情况下容纳不同数量的电芯;同时驱动系的模块化设计也支持在同一平台上生产后驱、前驱或四驱等不同驱动形式的车型。原则二:不懈追求电动汽车动力系统的集成

电动汽车动力总成的集成化趋势正方兴未艾,电力电子系统的许多零部件被布置的越来越紧凑,同时不断被集成到数量更少的模块中。

集成化水平提高的一个很好的观察指标是连接动力总成各主要部件(即电池、电机、电力电子设备和热管理模块等)的线束的布置方式。我们发现最新款电动汽车的线束重量和数量普遍较之前的车型有所减少,这说明了集成化水平的提高。

连接动力总成组件的相关线束的重量和数量:

麦肯锡:电动汽车行业的四大设计原则

除了电动汽车主要动力总成部件的物理集成之外,我们也观察到其已开始应用简化且高效的热管理方案了。必须说明的是,虽然部分整车企业已经采纳了集成化的措施,但也有厂家仍依赖多系统的设计方案。

各整车厂电动汽车动力总成和电池组热管理设计方法仍差异极大:

麦肯锡:电动汽车行业的四大设计原则

由于EV相关组件通常体积较小,车身底部和前后行李舱可用空间因而更大,所以电动汽车的设计自由度会大于传统的燃油汽车。这里仅举一例来展示电动汽车动力总成架构的差异:欧宝Ampera-e具有典型的燃油车车身和布置方式,其电力电子部件也被布置在内燃机的位置;反之特斯拉Model 3 则将大部分此类组件布置在了电池包和后轴的后部(见图5)。

即使在最新车型中,电动汽车动力总成的架构也不尽相同:

麦肯锡:电动汽车行业的四大设计原则

值得关注的是,动力总成系统布置的高自由度可以让整车性能更加多样化。例如,可选择留出空间扩大行李舱容量,或降低重心提高驾驶性能等。原则三:在技术竞争中保持领先

电动汽车厂商正通过更强大的辅助驾驶功能(ADAS)、更优化的人机交互界面和更丰富的信息娱乐系统来满足客户需求。而计算能力的提高是实现这一转变的关键。传统汽车通常有许多去中心化的标准化电子控制单元(ECU)来实现对不同总成的数字化控制;但最新款电动汽车似乎更依赖日益中心化的计算能力。

以ADAS技术为例,ADAS需要大量的计算能力来实时处理各种传感器信号。如果将最新的ADAS方案(例如自适应巡航、自动刹车乃至无人驾驶技术等)置于ECU中心化的大背景下,那么,相比装有类似ADAS技术的燃油汽车,配备这些ADAS技术的电动汽车会更倾向于ECU集成化的路线。

对12个燃油车型和8个电动车型的对标分析表明,采用最新ADAS技术的电动汽车正趋向ECU中心化:

麦肯锡:电动汽车行业的四大设计原则

整车厂决定采用中心化还是去中心化的ECU架构会是一个战略性问题,将受到各种因素的影响。推动中心化架构的一大因素可能是通过成为集成者来“拥有”车内的关键控制点,如此来促成更先进软件的开发,同时开辟新的收入来源;例如,来自无线更新(OTA)的收入。

除了战略因素之外,ECU架构还可能影响整车的重量和成本。例如,中心化架构有利于优化布线和采购效率;同时中心化架构的可靠性也更高:因为与去中心化架构相比,中心化架构所需的协议更简单、物理连接也更少,从而降低了出错的可能性。

在开发流程方面,ECU数量的增加意味着不同开发团队之间的沟通成本也随之增加。而中心化架构有助于精简开发团队规模及开发流程,缩短开发周期。

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