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机车电子市场将成兵家必争之地
电动化+智慧化

【作者: 籃貫銘】2018年06月11日 星期一

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如果只是电动机车,那市场吸引力真的不太大,因为它听起来就像是一般的代步车,而的确很多的主妇用车上面就挂着一个写了电动机车的牌子。而这类型的产品无须复杂的设计,只需有强大的价格竞争力即可。但如果是叫「智慧电动机车」,那整个产品的等级就大不相同了,它们的整体设计与电子系统将是另一个档次。


而这个「智慧」风,正在改变整个电动机车的设计思维,同时也让电子零件市场有了一个全新的蓝海市场。


电动机车全面智慧化 电子元件新蓝海

就跟智慧汽车一样,所谓的智慧电动机车也就是把多数的电子系统进一步数位化,并交由控制器和处理器来控制,同时也利用无线网路功能来与行动装置整合,让驾驶可以掌握所骑乘的机车目前的状态,或者利用行动装置来对机车进行控制。



图1 : 机车的电子系统发展时期
图1 : 机车的电子系统发展时期

机车的电子系统以引擎架构来分看,粗略可分四个时期,首先是传统化油器时机,此时期几??用不上什麽电子系统,只有简单的蓄电池、类比仪表与灯号的显示与开关切换;接着是喷射引擎时期,这个时候机车已开始导入微电脑系统,来针对燃油的喷嘴和进气进行控制,藉以控制引擎的转速和燃油效率等,另一方面,也开始透过感测器来侦测进排气的状况。而於此时期,机车也开始有了数位仪表的功能。


第三个时期,就是电动机车时期,此时机车的动力系统已转为电池供电的马达系统,同时也由於使用电池供电,因此所有的应用控制都转以数位为主;第四个时期,则是智慧联网时期,开始运用网路连线和数位程式来提供更多的资讯与控制服务,并进一步与行动装置和智慧家庭和城市进行整合。


在电子元件使用的数量方面,第一个时期所用到电子元件数量非常少,大约只有约20到30个左右,且最主要的应用是在电子点火系统(Capacitor Discharge Ignition,CDI),而其中还多是电容与电阻,来做电压转换与放电点火的功能。


到了第二时期,由於环保考量,机车的燃油系统开始以喷射引擎取代传统的化油器引擎。与汽车相同,机车的喷射引擎也是利用行车电脑系统(ECU)来控制包含汽油帮浦、含氧感知器、触媒转化器等装置,让引擎可以因应空气成分的改变,来自动调较怠速和喷油量等。也由於使用了数位化行车电脑系统,因此采LCD显示面板的数位仪表也就顺势进入机车的电子系统之中,包含油量、时速、引擎转速,甚至引擎的健康状态等,都开始以在机车仪表上以数位形式显示。


而此时期所使用的电子元件数已经增加了一倍以上,一部配备数位仪表的喷射引擎机车,含所有的感测器在内,已经要使用超过50颗的电子零组件,并开始运用到高阶的MCU。甚至有些新款机车已经有提供连接行动装置的USB I/O介面。


而在电动机车时期,机车的动力系统已转为电池供电和马达动力,而此时的电子系统重心已注重在马达与电池的控制上。相较於喷射引擎的ECU行车电脑,电动机车的ECU性能则又更上一层楼,不仅要增加马达控制的功能,同时也要有先进的电池控制能力(如:电量显示与充电控制),而这两者已需用到高阶的控制IC,并须对电路系统进行更复杂的设计,因此使用的电子元件数量也更多。


光就马达动力系统,就大约需要30颗的电子元件,若再加上电池管理和充电系统,以及仪表和其他所有的装置,则整体的电子元件数就会将近100颗左右。另一方面,也由於直接使用DC电池供电,因此电动机车拥有更隹的电子系统设计体质,更容易整合其他的电子系统,也更容易导入新的应用。例如,LED照明、安全监控等。


至於第四时期,则是开始导入更多的感测应用和连网功能,并搭配其他的智慧装置(如智慧手机)整合使用,因此已需要更高阶的处理器来进行更多的数据与资料的运算。在此时期,除了元件的数量更加成长外,使用的类别也往更高阶的产品前进。Gogoro便声称其一部机车内就使用了80个感测器。


而从各个时期所运用的电子元件的数量就可看出,开始进入电动机车时期之後,用在机车上的电子元件呈现倍数的成长,若再对比目前的机车市场的规模,若电动机车的渗透率持续快速攀升,则其电子元件市场的规模将不亚於汽车的领域。


电池、动力与安全 电动机车的三大智慧应用

而目前电动机车的智慧功能集中在三个主要应用上,分别是:智慧电池、马达动力与安全防盗系统。



图2 : 智慧机车的三大应用
图2 : 智慧机车的三大应用

智慧电池

最基本的智慧电池应用,就是要具备电池管理系统(BMS),用以提高电动机车充电电池的使用寿命,并让骑士能够即时掌握所骑乘的机车的电量状态。而其基本的功能包含:精准电量显示、电池健康状态、电压侦测、动态监控(充电状态)和温度监控等,以让骑士得以掌握可行驶的路程,以及决定是否进行充电和更换电池。


由於电动汽机车的电池架构是由许多的电池芯组合而成的电池组,因此其BMS的设计就是要透过许多的感测器来针对个别电池组进行侦测,藉此精确掌握每个电池组的荷电状态(State of Charge)。


此外,在电池进行充放电过程中,也要即时侦测每个电池组的电压和温度,防止电池过充电或过放电。同时也能侦测每个电池的健康状态,并使电池组中各个电池都达到均衡一致的状态,以维护整个电池的可靠性和效率。


马达动力

要能在小小的体积内榨出足以媲美传统燃油机车的动力,电动汽机车的马达动力系统就必须要依据个别车款来订制,除了核心的马达需要使用具备高效率和高性能的产品外(如永磁同步马达),还需要有先进的电子控制系统,才能达成顺畅的动力输出,特别是在爬坡和加速的时候。


而在电动汽机车上,因为机构特性的限制,因此其动力和控制系统的设计已逐渐朝整合的方向前进。以博世(Bosch)为例,其针对电动车的需求,也开发出一种单机组的整合型动力轴系统:e-axle,该系统就是整合了马达、变速器和电力控制三个关键的动力元件。


至於电动机车方面,博世也和中国的牛电科技合作,共同开发了一款订制的马达系统。该系统透过新研发的电力控制系统(Field-Oriented Control;磁场导向控制系统)来对电机进行调教,大幅提高了马达的电能与动能转化率。


而目前更高阶的智慧电动机车也会提高速度档位的选择,让骑乘者依据路况与情境来选择省电或是高速的行驶模式。


防盗安全

防盗安全是除了机车本身的骑乘性能之外,消费者最在??的项目,而这个功能在以数位控制为核心的电动机车上可以达到非常全面的防护。


电动机车的智慧防盗功能主要是建立在透过数位介面与网路功能来达成多层的防护机制。由於是使用数位系统,因此在安全金钥的设计上就可以进行更多层的加密与配对,或者进一步结合行动装置和网路功能来进行机车的启动和定位。


以Gogoro为例,其是在机车本身、实体钥匙,并搭配手机的APP 来进行多层安全防护,相较於传统的机车,它能进一步透过手机APP的指纹辨识或密码认证的配对来进行解锁。此外,Gogoro也在其电池上设置了防盗功能,一旦被通报失窃的机车电池回到充电站充电,就会被锁定。


另一方面,Gogoro也利用手机的APP,提供机车定位的功能,让骑士可以随时掌握其机车的位置资讯。另外也具备所谓智慧钥匙和智慧上锁的功能,进一步降低人为因素导致的失窃风险。


应用无极限 智慧机车发展潜力庞大

从发展趋势来看,将会有越来越多的「汽车级」技术下放到智慧机车上,例如智慧车灯、行车资讯和行车纪录系统,以及驾驶辅助系统等,因此电动机车的智慧应用也会更加先进,同时具备智慧功能的电动机车也会更加普及。



图3 : 台湾各车厂电动机车生产数量统计图表
图3 : 台湾各车厂电动机车生产数量统计图表

此外,不同於汽车,机车的骑士还会有更多的周边配备,如安全帽、手套等穿戴用品,而这些周边将来也都有机会导入电子系统,并与机车的智慧应用整合,把其智慧系统的性能进一步做提升。


所以综合来看,环绕在智慧电动机车应用的电子系统的发展潜力十分庞大,所涉及的软硬体的市场规模和产值也十分可观,预料将会开始吸引所有的电子元件厂投入竞逐。而就如同过去所有的市场,先到先赢。


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