通过灵活的电子电气平台打造智能汽车
“想象 无极限”
汽车新功能越来越多地体现在电子电气（E/E）系统架构的整体系统网络化中。这种趋势将对电子电气架构研发产生哪些影响、带来哪些机遇以及未来的电子电气平台会如何发展，保时捷股份公司电子电气开发总监奥利弗·塞弗特博士，与保时捷工程集团总经理罗鹏将共同探讨这些问题。
电子电气专家之间的交流：奥利弗·塞弗特博士（左）和罗鹏。
电子电气架构发展的核心趋势是什么，面临哪些挑战？
奥利弗·塞弗特博士：第一个趋势是电池电动车的进一步发展，这是立法与市场要求所带来的结果，同时也是我们保时捷自己的主张，即让电动驾驶更具吸引力，比如在续航里程和充电性能方面。第二个趋势是汽车与客户数字生态系统的无缝衔接。由此产生的挑战将直接影响到电子电气系统架构的开发过程。因为我们面临的要求随时随地都在变化。我们必须优化自身流程，以便能够对新的市场需求快速作出反应。也就是说，结合新任务短周期的设定，将塑造我们未来的发展方向。
“未来的电子电气架构需要实现巨大的平衡。一方面，它必须具有高度的灵活性，另一方面，我们必须保证高度的功能稳定性。”
奥利弗·塞弗特博士（Dr. Oliver Seifert）从2020 年年初起担任保时捷股份公司电子电气开发副总监。他拥有物理学博士学位，此前曾在保时捷公司担任集成、产品完善和质量部门主管以及其他高层职位，尤其在集成管理领域。在加入保时捷前，他曾任一家医疗技术公司的董事总经理，还曾是戴姆勒股份公司的电子电气质量工程师。
未来的电子电气架构会是怎样的？
塞弗特：未来的电子电气架构需要实现巨大的平衡。一方面，它必须具有高度灵活性，以满足未来的各种要求——尽管这些要求尚未具体明确。同时我们还不能忽视成本和总布置等问题。另一方面，我们要保证电子电气系统功能的高度稳定性，让系统开发人员有一个可靠的平台来展示新的功能特性。以目前的电子电气架构来看，我们已经奠定了一个良好的基础。未来架构概念的核心是所谓的 E³ 方法。在这种方式下，汽车功能通过部分高度复杂的控制单元，即所谓的 HCP（高性能计算平台）得以实现。此外，还有大量的简单控制器用于操控电子电气网络中的机电传感器和执行器。所以，未来的汽车上可能会和如今一样有很多电子和机电元件，但智能化和复杂性的分布会有所不同。
罗鹏：在电子电气架构的真正实施过程中，我们必须遵守汽车行业对网络安全性等方面的严格法律要求。这样，我们在设计未来的系统架构时就有了清晰的框架。所以，与消费类电子产品相比，我们面临着完全不同的挑战。还有一点就是产品的生命周期。一部智能手机最多在六年后就会被淘汰，生产商也不会再提供操作系统的软件更新。而当我们出售一款汽车时，它必须在十年甚至十五年之后还能够进行升级。电子电气研发承担着重要的跨领域的角色，保证汽车功能在车辆生命期内能够安全良好地运行。
功能和软件在多大程度上塑造了保时捷的未来？
塞弗特：哪怕在今天，软件也已经是汽车的命脉。没有程序，现代汽车就无法行驶。而正是软件，让我们得以构造出以前用机械手段难以或者无法实现的保时捷特性。矩阵式车灯就是一个例子，它把过去简单的前照灯变成了现代化的辅助系统。过去的前照灯只是用于道路照明。如今的矩阵系统也有这个功能，但能够十分智能地控制灯光强度，不会让迎面而来的车辆感到晃眼，还能避免车道边路牌的反射干扰。如果有行人站在路边，矩阵式车灯会重点照亮这个区域，警示潜在的危险情况。通过最基础的电子电气架构，我们能够为这些新功能在汽车中的集成创造前提条件。因此，在设计时必须考虑到未来，以确保我们能够应对那些目前甚至还无法预见的要求。
E³这是未来电子电气架构概念的名称，它是 HCP与简单控制器的结合。
保时捷工程集团在功能和软件开发方面进行了哪些投入？
罗鹏：我们对自己的定位是整车开发商，从全局出发将包括软件在内的新功能付诸实施。与那些只是开发软件，而没有自主车辆研发能力的竞争对手相比，有着很大区别。软件让我们能够以最佳方式释放硬件组件的潜能。以空气悬架系统为例，它可以是中规中矩的标准设置，但也有可以利用的发挥空间，比如使用相同的硬件来制造底盘，让跑车既能平稳舒适地驶过路面的坑洼，又能在下一秒一键切换到动态过弯模式。我们是汽车狂人，同时又热爱编程。
“我们对自己的定位是整车开发商，从全局出发将包括软件在内的新功能付诸实施。”
罗鹏（Dirk Lappe）从 2009 年起担任保时捷工程集团的董事总经理。他拥有电气工程硕士学位，于 2002 年加入保时捷工程集团，起初担任电子电气部门的研发主管。此前，他曾在哈曼·贝克（Harman Becker）和博世工作。
保时捷与保时捷工程集团之间如何进行电子电气合作？
塞弗特：保时捷工程集团是我们电子电气研发中不可或缺的一部分。我想，这种合作在未来几年会更加深入，尤其是在互联互通和电动出行等未来发展领域。保时捷工程集团最大的优势在于，他们的工程师都是全能型选手——软件和汽车样样精通。
罗鹏：近几年乃至几十年来，我们最大的投入之一就是促进保时捷内部的电子电气能力发展。这种合作共生关系一直延续到今天。如今，作为战略伙伴，我们在更大范围的软件开发和其他电子电气领域内都有共同合作。
HCP高性能计算平台（HCP）是功能强大的计算机，如今需要由许多控制单元完成的任务，今后都能由 HCP 代劳。
在不同市场拥有本地化的电子电气解决方案有多重要？
塞弗特：亚洲或北美等地区的客户如今都要求专属的解决方案。各个市场虽然有相似之处，但各地的文化背景、数字化生态系统和法律要求也导致了很大差异。日益多元化的市场给整个行业带来了巨大的挑战。我们会在开发过程中考虑不同市场产品的差异，包括只能在对应市场进行的功能测试。为此，我们需要像保时捷工程集团这样的研发合作伙伴，他们了解各个地区的特点和文化背景。
罗鹏：就拿中国来说，我们发现，你必须真正前往当地去了解那里的市场，才能高效、有针对性地促进某些发展。所以大约从四年前起，我们就开始利用我们在中国的资源，为保时捷开发符合当地要求的解决方案并进行验证。我们在中国的团队主要由当地的同事们组成，他们与我们一样对汽车和电子了如指掌，同时还是我们和当地市场之间的纽带。在开发过程中，他们与保时捷中国和保时捷数字化的其他中国同事密切合作，当然也与我们在德国的专家们合作。
目光长远：电子电气架构必须足够灵活，以满足未来的所有要求。
与车身、驱动或底盘等其他研发领域相比，电子电气研发在保时捷扮演着怎样的角色？
塞弗特：如今的汽车功能早已不再是能由某个部门独立研发完成的了。我们的任务是为所有相关的研发领域建立统一的基础设施，其中包括控制单元、基础软件、诊断功能以及整体电子架构等。通过电子平台，我们可以说创造了一个稳定的基础，其他研发领域的同事可以在此基础上不断添加更多的功能。
“我们需要工程师的创造力，这是一个永远无法数字化的创新过程。”
罗鹏
保时捷和保时捷工程集团如何应对汽车发展的转型？
罗鹏：伴随着转型，软件以及软件开发知识的重要性也越来越大。我们已经开始了一个变革的过程，帮助越来越多的传统行业专家融入到软件开发领域。我们吸纳了多位拥有长达 20 年，甚至更久专业经验的工程师，他们愿意离开自己所熟知的传统业务领域，为进一步发展我们的软件能力贡献力量。对企业来说，这样的员工在转型后尤其珍贵，因为他们能够把自己对机械和电子的专业了解运用到功能开发中。
塞弗特：我认为很重要的一点是，要主动寻求转型过程，而不是等受到外界影响才被迫转型。我们不想去追赶前者，我们要自己引领比赛。大家都知道，保时捷在赛道上总是充满自信的。然而，我们并不主张盲目地追随每一个潮流趋势。因为企业始终需要一个稳定的基础作为起点，才能成功实现在工作、流程和产品方面的转型。而我们永远不能忘记，每一次变革都是由人推动的。我们将企业视为一个大家庭，确保不给员工造成过重的负担，而是为他们提供所需的支持。
可持续发展在未来的电子电气研发中扮演怎样的角色？
塞弗特：一个十分重要的角色。我们在整个价值创造链中都追求可持续发展的理念。在组件开发中，我们当然也会考虑到这些要求，比如在选择材料和设计零部件时。包括我们的电子电气架构和汽车功能，也都以实现可持续的汽车驾驶为出发点。比如，我们在设计系统时的原则之一，是确保汽车中的可用能源始终尽可能高效地得到充分利用。另一点则是确保售出汽车的使用寿命尽可能长。我们灵活的电子架构可以在未来多年内适应各种更新和升级，以此保证用户能够并且愿意长期使用他们的汽车。
天时地利：罗鹏与奥利弗·塞弗特博士在位于魏斯阿赫的保时捷电气集成中心（EIZ）畅谈。
有没有哪一项您不愿意数字化或电气化的保时捷特质？
塞弗特：保时捷的整体设计是一种感性体验，这一点当然是无法数字化的。除此之外，想象无极限。但重要的是，人们依然能感觉到属于保时捷的特性，否则数字化就没有意义。无论是转向、制动、驱动还是其他系统，无论哪个车型系列，我们都已经通过许多功能展示了具有保时捷特性的电气化发展趋势。而对那些还没有亲身体验过这些特性的人，我只能推荐——开着保时捷Taycan 试试吧！
罗鹏：无论在哪种发展过程中，我们都无法完全用计算机取代人类。我们需要工程师的创造力来完善各项功能并开发新的功能，这是一个永远无法数字化的创新过程。
“我们在整个价值创造链中都追求可持续发展的理念。”
奥利弗·塞弗特博士
在汽车研发之外，您还最想尝试哪种电子电气项目？
罗鹏：如果能开发出一种实时翻译工具，使人们能够用自己的母语与全世界各地的人进行交流，那将是一件很了不起的事情。通过共同交流，人们可以消除许多误解，当前的一些全球性挑战也能够更容易克服。
塞弗特：我非常同意这一点，沟通才是关键。人是这样，汽车也是这样。
E³：端到端电子系统架构
未来的汽车将具备革命性的功能。除了当前的电动汽车、互联互通和自动驾驶等趋势外，车辆与环境联网的需求也越来越成为未来架构的重点。在远程更新和诊断、车辆到基础设施、大数据和云功能等主题领域的应用将在未来发挥愈发重要的作用。为了在车辆中实现现代化的功能，从而令客户的爱车始终与时俱进、表现卓越，保时捷始终坚持开发全新的 E³ 架构（端到端电子架构）。它的结构是开放且模块化的，基于端到端架构的整体方法，将车辆后台视为不可分割的组成部分。这个架构包含几个层次：“传感器-执行器层”包括声、光、加热和氛围灯照明等功能。基本服务和客户功能，例如导航、远程诊断或车辆打滑警告等都在“计算层”上运行。最后一层是“云层”：这里是存储在云端的信息，如天气或摩擦系数数据。除了对科技基础设施提出新的要求之外，例如高性能的中央处理单元、高速网络、全新的诊断理念和充分的安全理念等，E³ 架构还注重考虑相关开发流程和合作模式的环境中的相应变化。功能从车辆转移到车辆后台的趋势，要求在车辆和后台都有一个一致的、面向服务的软件架构。它实现了所有服务的跨域互通，并能够无缝对接强大的云服务。在 E³ 架构的帮助下，车辆被整合到一个整体服务生态系统中，该系统未来将为客户提供各种新功能，并使汽车的舒适性和移动性达到一个新的高度。
信息
本文首次发表于《保时捷工程杂志》2021年第1期。
采访：Richard Backhaus
摄影：Steffen Jahn
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消耗数据
Taycan 4S
耗电量（综合，高性能蓄电池）：26.2 kWh/100 km
耗电量（综合，高性能蓄电池升级版）：27.0 kWh/100 km
二氧化碳排放量（综合）：0 g/km
能效等级：A+
Taycan Turbo
耗电量（综合）：28.0 千瓦时/100 公里
二氧化碳排放量（综合）：0 克/公里
能效等级：A+
Taycan Turbo S
耗电量（综合）：28.5 千瓦时/100 公里
二氧化碳排放量（综合）：0 克/公里
能效等级：A+