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    電動機車電子市場將成兵家必爭之地
    電動化+智慧化
    [作者 籃貫銘]   2018年06月11日 星期一 瀏覽人次: [21883]

    如果只是電動機車,那市場吸引力真的不太大,因為它聽起來就像是一般的代步車,而的確很多的主婦用車上面就掛著一個寫了電動機車的牌子。而這類型的產(chǎn)品無須複雜的設計,只需有強大的價格競爭力即可。但如果是叫「智慧電動機車」,那整個產(chǎn)品的等級就大不相同了,它們的整體設計與電子系統(tǒng)將是另一個檔次。


    而這個「智慧」風,正在改變整個電動機車的設計思維,同時也讓電子零件市場有了一個全新的藍海市場。


    電動機車全面智慧化 電子元件新藍海

    就跟智慧汽車一樣,所謂的智慧電動機車也就是把多數(shù)的電子系統(tǒng)進一步數(shù)位化,並交由控制器和處理器來控制,同時也利用無線網(wǎng)路功能來與行動裝置整合,讓駕駛可以掌握所騎乘的機車目前的狀態(tài),或者利用行動裝置來對機車進行控制。



    圖1 : 機車的電子系統(tǒng)發(fā)展時期
    圖1 : 機車的電子系統(tǒng)發(fā)展時期

    機車的電子系統(tǒng)以引擎架構(gòu)來分看,粗略可分四個時期,首先是傳統(tǒng)化油器時機,此時期幾乎用不上什麼電子系統(tǒng),只有簡單的蓄電池、類比儀表與燈號的顯示與開關切換;接著是噴射引擎時期,這個時候機車已開始導入微電腦系統(tǒng),來針對燃油的噴嘴和進氣進行控制,藉以控制引擎的轉(zhuǎn)速和燃油效率等,另一方面,也開始透過感測器來偵測進排氣的狀況。而於此時期,機車也開始有了數(shù)位儀表的功能。


    第三個時期,就是電動機車時期,此時機車的動力系統(tǒng)已轉(zhuǎn)為電池供電的馬達系統(tǒng),同時也由於使用電池供電,因此所有的應用控制都轉(zhuǎn)以數(shù)位為主;第四個時期,則是智慧聯(lián)網(wǎng)時期,開始運用網(wǎng)路連線和數(shù)位程式來提供更多的資訊與控制服務,並進一步與行動裝置和智慧家庭和城市進行整合。


    在電子元件使用的數(shù)量方面,第一個時期所用到電子元件數(shù)量非常少,大約只有約20到30個左右,且最主要的應用是在電子點火系統(tǒng)(Capacitor Discharge Ignition,CDI),而其中還多是電容與電阻,來做電壓轉(zhuǎn)換與放電點火的功能。


    到了第二時期,由於環(huán)保考量,機車的燃油系統(tǒng)開始以噴射引擎取代傳統(tǒng)的化油器引擎。與汽車相同,機車的噴射引擎也是利用行車電腦系統(tǒng)(ECU)來控制包含汽油幫浦、含氧感知器、觸媒轉(zhuǎn)化器等裝置,讓引擎可以因應空氣成分的改變,來自動調(diào)較怠速和噴油量等。也由於使用了數(shù)位化行車電腦系統(tǒng),因此採LCD顯示面板的數(shù)位儀表也就順勢進入機車的電子系統(tǒng)之中,包含油量、時速、引擎轉(zhuǎn)速,甚至引擎的健康狀態(tài)等,都開始以在機車儀表上以數(shù)位形式顯示。


    而此時期所使用的電子元件數(shù)已經(jīng)增加了一倍以上,一部配備數(shù)位儀表的噴射引擎機車,含所有的感測器在內(nèi),已經(jīng)要使用超過50顆的電子零組件,並開始運用到高階的MCU。甚至有些新款機車已經(jīng)有提供連接行動裝置的USB I/O介面。


    而在電動機車時期,機車的動力系統(tǒng)已轉(zhuǎn)為電池供電和馬達動力,而此時的電子系統(tǒng)重心已注重在馬達與電池的控制上。相較於噴射引擎的ECU行車電腦,電動機車的ECU性能則又更上一層樓,不僅要增加馬達控制的功能,同時也要有先進的電池控制能力(如:電量顯示與充電控制),而這兩者已需用到高階的控制IC,並須對電路系統(tǒng)進行更複雜的設計,因此使用的電子元件數(shù)量也更多。


    光就馬達動力系統(tǒng),就大約需要30顆的電子元件,若再加上電池管理和充電系統(tǒng),以及儀表和其他所有的裝置,則整體的電子元件數(shù)就會將近100顆左右。另一方面,也由於直接使用DC電池供電,因此電動機車擁有更佳的電子系統(tǒng)設計體質(zhì),更容易整合其他的電子系統(tǒng),也更容易導入新的應用。例如,LED照明、安全監(jiān)控等。


    至於第四時期,則是開始導入更多的感測應用和連網(wǎng)功能,並搭配其他的智慧裝置(如智慧手機)整合使用,因此已需要更高階的處理器來進行更多的數(shù)據(jù)與資料的運算。在此時期,除了元件的數(shù)量更加成長外,使用的類別也往更高階的產(chǎn)品前進。Gogoro便聲稱其一部機車內(nèi)就使用了80個感測器。


    而從各個時期所運用的電子元件的數(shù)量就可看出,開始進入電動機車時期之後,用在機車上的電子元件呈現(xiàn)倍數(shù)的成長,若再對比目前的機車市場的規(guī)模,若電動機車的滲透率持續(xù)快速攀升,則其電子元件市場的規(guī)模將不亞於汽車的領域。


    電池、動力與安全 電動機車的三大智慧應用

    而目前電動機車的智慧功能集中在三個主要應用上,分別是:智慧電池、馬達動力與安全防盜系統(tǒng)。



    圖2 : 智慧機車的三大應用
    圖2 : 智慧機車的三大應用

    智慧電池

    最基本的智慧電池應用,就是要具備電池管理系統(tǒng)(BMS),用以提高電動機車充電電池的使用壽命,並讓騎士能夠即時掌握所騎乘的機車的電量狀態(tài)。而其基本的功能包含:精準電量顯示、電池健康狀態(tài)、電壓偵測、動態(tài)監(jiān)控(充電狀態(tài))和溫度監(jiān)控等,以讓騎士得以掌握可行駛的路程,以及決定是否進行充電和更換電池。


    由於電動汽機車的電池架構(gòu)是由許多的電池芯組合而成的電池組,因此其BMS的設計就是要透過許多的感測器來針對個別電池組進行偵測,藉此精確掌握每個電池組的荷電狀態(tài)(State of Charge)。


    此外,在電池進行充放電過程中,也要即時偵測每個電池組的電壓和溫度,防止電池過充電或過放電。同時也能偵測每個電池的健康狀態(tài),並使電池組中各個電池都達到均衡一致的狀態(tài),以維護整個電池的可靠性和效率。


    馬達動力

    要能在小小的體積內(nèi)榨出足以媲美傳統(tǒng)燃油機車的動力,電動汽機車的馬達動力系統(tǒng)就必須要依據(jù)個別車款來訂製,除了核心的馬達需要使用具備高效率和高性能的產(chǎn)品外(如永磁同步馬達),還需要有先進的電子控制系統(tǒng),才能達成順暢的動力輸出,特別是在爬坡和加速的時候。


    而在電動汽機車上,因為機構(gòu)特性的限制,因此其動力和控制系統(tǒng)的設計已逐漸朝整合的方向前進。以博世(Bosch)為例,其針對電動車的需求,也開發(fā)出一種單機組的整合型動力軸系統(tǒng):e-axle,該系統(tǒng)就是整合了馬達、變速器和電力控制三個關鍵的動力元件。


    至於電動機車方面,博世也和中國的牛電科技合作,共同開發(fā)了一款訂製的馬達系統(tǒng)。該系統(tǒng)透過新研發(fā)的電力控制系統(tǒng)(Field-Oriented Control;磁場導向控制系統(tǒng))來對電機進行調(diào)教,大幅提高了馬達的電能與動能轉(zhuǎn)化率。


    而目前更高階的智慧電動機車也會提高速度檔位的選擇,讓騎乘者依據(jù)路況與情境來選擇省電或是高速的行駛模式。


    防盜安全

    防盜安全是除了機車本身的騎乘性能之外,消費者最在乎的項目,而這個功能在以數(shù)位控制為核心的電動機車上可以達到非常全面的防護。


    電動機車的智慧防盜功能主要是建立在透過數(shù)位介面與網(wǎng)路功能來達成多層的防護機制。由於是使用數(shù)位系統(tǒng),因此在安全金鑰的設計上就可以進行更多層的加密與配對,或者進一步結(jié)合行動裝置和網(wǎng)路功能來進行機車的啟動和定位。


    以Gogoro為例,其是在機車本身、實體鑰匙,並搭配手機的APP 來進行多層安全防護,相較於傳統(tǒng)的機車,它能進一步透過手機APP的指紋辨識或密碼認證的配對來進行解鎖。此外,Gogoro也在其電池上設置了防盜功能,一旦被通報失竊的機車電池回到充電站充電,就會被鎖定。


    另一方面,Gogoro也利用手機的APP,提供機車定位的功能,讓騎士可以隨時掌握其機車的位置資訊。另外也具備所謂智慧鑰匙和智慧上鎖的功能,進一步降低人為因素導致的失竊風險。


    應用無極限 智慧機車發(fā)展?jié)摿嫶?/span>

    從發(fā)展趨勢來看,將會有越來越多的「汽車級」技術下放到智慧機車上,例如智慧車燈、行車資訊和行車紀錄系統(tǒng),以及駕駛輔助系統(tǒng)等,因此電動機車的智慧應用也會更加先進,同時具備智慧功能的電動機車也會更加普及。



    圖3 : 臺灣各車廠電動機車生產(chǎn)數(shù)量統(tǒng)計圖表
    圖3 : 臺灣各車廠電動機車生產(chǎn)數(shù)量統(tǒng)計圖表

    此外,不同於汽車,機車的騎士還會有更多的周邊配備,如安全帽、手套等穿戴用品,而這些周邊將來也都有機會導入電子系統(tǒng),並與機車的智慧應用整合,把其智慧系統(tǒng)的性能進一步做提升。


    所以綜合來看,環(huán)繞在智慧電動機車應用的電子系統(tǒng)的發(fā)展?jié)摿κ铸嫶螅婕暗能浻搀w的市場規(guī)模和產(chǎn)值也十分可觀,預料將會開始吸引所有的電子元件廠投入競逐。而就如同過去所有的市場,先到先贏。


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