Sự chuyển dịch của ngành công nghiệp ô tô hướng tới các phương tiện được điều khiển bằng phần mềm (SDV) và điện khí hóa đang buộc phải xem xét lại một cách cơ bản các quy trình phát triển. Trong một buổi thuyết trình kỹ thuật gần đây, ba kỹ sư từ TE Connectivity đã tóm tắt tác động của những thay đổi này đến mọi thứ, từ quy trình Stage-Gate đã tồn tại 30 năm cho đến các yêu cầu về độ trễ cảm biến và việc sử dụng kiến ​​trúc dựa trên vùng trong cả ô tô chở khách và thiết bị công nghiệp.

Từ Stage Gate đến 18 tháng sau

Quá trình phát triển ô tô truyền thống dựa trên quy trình có cấu trúc, theo từng giai đoạn, được thiết kế để đảm bảo chất lượng ngay từ lần đầu tiên. Tuy nhiên, các nhà sản xuất mới đang thách thức cách tiếp cận này bằng phương pháp phát triển phần mềm linh hoạt và thời gian thực hiện được rút ngắn đáng kể. Các nhà sản xuất Trung Quốc hiện đang hướng tới chu kỳ phát triển nền tảng trong 18 tháng, so với ba đến bốn năm truyền thống, theo ông Ruediger Ostermann, phó chủ tịch kiêm giám đốc công nghệ của đơn vị kinh doanh ô tô của TE.

"Họ đang phát triển ô tô theo cùng một cách mà phần mềm được phát triển — những thay đổi cực kỳ linh hoạt vào phút chót, cung cấp các bộ phận mới ngay ngày mai," Ostermann giải thích. Điều này tạo ra sự căng thẳng giữa áp lực về tốc độ đưa sản phẩm ra thị trường và các quy trình đảm bảo chất lượng đã được quy định, bao gồm FMEA và các kế hoạch kiểm soát.

Những thách thức không chỉ dừng lại ở việc tối ưu hóa quy trình. Các nhà cung cấp linh kiện phải xây dựng nền tảng thiết kế và dây chuyền sản xuất riêng để chuyển đổi nhanh chóng và triển khai sản phẩm sớm hơn. Điều này đòi hỏi phải nhìn xa hơn lĩnh vực ô tô, đến các đơn vị kinh doanh khác có kinh nghiệm trong các chu kỳ phát triển năng động hơn.

Kiến trúc khu vực: Vượt ra ngoài phạm vi ngành ô tô

Việc chuyển sang kiến ​​trúc vùng là động lực chính của các phương tiện được điều khiển bằng phần mềm (SDD), giúp chúng thích ứng với các yêu cầu của nhiều lĩnh vực vận tải khác nhau. Thay vì sử dụng các bộ điều khiển điện tử (ECU) phân tán được kết nối bằng các bó dây phức tạp, kiến ​​trúc vùng tích hợp quá trình xử lý vào các bộ điều khiển khu vực, làm thay đổi căn bản cả việc cung cấp năng lượng và quản lý dữ liệu.

Lisa Miller, Phó Chủ tịch kiêm Giám đốc Công nghệ của Bộ phận Vận tải Công nghiệp và Thương mại của TE, lưu ý rằng lợi ích của Kiến trúc Vùng (Zone Architecture) cũng mở rộng đến thiết bị xây dựng. Tuy nhiên, Kiến trúc Vùng thực sự sẽ đòi hỏi phải thiết kế lại toàn bộ nền tảng từ đầu. "Việc lắp đặt thêm sẽ không đáng giá, trừ khi đó là việc đấu nối lại dây điện có mục tiêu cụ thể," Miller nói. Các phương tiện cũ thiếu cơ sở hạ tầng cốt lõi cho chức năng STV đầy đủ, khiến hầu hết các cài đặt bổ sung chỉ mang tính chất một phần.

Những thay đổi về kiến ​​trúc tác động đến các thành phần một cách không nhất quán. Trong khi các đầu nối thích ứng với các yêu cầu định tuyến và tích hợp mới, các nhà sản xuất dây dẫn phải đối mặt với những thay đổi cơ bản hơn trong mô hình kinh doanh của họ. Xu hướng hướng tới tự động hóa cao hơn trong sản xuất dây dẫn và các kết nối điểm-điểm đơn giản hơn giữa các bộ điều khiển vùng thể hiện một sự thay đổi cấu trúc đáng kể trong ngành.

Yêu cầu về cảm biến trong kỷ nguyên xe điện.

Việc sử dụng năng lượng điện đặt ra một thách thức khác về cảm biến, vượt xa các yêu cầu truyền thống trong ngành ô tô. Corneliu Tobescu, Phó Chủ tịch kiêm Giám đốc Công nghệ của Bộ phận Kinh doanh Cảm biến của TE, đã tóm tắt một số lĩnh vực chính mà hệ thống truyền động xe điện cần những khả năng mới:

Độ trễ và độ phân giải: Động cơ điện có thể đạt tốc độ lên đến 30.000 vòng/phút trong quá trình tăng tốc, so với 6.000-8.000 vòng/phút của động cơ đốt trong. Điều này đòi hỏi cảm biến vị trí động cơ điện cung cấp thông tin vị trí trục chính xác trong vài micro giây thông qua giao diện kỹ thuật số. Gần đây, TE đã giới thiệu một cảm biến tốc độ bánh xe với độ phân giải cao gấp bốn lần, cung cấp tốc độ bánh xe, vị trí tối thiểu (5 mm) và thông tin hướng với độ chính xác cao. Điều này rất quan trọng đối với các chức năng tự động hóa tốc độ thấp tiên tiến như lập kế hoạch đường đi, đỗ xe tự động và song song, phanh khẩn cấp tự động (AEB) và hệ thống hỗ trợ leo dốc được cải tiến, vốn dựa trên nhiều loại cảm biến để đạt hiệu suất, an toàn và tự động hóa tối ưu.

Quản lý nhiệt: Hệ thống pin cần được giám sát nhiệt độ liên tục để tối đa hóa phạm vi hoạt động và tuổi thọ. Cảm biến đặc tính chất lỏng của TE sử dụng khả năng đa cảm biến với các thuật toán tích hợp để đo đặc tính chất làm mát trong thời gian thực. Nhiều cảm biến nhiệt độ và áp suất được bố trí khắp bộ pin cung cấp khả năng giám sát nhiệt toàn diện. Những yêu cầu quản lý nhiệt chính xác này áp dụng cho các trung tâm dữ liệu, tạo ra cơ hội hợp tác giữa các ngành cho các nhà sản xuất linh kiện.

An toàn vận hành và an ninh mạng: Khi các phương tiện ngày càng phụ thuộc vào dữ liệu cảm biến cho các thuật toán trí tuệ nhân tạo và việc ra quyết định theo thời gian thực, cả độ tin cậy và an ninh đều rất quan trọng. Dữ liệu cảm biến phải được bảo vệ khỏi sự thao túng từ bên ngoài có thể làm ảnh hưởng đến hoạt động của xe hoặc hệ thống an toàn.

Ứng dụng mới: Việc chuyển đổi từ hệ thống phanh thủy lực sang hệ thống phanh điện cơ đòi hỏi các cảm biến lực có độ chính xác và độ phân giải cao. Cảm biến vị trí không chỉ cần thiết cho động cơ mà còn cho các hệ thống hỗ trợ phanh, đo hành trình bàn đạp, điều khiển vô lăng và đỗ xe tự động.

Vận tải công nghiệp: Các động lực khác nhau, xu hướng tương tự

Trong khi xe hơi chở khách tập trung vào các tính năng và hiệu suất dành cho người tiêu dùng, thì việc ứng dụng vận tải công nghiệp và thương mại lại phụ thuộc vào tổng chi phí sở hữu. Yếu tố kinh tế của xe cộ chi phối các quyết định dựa trên hiệu quả nhiên liệu, giảm chi phí bảo trì và thời gian hoạt động hơn là nhu cầu của người dùng cuối.

Điều này tạo ra một ưu tiên kỹ thuật riêng biệt. Khả năng bảo trì là tối quan trọng — các đầu nối không cần dụng cụ, các linh kiện được đánh giá phù hợp với môi trường khắc nghiệt và các thiết kế giảm thiểu bảo trì tại hiện trường. "Chúng tôi gọi đó là chinh phục sự khắc nghiệt," Miller nói, đề cập đến cách tiếp cận của TE đối với các ứng dụng trong xây dựng, nông nghiệp và xe thương mại.

Bất chấp những khác biệt này, các xu hướng công nghệ cốt lõi vẫn nhất quán: điện khí hóa, khả năng tự hành, kết nối và kiến ​​trúc quy hoạch vùng đều đang được áp dụng vào lĩnh vực giao thông vận tải. Mặc dù chi tiết triển khai và thời gian thực hiện có thể khác nhau, nhưng những thách thức kỹ thuật cơ bản lại hội tụ.

Xu hướng tương lai

Một số hạn chế sẽ chi phối sự phát triển trong ngắn hạn. Kích thước pin, vấn đề về phạm vi hoạt động, quản lý nhiệt và thiếu hụt cơ sở hạ tầng vẫn là những trở ngại thực tế đối với việc áp dụng nhanh chóng xe điện trong phân khúc xe thương mại. Hệ thống sạc công suất lớn phải an toàn, đáng tin cậy và có khả năng mở rộng.

Lộ trình phát triển cảm biến của TE bao gồm các cảm biến vị trí động cơ điện thế hệ tiếp theo, được xây dựng dựa trên các thiết kế hiện tại hỗ trợ thời gian phản hồi ở mức micro giây ngay cả ở tốc độ quay cực cao. Việc phát triển tiếp tục được thực hiện trên các cảm biến đặc tính chất lỏng với khả năng đa nhạy được nâng cao, cảm biến độ ẩm cho các ứng dụng từ cửa hút gió đến pin nhiên liệu, và cảm biến tốc độ và vị trí bánh xe cho các chức năng phanh và lái khác nhau. Về lâu dài, các giải pháp cảm ứng và từ tính có thể thay thế các công nghệ chỉnh lưu truyền thống trong các ứng dụng cảm biến vị trí động cơ.

Môi trường pháp lý có thể thúc đẩy hoặc làm chậm tiến độ áp dụng, nhưng nền kinh tế dường như đã quyết định. Như Ostermann đã nói, "Điện năng đã vượt qua điểm không thể quay lại." Câu hỏi không phải là liệu những thay đổi này có xảy ra hay không, mà là các nhà sản xuất linh kiện có thể điều chỉnh quy trình phát triển và danh mục sản phẩm của họ nhanh đến mức nào để phù hợp với chu kỳ 18 tháng trong khi vẫn duy trì các tiêu chuẩn độ tin cậy cần thiết của ngành.