汽车生产方式的3个阶段分别为流水线生产、平台化生产和模块化生产。
20世纪20年代,福特公司率先采用了流水线生产方式,流水线生产方式是将货物放在输送线上,而每个工人在固定位置上对货物进行加工,每人仅完成一个特定的工作,由于运输线较长,货物在运输过程中能够完成若干工艺操作。
20世纪80年代,随着汽车产品生命周期缩短,1条流水线只能生产1款车型的缺点逐渐暴露,各大车企开始引入平台化生产。汽车平台在开发生产车型过程中,共享发动机技术、底盘技术等核心技术,部分标准化零部件在不同车型中通用,车身设计中使用相似的底盘、轴距等,使得同一平台能够开发生产同一级别的大部分车型。
随着汽车零部件通用性的不断提高,模块化生产逐渐进入大众视野。模块化产品是指可以独立设计,功能独立的子系统,而在非模块化的产品结构中,零部件的功能与产品功能是多对多关系,某个零部件的更改会影响产品整体功能。模块化生产中,不同零部件将集成为标准化模块,然后将各模块进行多次组装便得到不同车型,传统的零部件厂商也不再提供单个零部件,而是根据整车厂商需求提供模块化系统。
模块化零部件和总成,简化生产流程,降低制造成本。平台研发结果共享,和供应商更多的早期研发参与,缩短了研发周期和降低研发成本。
汽车的供应链非常的长,涉及的软硬件供应商非常多。少量的车可以查询到核心供应商。如大众ID4电子系统的供应商如下。
上表中的OCU是大众汽车的TBOX,现在已经是第三代了。OCU广泛应用在大众集团旗下品牌的各车型中。这就是模块化的典型案例,开发一个模块可以利用在各个车型之中。这样采用模块化设计加快了产品开发周期、降低了成本,各个汽车集团纷纷组建自己的模块平台。
“造车平台”最早由大众集团提出,并在后续产品中获得了巨大成功。在平台之上,诞生了模块化的生产与管理理念。由此,平台概念也成为了大众集团行销全球的重要基石。此后数年,多数国际造车集团,都进行了平台化的自我改造。直到丰田TNGA架构横空出世,在全球范围内,“架构造车”元年,才正式来临。
注:加粗平台代表为纯电动平台。
MQB横置发动机平台:可生产不同动力系统的不同级别车型,动力系统模块包括传统动力模块、电动模块和可再生能源模块三大类,车型覆盖A00、A0、A、B四个级别,目前已生产大众、奥迪、斯柯达等品牌车型。燃油车方面,MQB平台推出奥迪系列(TT、全新A1等)、斯柯达系列等车型。插电混动车方面,MQB推出途锐、迈腾、帕萨特等车型。电动车方面,MQB推出电动朗逸、电动高尔夫等。
MLB/MLBEvo纵置发动机平台:发动机是纵置的,几乎涵盖了奥迪A4以上所有车型,覆盖了B、C、D级别车型。目前MLB平台已生产奥迪Q5、Macan、辉昂、奥迪A6L、奥迪A7等车型。
MSB前置后驱平台:是大众旗下保时捷的生产平台,涵盖了大众旗下几乎所有的顶级车型。目前已生产宾利、保时捷等车型。
MMB中置跑车平台:是针对跑车所开发的中置发动机平台,在这个平台上的车型均为中置后驱或四驱的布局模式,该平台目前已生产保时捷911、保时捷922、保时捷550等超跑车型。
MHB发动机后置小型车平台:适用于家庭用车等小型车,所生产的车型生产成本低,平台采用后驱引擎零部件系统,该平台目前已被并入MQB平台,生产过奥迪R4、奥迪R8等车型。
MEB电气化平台:是大众最新打造的电气化平台,2019年已投产ID.3系列车型,目前已发布多款ID.家族系列车型。
NSF小型车平台:是大众目前的小型车家族生产平台,目前该平台已生产UP、奥迪A2、Microvan、斯柯达Citigo、西雅特Mii等车型。
PPE高端电动车平台:PPE(PremiumPlatformElectric)平台由奥迪与保时捷合作开发,未来在大众集团内将供给奥迪、保时捷、宾利等豪华品牌使用。
SSP可扩展纯电平台:SSP(ScalableSystemsPlatform)平台是大众汽车集团的下一代机电一体化平台,是MQB、MSB、MLB、MEB和PPE平台的延续,它将3个燃油车平台和2个纯电动汽车平台整合为适用于集团旗下所有品牌和所有级别车型的机电一体化平台架构。集团计划从2026年开始在SSP平台上生产纯电动汽车。下一代SSP平台将是一个集纯电动、全面互联和高度可扩展性于一身的全新汽车平台。
本文总结了国内外汽车集团的模块化平台,对汽车模块化建立宏观的认识,后面会对其中一家进行较为深入的解析。
大众旗下有MQB、MLB、MSB、MMB、MHB、MEB、NSF、PPE、SSP,其中MHB平台已被并入MQB平台。各平台均可覆盖不同级别车型,其中MQB平台所覆盖车型最广,截止2020年该平台产量将达到集团总产量80%以上。
谈论汽车模块化平台绕不开的就是大众的MQB平台。MQB是汽车模块化的开创者。
MQB是大众集团最新的横置发动机模块化平台(ModularQuerbaukasten),简称MQB。它于2012年开始取代大众上一代PQ25、PQ35和PQ46平台,该模块化平台目前已在大众、奥迪、斯柯达和西雅特这4个品牌中得到极为广泛的应用,并生产从A00、A0、A到B四个级别的车型。
MQB平台的组成部分是一个灵活的车辆架构。这个架构将车辆分为五个主要部分,核心部分在踏板和前轴车轮中心之间,这个核心部分的尺寸在所有车辆上都是相同的。其他尺寸根据设计理念不同进行设计,如轴距、轮距、车轮大小和座椅位置等都可以灵活变化。
现在的汽车对于汽车总线带宽的要求越来越高,一条总线很多时候没办法满足整辆汽车的需求。于是汽车中采用了多种总线,包括CAN、LIN、车载以太网等技术。相同的总线之下按照用途又做出了进一步划分。在CAN总线中对不同网络进行划分/隔离能够弥补CAN总线由于广播特性引发的安全问题,有效提升车内网络的安全性。不同网络的上的数据交互最终汇聚在网关(J533)上,网关对数据进行分析处理,转发到对应的网络中。网关是保障汽车内部网络通信的重要组件。
大众燃油车中总线分为以太网、LIN、驱动CAN、底盘CAN、辅助驾驶CANFD、舒适CAN、信息娱乐CAN、诊断CAN、以太网等。在新车型中驱动CAN、底盘CAN采用速率为2000kBit/s的CAN-FD,老车型中常使用500kBit/s的CAN。
不同的总线网络承担着不同的功能,各网络中连接的主要部件如下。
在电动汽车中除了上述燃油车中的网络结构外,还有电池CAN等。例如,MIB平台下ID.4(电动汽车)的车载网络使用情况如下。
上面是车内网络的概览,现在来看看具体的一些重要系统的结构。本文只会讲解各系统的组成结构,不会对控制单元进行详细讲解,后续会对重要的部件进行专题讲解。
驱动控制系统是车辆最为核心的部分。启动控制系统其中包括发动机控制单元(J623)、进入和可控制单元(J965)、启动装置按钮(E378)、中央电气单元(J519)、启动继电器(J906/J907)。
没有拆解过汽车,对车辆中各个部件的所处位置没有直观的感受。以下奥迪Q8控制器位置分布图。
上图包含了主要的控制器,如车机(J794)位于副驾驶员前侧;网关(J533)位于驾驶员座位下方;ABS(J104)位于车头右前方等。对应的MEB网络拓扑结构(不含以太网)如下。
上图与MQB架构中的网络结构大体相似,可以看出零部件在不同平台上实现了共享,既模块化零部件。下面展示车联网中几个重要的零部件。