未來的電動車製造革命/Philippe Chain

電動車模組化設計最棒的一點,就是完全顛覆過去百年不變的汽車基本架構;這不僅會改變造車哲學,甚至車輛產業的型態和分布都可能跟現今不同。本文將透過對十年後車輛產業的幻想,說明今天的電動車發展趨勢將如何改變未來。

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位於美國洛杉磯的Canoo公司電動車設計:整體尺寸跟Tesla Model 3差不多,但車室空間卻有兩倍大。

電動車跟傳統汽車最不一樣的地方之一,在於解放了傳統設計的框架,也進而改變了車輛的製造方式。

在本文的討論開始之前,讓我們先飛到10年後的世界,想像一下未來的場景。

時間是2030年,地點是非洲國家肯亞的城市蒙巴沙(Mombasa)。此時,肯亞已經是非洲在撒哈拉沙漠以南的造車重鎮;在過去五年之中,如同先前在電信建設方面的大幅躍進,肯亞在運輸科技方面也有了長足的進步。

在20年前,由於架設實體電信線路困難,所以肯亞索性跳過架線階段,直接建設無線行動通訊系統;這樣的改變,造就了許多金融服務和商業機會,讓幾百萬人成功脫離貧窮。

在運輸科技方面,電動車特有的的模組化設計,改變了原有汽車產業的生態;現在,肯亞並不需要建造自己的「大汽車廠」來生產車輛,只要透過港口輸入悖逆稱為「滑板車」的底盤平台,就可以造出各式各樣的汽車或小貨車。

在「滑板車」上,具備了電動車所必需的各種關鍵組件,包括底盤框架、電池組、馬達、電控單元(ECU)、煞車、轉向機構、以及避震系統等等(有些版本會更加複雜精巧,稍後會談到);一般的「滑板車」大概就長這個樣子:

基本的「滑板車」型態。

在這些運抵肯亞的滑板車中,完全沒有福特、或是福斯之類老牌車廠的產品,而是來自許多在2010至2020年之間成立的新創公司,像是美國的「Canoo」、「Rivian」、「Bollinger」,還有以色列的「REE」和義大利、美國、中國合作的OSV等等。

在Mombasa郊外稱為「轎車城」(car city)的工業區,有十幾家公司生產各式電動車成品,像是轎車、多用途貨車、冷凍貨車、校車、載重卡車、越野車等等;這些公司設計的部分稱為「上車身」或「帽子」,只要裝到「滑板車」上就是成品。

以位於美國洛杉磯的Canoo公司為例,他們的產品系列就像這個樣子:

單一平台,五種產品:包括7人座客車、轎車、皮卡、休旅車、以及兩種貨車。

在非洲市場,因為道路狀況的需要,所以「滑板車」的底盤都設計得比較高、輪胎較大也較寬;例如以下這款Bollinger Motors公司的設計:

在這類高階全地形車款中,有些跟過去在塵沙飛揚中縱橫非洲大地的Land Rover經典車款還真有幾分相似:

以這些新的電動車設計為基礎,Bollinger希望在2030年能夠取代目前廣受歡迎的Toyota LandCruiser或Hilux等越野車款。

除了搭配各家底盤廠商的產品之外,在非洲生產的上車身通常作工比較粗略;多半只是以鉚釘結合鋁合金面板,以節省製造成本、降低售價。

在2030年的非洲,眾多的小型太陽能充電站將會取代大多數的路邊加油。技術更進步、價格更低廉的電池,可以儲存太陽能板在白天產生的電力;而50片太陽能板所產生的電力,則大約可以讓電動車行駛1,200公里,相當於汽油車消耗100公升的里程。

重要的是,太陽能板安裝在郊區是相對安全的,至少比100公升汽油放在路邊曬太陽好一點。


上述的這些預測,其實都是有所本的,而且這些趨勢也正在發生。

首先,目前許多無力發展汽車工業的開發中國家,都在等待機會直接大步跨進電動車領域;而類似的過程,在行動通訊和服務方面已經可以看到成果:一些開發中國家的無線網路和線上服務,甚至比已開發國家更為普及。

同樣的趨勢,也即將發生在太陽能、再生能源、以及行動載具領域之中。

其次,則是電池容量的持續提升、以及平均每度電容量的價格大幅下滑。第三點,也是最重要的,則是即將來臨的製造革命。

全球規模的去中心化

電動車的模組化特性,很可能會引發全球造車產業的破碎化、分散化、或者說去中心化。雖然上述的非洲場景是有根據的,不過實際上還是會有許多不確定因素;像是產業鏈中各層級廠商的策略、各國不同的吸引投資條件、以及相關政經環境的穩定度等等。

即使撇開這些難以預測的因素,這個發展軌跡仍然是有道理的。即使沒有大車廠作為後盾,小廠仍有能力製造一定數量的「滑板車」,而技術層次較低的上車身部分,則可以讓更多原本沒有汽車產業的地區來製造,創造出一些商機。

在目前的汽車產業中,成品是由擁有十幾層甲板的大型專用貨輪,以一次幾千部的運量在世界各地穿梭;但在未來,即使是一般貨櫃輪,也可以用每個標準40呎貨櫃裝運8到12組「滑板車」的運量,在世界各地互通有無。

因此,港口不再需要能停放上萬輛車的空間,來迎接一艘汽車貨輪的到來;只要載運電動車組件的貨櫃一下船,就可以馬上用貨櫃拖車拉走,前往附近的組裝廠製造成品。

這樣的轉變看似平常,但卻足以改變汽車製造產業的生態,將單一的大型工廠轉換成去中心化的製造網路,讓各處的小型工廠可以針對當地需求,生產出各自不同的上車身部分,像是大都市用的計程車、鄉村地區的貨車、或是人口密集區的公車等等。

換個角度來說,這樣的趨勢甚至可能在原本沒有汽車工業的地方,創造出成千上萬的全新工作機會。

至於車輛零組件相關的產業,也會有相同的改變。原本構造極為精密複雜、型號眾多、價格昂貴的燃油引擎,將會被重量和價格都只有幾分之一的電動馬達取代;而封裝好的電池組,則會成為「滑板車」總成的一部分、或是做成適合運輸的型態,以貨櫃運送到需要的地方。

無論是西方、或是亞洲市場,都將會經歷這個「上下半身分離」的造車革命,讓整車組裝的產業更加去中心化;而這個轉變將會從商用載具開始:去年,Amazon宣布將會引進10萬輛以Rivian平台為基礎的送貨卡車;而以色列的「滑板車」製造商REE最近則與印度的Mahindra車廠簽訂協議,即將合作生產商用電動車款。

然而,西方市場基於一些原因,轉換到這種「上下分離」模式的速度會比較慢;原因之一,是現有傳統車輛業務的包袱。雖然福斯(VW)集團宣稱即將直接躍進到新的設計模式,但至今仍然保留著五六種底盤平台,來生產現有的各種車款。

除了傳統包袱之外,新模式的另一個障礙則是嚴格的安全法規。許多國家都規定,任何車輛都必須能夠承受時速65公里的直接撞擊,但這一點其實是可以再探討的;只在市區行駛的小貨車,跟在高速公路上疾馳的跑車,安全規範並不一定要相同。像是小貨車就不需要像跑車一樣,配備長型鋼樑、或是箱型潰縮防護結構。

目前的電動車雖然有許多顛覆傳統汽車的設計,但仍然受到現有安全法規的限制。舉例來說,即使Tesla Model S的車頭沒有引擎,但仍然必須保留撞擊防護所需的60到80公分潰縮區。

如果能依照車輛的動力類型、以及實際用途來訂定適用的安全規範,應該更有助於激發更具創意的設計。

線傳操控

要進一步運用電動車的模組化設計,需要一些關鍵性的創新來搭配,其中包括線傳操控(steer-by-wire)與線傳煞車(brake-by-wire;這兩者在業界統稱為「X-by-wire」)。

簡單的說,就是去除現有汽車上的方向盤轉向柱、以及使用油壓推動的煞車系統。

當傳統汽車要停下時,駕駛會踩下煞車踏板,推動一組油壓活塞,將力量傳送到位於各個車輪上的第二組油壓活塞,達到煞停的效果;在轉向時,方向盤的旋轉動作會透過齒輪/齒條的作用來擺動車輪。

在1950年代之後,動力輔助轉向功能逐漸普及;早期是油壓驅動,近年來則是電力驅動,以便操控便得越來越重的車子。

在電動車上,我們可以考慮去掉這些油壓和機械推動的組件,只需透過方向盤或煞車踏板上的電路,將訊號傳送到相關的電子驅動裝置上,來完成轉向或煞車的動作。

其實,早在1960年代的協和(Concorde)式客機上,就已經配備了X-by-wire線傳飛控系統,之後也沿用到知名的空中巴士(Airbus)系列客機上。雖然這樣的系統無論在重量、空間、以及簡化製造方面都有優勢,不過在汽車上還沒有普及。

因為種種原因,傳統車廠的革新速度還不會那麼快;這些原因包括漫長的研發時程、「不假手外人」(not invented here)症候群、已有的大規模生產線、不願意率先嘗試革命性新技術、以及遍布整個企業的保守風氣等等。

所以,雖然「滑板車」概念不難理解、也有發展潛力,但汽車業可能還需要一段時間才能接受。除非傳統車廠願意跟新創公司合作(例如韓國現代汽車最近宣布與Canoo公司合作),否則新的模組化概念和製造方式就只能靠新一代電動車廠商來打破窠臼了。


延伸閱讀:REE公司的「角落分散」概念

位於以色列特拉維夫(Tel-Aviv)的新創公司「REE」,長久以來一直在推動「滑板車」的概念。筆者與該公司執行長Daniel Barel進行了一場對談,討論這種前瞻性設計的未來。

Daniel Barel指出:

其實,汽車的概念已經存在很久了,許多基本組件甚至一百年前就已經存在;然而這麼久以來,包括煞車、轉向、懸吊的這些部分,都只有小幅度的進步。所以REE要做的事,就是重新歸零,從頭開始建造滿足人們行動需求的解決方案。

而REE平台的設計原則,就是「角落分散」(corners);每個輪子在本身所屬的角落,都連結著專屬的動力、轉向、煞車等基本組件,如以下圖解所示:

這樣的設計有許多好處:在去除原本位於全車「中央」部位的馬達、傳動系統、以及其他組件之後,在車輪之間就可以騰出不少空隙。Daniel Barel也表示,這樣的設計無論尺寸、動力、速度、以及抗撞能力都易於客製,所以格外適合根據特定用途來打造專屬車輛:

如今,OEM(代工生產)也有龐大的商機、甚至本身也可以是品牌。而現在「品牌」的定義也在改變;當你透過Uber服務叫車時,並不會在意來的車子是什麼品牌,而現在即使卡車也是如此,因為服務才是重點。

所以,市場上才會出現像REE這樣的新進廠商,提供包括底盤、車輛服務(car-as-a-service)、以及資料分析的全方位服務;而「滑板車」硬體平台與上車身彼此獨立的設計,除了適用各種用途的車輛之外,也可以避免任何變動大幅影響全車架構。

只要顧客有需求,我們可以將同一款底盤變成古色古香的倫敦計程車,也可以變成全地形越野車。

年營收達14億美元的三菱車輛租賃公司(Mitsubishi Auto Lease),不僅是REE的股東之一,也是REE未來的龐大應用市場;在採用REE標準底盤的電動車量產之後,將可以用於租賃給第三方的商用車隊、或是一般消費者。

Barel透露,目前已經有「數十萬輛車」的訂單。雖然目前已經有幾款底盤平台可以供應,但細部硬體多半仍然必須根據各家車隊顧客的需要,進行程度不一的客製修改。

此外,REE也計畫與大型代工廠商合作、並在後者附近設立「整合研發中心」。Barel表示,將會與美國、德國、日本、以及印度等地的公司合作;以該公司目前設定的方向、以及潛在市場來看,已經募到尚稱夠用的資金(1.6億美元)。

REE的競爭對手們雖然在技術方面較為保守,但募資成績卻更加理想。成立於2017年的Canoo已經募到3億美元,而規模更大的Rivian則募到了多達56億美元。

但毫無疑問的,REE的「角落分散」設計將會是未來電動車的趨勢:動力、煞車、轉向、懸吊、甚至防滑控制等功能,都由各個車輪獨立控制,以獲得最佳的行駛效能。至於市場何時能夠完全接受這樣的概念,就看REE接下來的研發成果了。