ความท้าทาย 5 ข้อที่ส่งผลต่อการออกแบบและพัฒนารถยนต์พลังงานไฟฟ้า

433 จำนวนผู้เข้าชม  | 

ความท้าทาย 5 ข้อที่ส่งผลต่อการออกแบบและพัฒนารถยนต์พลังงานไฟฟ้า

ผู้เชี่ยวชาญด้านวิศวกรรมยานยนต์ของเราได้แบ่งปันข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับความท้าทายของการออกแบบและพัฒนารถยนต์พลังงานไฟฟ้า

คุณกำลังมองหาซื้อรถยนต์พลังงานไฟฟ้าอยู่รึเปล่า? มีโอกาสที่คุณจะมีรถยนต์พลังงานไฟฟ้าซักคัน แม้ว่าจะเกิดวิกฤตเศรษฐกิจก็ตาม แต่ตลาดในอเมริกาเหนือ ยุโรป หรือจีนกลับมีความต้องการของรถยนต์พลังงานไฟฟ้าที่มากขึ้น และผู้ผลิตก็ต้องการตอบสนองความต้องการนี้ ทางเลือกของรถยนต์พลังงานไฟฟ้า (xEV) และยี่ห้อต่างๆนั้นมีทางเลือกมากกว่าที่เคย มีผู้ผลิตใหม่ๆที่เข้ามาแข่งขันกันเพื่อแย่งส่วนแบ่งของตลาดของธุรกิจนี้

อะไรคือความท้าทาย 5 อันดับแรกที่ส่งผลต่อการออกแบบและพัฒนารถยนต์พลังงานไฟฟ้า?
 การใช้พลังงานไฟฟ้าในยานพาหนะได้เปลี่ยนแปลงกฎเกณฑ์ของอุตสาหกรรมยานยนต์ ความสำเร็จในเชิงพาณิชย์ที่น่าทึ่งของแบรนด์ Tesla แสดงให้เห็นว่าตลาด xEV เป็นตลาดที่ความฝันแห่งการขับขี่เกิดขึ้นได้ แต่มันไม่ใช่เรื่องง่ายเลยที่จะประสบความสำเร็จในอุตสาหกรรมนี้ การประสบความสำเร็จในตลาดที่มีการแข่งขันสูงนี้นอกจากการนำกลยุทธ์ทางด้านการค้าที่เหมาะสมมาใช้แล้ว ผู้ออกแบบและผลิตจะต้องทุ่มเท ใช้ความรู้ จินตนาการ ความร่วมมือ และอื่นๆอีกมากมาย ผู้เล่นในตลาดจะต้องมีความคิดใหม่ๆเกี่ยวกับวิธีการและกระบวนการทางวิศกรรมของตน และใช้นำนวัตกรรมที่ทำให้ไปสู่จุดหมายได้อย่างรวดเร็ว

ดังนั้นแนวโน้มการใช้พลังงานไฟฟ้าของรถยนต์จะเปลี่ยนไปอย่างไรในแง่ของวิศวกรรมศาสตร์? วิศวกรต้องเผชิญกับความท้าทายอะไรบ้างในการออกแบบและพัฒนารถยนต์พลังงานไฟฟ้า?

เราได้ถามคำถามนี้กับคุณ Steven Dom ซึ่งเป็นผู้อำนวยการฝ่ายพัฒนาธุรกิจยานยนต์ที่บริษัท Siemens Digital Industries Software  และคุณ Warren Seeley ซึ่งเป็นผู้อำนวยการฝ่ายพัฒนาธุรกิจระบบส่งกำลังที่บริษัท Siemens Digital Industries Software เช่นกัน พวกเขาได้ระบุถึงความท้าทายด้านวิศวกรรม 5 อันดับแรกที่วิศวกรรมยานยนต์จำเป็นต้องแก้ไขในวันนี้

ความท้าทาย#1: การเลือกสถาปัตยกรรมของยานพาหนะที่ “ใช่”


 
Steven Dom: “สำหรับรถยนต์พลังงานไฟฟ้า ผมยังนึกภาพไม่ออกเลยว่าหน้าตามันจะเป็นยังไง ยานพาหนะที่ใช้เครื่องยนต์สันดาปภายในแบบทั่วไปนั้นสร้างขึ้นจากองค์ประกอบศูนย์กลางนั่นคือ ระบบส่งกำลัง รถยนต์พลังงานไฟฟ้าทำให้วิศกรมีอิสระในการออกแบบมากขึ้น มันเป็นมุมมองที่ทั้งตื่นเต้นและน่ากลัว ในด้านหนึ่งเป็นเรื่องน่าตื่นเต้นที่เราจะได้เห็นความหลากหลายในการออกแบบที่เป็นนวัตกรรมใหม่ๆ ซึ่งอาจจะนำเสนอโดยบริษัทใหม่ๆหรือบริษัทที่มีอยู่มาก่อนแล้วก็ได้ การออกแบบบางอย่างเกิดขึ้นมาจากความยืดหยุ่นของสถาปัตยกรรมรถยนต์พลังงานไฟฟ้า แต่ในทางกลับกัน มันสามารถเปลี่ยนแปลงงานของวิศกรออกแบบและทำให้วิศวกรออกแบบมีความต้องการมากกว่าที่เคย

วิศกรจะแน่ใจได้อย่างไรว่าได้ออกแบบสิ่งที่ดีที่สุด ปรับปรุงประสิทธิภาพให้ดีขึ้น หรือเลือกสถาปัตยกรรมที่ “ดีที่สุด” ที่ตรงตามข้อกำหนดในการออกแบบ การทดลองปรับปรุงในทุกๆด้านให้ดีที่สุดไปพร้อมๆกันมักจะเป็นไปไม่ได้ประการแรก ส่วนประกอบต่างๆมีมากจนเกินไป ประการที่สอง เวลาในการปล่อยผลิตภัณฑ์ออกสู่ตลาดก็เป็นปัญหาใหญ่เช่นกัน วิศวกรออกแบบไม่เพียงแต่ต้องเลือกสถาปัตยกรรมที่ดีที่สุดเท่านั้น แต่ว่าพวกเขาหรือเธอจะต้องใช้เวลาในการเลือกอย่างรวดเร็วอีกด้วย

ตั้งแต่การออกแบบทั่วไปจนถึงการเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบ มีเครื่องมือหลายอย่างที่จะช่วยให้วิศวกรสามารถค้นพบศาสตร์ใหม่ๆในการออกแบบ EV

ความท้าทาย#2: การประยุกต์การออกแบบที่เน้นผู้ใช้งานเป็นศูนย์กลางและ การใช้หลักการทางวิศวกรรม

Steven Dom: “เมื่อเราพิจารณาถึงระบบขนส่งด้วยพลังงานไฟฟ้าในอนาคตที่จะเปลี่ยนแปลงวิถีชีวิตผู้คนมากกว่าแค่การขนส่งหรือการเดินทาง เป็นเวลากว่าศตวรรษแล้วที่รถยนต์เป็นมากกว่าช่องทางการคมนาคมขนส่ง พวกเขาเป็นผู้เปลี่ยนเกมในแง่ของการเดินทางส่วนบุคคล พวกเขาได้เปลี่ยนโฉมหน้าที่อยู่อาศัยของมนุษย์และเมืองต่างๆ และได้นำความสุขมาสู่ผู้ที่ชื่นชอบรถยนต์และมอเตอร์สปอร์ต”

“รถยนต์ได้ช่วยเร่งการเปลี่ยนแปลงของอุตสหกรรมและเศรษฐกิจ แต่โลกของเราได้เปลี่ยนไปแล้ว ผลกระทบของการปล่อยก๊าซคาร์บอนส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ และการสร้างทรัพยากรฟอสซิลเป็นสิ่งที่ทำได้ยากขึ้น  ด้วยเหตุนี้เองจึงผลักดันให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางเศรษฐกิจและสังคม ทัศนคติและความคิดของผู้คนมีการพัฒนาขึ้น ใช่แล้วล่ะ รถยนต์ที่ทรงพลังเคยเป็นสัญลักษณ์ของความสำเร็จในอาชีพการงานและเป็นสิ่งที่น่าภาคภูมิใจ แต่แทนที่จะเพลิดเพลินไปกับเสียงคำรามของเครื่องยนต์ V12 ที่ทำความเร็วรอบได้อย่างรวดเร็ว แต่ในขณะนี้ผู้บริโภคคาดหวังรถยนต์ที่สะดวกสบาย เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม และมีความปลอดภัยเหนือสิ่งอื่นใด”

การจัดการกับการออกแบบรถยนต์ที่แตกต่างกัน
“รถยนต์พลังงานไฟฟ้ามีความแตกต่าง พวกมันมีการทำงานที่เงียบโดยปกติ เสียงของรถยนต์พลังงานไฟฟ้าไม่ได้มาจากเสียงที่ดังของเครื่องยนต์, เสียงกระทบกันของลูกสูบ, หรือเสียงของอากาศที่เข้าและไอเสียที่ออกมา จะเห็นว่าในส่วนนี้เราสามารถปรับแต่งได้โดยการออกแบบของศิลปินและนักประพันธ์เพลง เป้าหมายไม่ได้เพียงเพื่อตอบสนองต่อความต้องการของระบบเตือนคนที่เดินอยู่บนถนนเท่านั้น แต่ยังแสดงถึงบุคลิกของรุ่นและแบรนด์นั้นๆอีกด้วย”

“ตัวรถยนต์พลังงานไฟฟ้ายังมีการออกแบบที่ล้ำสมัย สำหรับรถลีมูซีนยาวสุดหรูมักจะมีรูปร่างเพรียวบาง เนื่องจากการลดแรงต้านตามหลักอากาศพลศาสตร์เป็นเรื่องที่มีความสำคัญอย่างมาก และสำหรับรถยนต์ที่ใช้สัญจรภายในเมือง พื้นที่ใช้สอยภายในนั้นมีความสำคัญเป็นอย่างมาก เราอาจจะเปลี่ยนพื้นที่นั้นเป็นสำนักงานหรือห้องนั่งเล่นก็ได้ ในแง่ของการออกแบบ ความเป็นไปได้ดูเหมือนไร้ขีดจำกัด ผู้ผลิตจะเข้าใจถึงโอกาสของการออกแบบที่เป็นคำถามปลายเปิดได้อย่างไร”

สิ่งที่ผู้ผลิตต้องวางไว้ที่ศูนย์กลางของการออกแบบไม่ใช่เทคโนโลยี แต่เป็นความต้องการและความคาดหวังของผู้บริโภค และควรให้ความสำคัญกับความต้องการและความคาดหวังของผู้บริโภคและจัดการกับความกังวลของตนเองอย่างถูกต้อง 

การตอบโจทย์ผู้บริโภค
แม้ว่ารถยนต์พลังงานไฟฟ้าจะมีการยอมรับจากผู้บริโภคมากขึ้น แต่มันยังมีอุปสรรคสำคัญในการนำเทคโนโลยีรถยนต์พลังงานไฟฟ้ามาใช้งานในวงกว้าง ผู้ผลิตจำเป็นต้องผลักดันอุปสรรคโดยมีวัตถุประสงค์เพียงเพื่อนำเสนอรถยนต์ที่ตรงตามความต้องการของผู้บริโภค พวกเขาจำเป็นต้องสร้างสมดุลระหว่างคุณลักษณะต่างๆ เช่น ระยะการขับขี่ ค่าใช้จ่าย ความสามารถในการชาร์จแบตเตอรี่และเวลาในการชาร์จ  และอื่นๆ แม้ว่าเทคโนโลยี EV จะก้าวหน้าไปมากแล้วแต่ดูเหมือนว่าจะไม่เพียงพอ ผู้บริโภคยังมีความพึงพอใจกับรถยนต์ที่เทียบเท่าหรือมากกว่ารถยนต์เครื่องยนต์สันดาปภายในหรือไม่?

บริษัทที่ปรึกษา Deloitte มองในแง่ดีว่า
“ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า เราคาดว่าอุปสรรคบางอย่างจะถูกกำจัดออกไปอย่างสมบูรณ์ ระยะการขับขี่ของรถยนต์พลังงานไฟฟ้านั้นจะเทียบได้กับรถยนต์เครื่องยนต์สันดาปภายในแล้ว ในด้านของราคานั้นได้มาถึงในจุดที่เท่าเทียมกันแล้ว หากคุณพิจารณาการอุดหนุนในตลาดต่างๆและต้นทุนในการผลิตแล้ว จำนวนของรถยนต์พลังงานไฟฟ้ารุ่นต่างๆนั้นเพิ่มจำนวนมากขึ้น”

Deloitte ระบุว่าการขาดโครงสร้างพื้นฐานในการชาร์จเป็นสิ่งสำคัญที่สุดสำหรับผู้บริโภค ซึ่งสะท้อนถึงความเป็นไปได้ที่พวกเขาจะเริ่มมองว่ารถยนต์พลังงานไฟฟ้าเป็นตัวเลือกที่เป็นไปได้ และตอนนี้กำลังพิจารณาถึงการลงมือปฏิบัติจริงของผู้ผลิต

ความคาดหวังอย่างมากของผู้บริโภค
แม้ว่าผู้ผลิตจะจัดการกับข้อกังวลของเจ้าของรถยนต์หรือผู้ใช้รถยนต์ในอนาคตได้สำเร็จ แต่คำถามของการบรรลุความคาดหวังยังคงอยู่ ระบบอัตโนมัติของยานพาหนะมีความต้องการที่สูงขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งจะบังคับให้วิศวกรทางด้านการสั่นและเสียงรบกวน (NVH) ต้องคิดทบทวนคำจำกัดความของความสะดวกสบาย แม้จะมีความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี วิศวกรทางด้านการสั่นและเสียงรบกวน ก็ถูกท้าทายมากขึ้นกว่าเดิมในการตอบคำถามนี้ว่าจะสามารถสร้างประสบการณ์การขับขี่ที่สะดวกสบายที่สุดสำหรับผู้ขับขี่และผู้โดยสารได้อย่างไร เช่น มนุษย์สามารถโต้ตอบกับแท็กซี่หุ่นยนต์ได้ พวกเขาจะคาดหวังการเดินทางที่ปลอดภัย สะดวกสบาย และน่าพึงพอใจ ในขณะที่ความปลอดภัยคือสิ่งที่สำคัญและอีกสิ่งหนึ่งคือความก้าวหน้าของระบบช่วยเหลือผู้ขับขี่ขั้นสูง (ADAS) นั้นมีการพัฒนากันอย่างแข็งขัน แนวคิดเรื่องความสะดวกสบายและความพึงพอใจนั้นเป็นสิ่งที่ยากที่จะกำหนด

ความท้าทาย#3: การจัดการการระบายความร้อนของรถยนต์

Warren Seeley: “เมื่อพูดถึงความสะดวกสบาย เราสามารถตอบคำถามที่ซับซ้อนของการระบายความร้อน สำหรับรถยนต์ทั่วไป คำถามนั้นตอบได้ง่าย: ความร้อนที่เกิดจากเครื่องยนต์ช่วยให้ห้องโดยสารอุ่นขึ้นหรือการละลายน้ำแข็งที่ติดบนกระจกหน้ารถ และเมื่อการขับขี่ระยะทางไกลไม่ใช่ปัญหา แบตเตอรี่และระบบไฟฟ้าสามารถนำมาใช้ในเบาะทำความร้อนหรือระบบเป่าลมเย็นได้ทุกเมื่อที่ต้องการ แต่ว่าคุณจะจัดการการทำความร้อนอย่างไรโดยที่ไม่กระทบกับระยะทางการขับขี่ของรถยนต์? และคุณจะกระจายความร้อนได้ดีขนาดไหน? คุณจะแน่ใจได้อย่างไรว่าแบตเตอรี่ของคุณจะไม่ร้อนเกินไปขณะโดยสาร”

การตอบคำถามเกี่ยวกับพฤติกรรมการระบายความร้อนในขั้นตอนการออกแบบเชิงแนวคิดของการพัฒนารถยนต์นั้นมีความสำคัญต่อความสำเร็จของแบรนด์ เทคโนโลยีคู่แฝดดิจิตอลหรือ Digital twin แบบองค์รวมของ Siemens ช่วยสร้างสมดุลระหว่างคุณลักษณะด้านพลังงานและความร้อนควบคู่ไปกับคุณลักษณะที่สำคัญด้านประสิทธิภาพต่างๆ เช่น ความทนทาน, การสั่นและเสียงรบกวน, และไดนามิกในการขับขี่


ความท้าทาย#4: การเข้าใจการออกแบบและติดตั้งแบตเตอรี่

Warren Seeley: “ผู้ผลิตรถยนต์พลังงานไฟฟ้าควรจะออกแบบและติดตั้งแบตเตอรี่ด้วยตนเองหรือควรจะพึ่งพาความเชี่ยวชาญของซัพพลายเออร์? คำถามนี้ยังคงเป็นคำถามปลายเปิด ผู้ผลิตรถยนต์พลังงานไฟฟ้าส่วนใหญ่พี่งพาซัพพลายเออร์เป็นหลักสำหรับการออกแบบชิ้นส่วนยานยนต์ต่างๆ และทำหน้าที่เป็นผู้ประกอบชิ้นส่วนเป็นหลักอีกด้วย และในขณะที่แนวโน้มนี้มีโอกาสที่จะพลิกผันโดยผู้ผลิตซึ่งต้องการที่จะเป็นผู้ออกแบบและพัฒนาส่วนหลักๆของรถยนต์ การออกแบบและพัฒนาแบตเตอรี่ยังคงเป็นฐานที่มั่นที่สำคัญของซัพพลายเออร์ที่เชี่ยวชาญ”


ในการหารือกับ Ed Bernardon รองประธานฝ่ายวางแผนกลยุทธ์ด้านยานยนต์เมื่อเร็วๆนี้ Henrik Fisker ผู้ก่อตั้ง ประธาน และ CEO ของ
Fisker Inc. อธิบายว่า “สำหรับฉันแล้ว ในครั้งนี้ไม่สำคัญที่จะพิสูจน์ให้ใครเห็นว่าฉันสามารถผลิตรถยนต์ซักคันได้
เราจะเป็นเจ้าของเทคโนโลยีมากมายที่เรารู้สึกว่ามันสำคัญ

“ในขณะนี้ เราได้ทำการวิจัยเกี่ยวกับแบตเตอรี่เป็นจำนวนมาก และพบว่าไม่มีเทคโนโลยีแบตเตอรี่แบบโซลิดสเตตที่เข้าใกล้ความเป็นจริงที่สามารถนำมาใช้งานได้เลย มันยากเกินไปที่จะนำมาใช้งานจริง ดังนั้นเราจึงรู้ว่าเราจะอยู่กับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนอีกนาน และเราไม่ต้องการที่จะเป็นเจ้าของเทคโนโลยีในการผลิตเซลล์พลังงาน ฉันค่อนข้างจะเปิดรับเทคโนโลยีแบตเตอรี่ที่แตกต่างจากที่ใช้งานอยู่หากว่ามันมีการพัฒนาหรือปรับปรุงขึ้นแม้เล็กน้อยก็ตาม และจะต้องสามารถใช้งานร่วมกับแบตเตอรี่ของฉันเองในกรณีที่ผู้ผลิตแบตเตอรี่ไม่สามารถส่งแบตเตอรี่ให้ฉันอย่างเพียงพอ ก็ยังสามารถใช้แบตเตอรี่ของผู้ผลิตรายอื่นได้”

และนี่เป็นอีกครั้งที่การรวมส่วนประกอบต่างๆโดยเฉพาะแบตเตอรี่เป็นกุญแจที่สำคัญสู่ความสำเร็จ เทคโนโลยีคู่แฝดดิจิตอลช่วยประเมินและเปรียบเทียบประสิทธิภาพในกระบวนการออกแบบตั้งต้อนก่อนนำไปใช้งานจริงของแบตเตอรี่ด้วยการตั้งค่าการใช้งานในหลายๆรูปแบบ


ความท้าทาย#5: การปรับให้เข้ากับภูมิทัศน์ที่เปลี่ยนแปลงไปของห่วงโซ่อุปทาน

Steven Dom: “วิศวกรรมและการผลิตรถยนต์ไฟฟ้าเปลี่ยนความสัมพันธ์ระหว่างซัพพลายเออร์ OEM อย่างสิ้นเชิง เริ่มต้นจากส่วนประกอบประมาณ 200 ชิ้นส่วนในมอเตอร์ไฟฟ้าเปรียบเทียบกับส่วนประกอบอย่างน้อย 4,000 ชิ้นส่วนในเครื่องยนต์สันดาปภายใน นี่คือการลดจำนวนชิ้นส่งลงอย่างมหาศาลที่จะนำมาซึ่งข้อได้เปรียบมากมายสำหรับผู้ผลิต ในอีกมุมหนึ่งสิ่งนี้สามารถนำไปสู่การลดต้นทุนได้อย่างมาก การซื้อชิ้นส่วนไม่เพียงแต่จะมีค่าใช้จ่ายน้อยลง แต่การผลิตรถยนต์พลังงานไฟฟ้ายังช่วยให้เกิดการประหยัดต่อขนาด (Economies of scale) อีกด้วย เมื่อ OEM จัดหาชิ้นส่วนจากซัพพลายเออร์จำนวนน้อยลง การมีชิ้นส่วนน้อยลงยังส่งผลต่อการบำรุงรักษาและต้นทุนโดยรวมสำหรับผู้ผลิต อันนำมาซึ่งความง่ายดายในการเปลี่ยนแปลงส่วนประกอบต่างๆ”

“สำหรับซัพพลายเออร์ ข้อเสียคือพวกเขามีความใกล้ชิดกับ OEM มากขึ้น ยกตัวอย่างเช่น คำถามเกี่ยวกับการทำงานร่วมกันของแบตเตอรี่ที่ Warren พูดถึงนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่ง เทคโนโลยี Digital twinจะช่วยขับเคลื่อนหรือควบคุมการตัดสินใจของซัพพลายเออร์ พวกเขาเกือบจะต้องพึ่งพาเครื่องมือในการจำลองแบบเดียวกับที่ OEM ใช้งาน สรุปแล้วการทำงานร่วมกันมีความสำคัญอย่างมากที่สุดเท่าที่เคยมีมาในปัจจุบัน”


แน่นอนว่าการจัดการกับความท้าทายนี้ไม่ได้มีแค่ทิศทางเดียว แต่ที่ Siemens เรามั่นใจว่าการนำเทคโนโลยี Digital twin มาใช้งานในแบบองค์รวมจะช่วยให้การจัดการกับความก้าวหน้าในอนาคตได้ การเป็นพันธมิตรกับ Siemens โดยการใช้บริการด้านวิศวกรรมสำหรับการถ่ายทอดเทคโนโลยีและนำมาปรับใช้เทคโนโลยี Digital twin ถือเป็นก้าวสู่ความสำเร็จ

ที่มา: https://blogs.sw.siemens.com/simcenter/the-5-challenges-affecting-electric-vehicle-design-and-development/