探访奥迪德国总部:揭秘传统汽车巨头如何布局数字化和自动驾驶

2017-11-29  |  By Faye  |  In 新闻

奥迪危机感促成的全面彻底的数字化转型和对先进技术的布局,或将成为其进入智能汽车时代的起点。

在汽车产业面临数字化和自动驾驶变革的前夜,奥迪作为传统汽车巨头都做了哪些布局?11月22日-25日,记者来到了奥迪德国总部英戈尔施塔特,感受了奥迪从汽车开发、生产到测试整个产品流程的数字化转型和自动驾驶领域的探索。

数字化

奥迪质保部负责人Werner Zimmermann表示: “大趋势数字化、可持续性和城市化正在改变消费者对质量的理解,并影响着我们质保部门的工作。我们的工作正在从单纯的组件分析转向整体系统视角。在此过程中,我们将会越来越多地借助虚拟和数字方法。"如今,该领域的员工已经在整个产品创建的过程中进行了数据收集。Werner Zimmermann表示:“我们的质保工作正在从检测走向控制。”

对于豪华车而言,品质尤为重要。悬挂系统的精度、间隙尺寸的完善、工艺和材料的品质,是汽车整体品质的试金石。车辆各个功能的可靠性也是品质的重要因素。

Zimmermann说:“质保部门的每一位员工都是品质大使。”他的专家团队在新产品开发的早期就参与其中,在概念方面提供见解或是与设计团队协调材料的选择。质保伴随着整个开发过程,目的是付诸实践并完善新的功能和特性。早期介入可以避免流程后期的更改及其产生的额外成本。Zimmermann说:“越早发现并消除错误,公司的成本效益就越高,” 他还补充道:“因此,在质保上节省始终是代价最昂贵的方案。”

精测样架

奥迪方面告诉记者,如今在每款奥迪的开发过程中,数据记录的使用比过去提早了很多。精测样架及测量部门负责人Marcus Hoffmann表示:“如今的数字精测样架,使得我们可以提前将我们的专业知识投入到产品创建过程中去,甚至可以早至生产开始的两年半之前。”据悉,以前奥迪在生产开始十个月前才开始检测实体零部件,而现在这项工作基本上可以利用3D模型提前进行。

以新款奥迪A8为例。触觉反馈功能的触控面板需要检测的传统操控大大减少了。除了决定零部件的契合度及触感,质保部门的工作还包括多媒体系统的功能主题。

在内饰精测样架和外部精测样架方面,实体零部件和数字数据之间的界限越来越模糊。以前只是通过人工对表面检查来进行高端品质的审核,今天所需的步骤可以由带有高精度光学感应器的光度传感单元机器人来执行。之后一键即可将生成的数据将与其它零部件进行对比。

基础:传统外部和内饰精测样架

外部精测样架使组件的装配能够在生产开始前进行检查和优化。这包括协调所有外部可见的部件的安装配合。这些部件涵盖如车门、发动机罩、尾板等钣金件,以及如保险杠,前灯,尾灯,车窗,后视镜,车门把手,扰流板和压条等外饰件。奥迪质保部门在使用精测样架工作时应用了四十多个测量系统。这些系统的测量精确度小于0.1 毫米。外部装配工序之前,还使用到了其它的工具。例如,接头精测样架用于检查车身底板及其各个部件 (如前、后地板) 尺寸的契合度,并做出相应的裁剪修整。这确保了所有组件在随后的组装过程中高度契合,相互之间不产生任何拉力或压力,这是每一辆奥迪高端质感的基本要求。

使用外部功能模块,工作人员可以在本地零基准环境下——即没有差值的环境下分析车型的外饰件。修正数据从这个过程产生,用于在早期阶段优化零部件。当部件安置到模块上,它们会被添加到外部精测样架进一步微调。

外部精测样架零基准环境下的工作于车型生产的十个月前开始。员工在基准车身上安装先前检查过的车身表面及其附件 (如车门、引擎罩和车盖) 等钣金件。外饰件也一起组装,以便分析车身所有部件的相互作用。这使工作人员能够采用循序渐进的方法来优化零部件的尺寸公差,达到紧密配合,完善接缝。

其他微调步骤,工作人员使用与外部精测样架相似的方式配置基准车身。这样做是为了将最后详细的喷漆步骤考虑在内。即使喷漆只有大约百分之十五毫米厚,这在尺寸优化中也是一个重要环节。

值得一提的是,奥迪汽车的接缝模式并不总是遵循精确的数学,比例感同样重要。以前保险杠为例,在过渡到挡泥板的位置略向后偏移,这样用户从上看下去,总能感到过渡的和谐,这也是最常见的视角。另一个例子是加油口盖的接缝。这里上接缝比下接缝略窄,使得主观感觉上感觉更贴合。

除了尺寸的契合,外部精测样架能生成关于钣金件、铝材、聚合物部件的光泽度及触感方面的信息。此外,它还提供有关所有组件的紧固程度和组装便利性等信息。以便开发人员辨别该组件是否有优化的潜力。

奥迪对车辆内饰的精度也非常重视。内饰精测样架是按照特定的图纸或指定的大小量身定制,因此,在内饰零部件安装点上没有偏差。质保员工在生产开始十个月前根据实体零部件的相互配合情况对其进行精确地调整。在这个过程中使用了视觉和触觉测量方法。

除了功能性标准 (如门或挡板等附件移动自由,安装简单省时,紧密配合) ,内饰精测样架也注重视觉性能。所有零部件都要检查凹凸不平或碰伤,以及平整度—例如中央仪表盘及其众多组件。质保内饰精测样架对最微小的细节也毫不怠慢。无论是在压条上的最小毛刺,还是在扬声器盖上穿孔边缘的视觉不均匀,每一个小缺点工程师都与供应商讨论并纠正,力求达到期望的奥迪品质。

当前:精测样架数字化

先进的数字化在测量技术方面提供了全新的可能性,在过去的几年中,它把精测样架的工作提升到了一个新的水平。光学测量单元是完成许多新任务的技术基础。实现了对钣金件和饰件的表面质量进行自动化及客观的分析。

精测样架新增了双车库大小的光学测量单元,代表了迈向虚拟精测样架方向的重要一步。两个具有八轴运动学和高分辨率光学传感器 (1600万像素) 的机器人同时捕获车身的几何形状和表面。将整个车身完整数字化所需的时间从48小时减少到仅仅4小时。

光学测量与触觉测量技术相比,优点之一在于它可以在不接触材料的情况下完成测量。这使得即使是软材料,如密封和座椅都得到精确测量。它不只是测量单个点,而是精确地测量整个表面区域。通过光度测量单元获得的数据是进一步的精测样架工作步骤的重要依据。

虚拟结合

现有CAD数据已经在产品创建阶段的早期阶段与精测样架结合。所谓的虚拟结合还可以将第一个单独组件的CAD数据与数字化测量数据进行比较。进一步举例: 两个完全数字化的组件的数据记录可以进行核对,以检查组件的质量,并在必要时进一步优化。

例如,新奥迪RS 4 Avant的加油口盖可以使用虚拟结合演示其各种可能性。在早期开发阶段,车身组件仅为CAD数据记录,通过软件与加油口盖实体的数字测量数据合并。如今,通过接触面曲线以及轮廓和半径几何的交互式分析,质保人员可以比以前更快地确定对修正的需要——远远早在汽车组装之前。

数字基准样品

汽车的系列化生产中的部件必须与精测样架的合格性认证状况相对应。所谓的基准样品会保存到此款车型生命周期或更久的时间,可以随时用于对比。

除了这些实体基准样品外,奥迪在过去几年一直在增加数字基准样品的使用。组件合格性认证结束时记录的这些3D数据记录作为基准,就像以前的实体基准样本一样。供应商的系列生产过程和奥迪自己的生产过程中,都实现了对比的可能性。数字基准样品确保了奥迪全球生产基地的快速供货率以及国际间的兼容性和互换性。实体部件存储空间和货架逐渐被淘汰,效率增益的同时也有利于可持续发展。

电气化:功能性内饰精测样架

奥迪正在完成数字化转型:仪表板上的传统开关数量将在未来大幅减少。目前的奥迪A4,仍然有22个,但据记者了解,在2018年首发的新款奥迪A6中,传统开关只保留几个。这给质保带来了新的挑战,曾经的重点是旋钮触觉和声音协调。现在一切都围绕着黑色电子控制面板外观。

为了能够充分评估数字控制和虚拟过程,奥迪使得内饰精测样架进一步电气化,创造了功能性内饰精测样架。配备了新部件,内部所有功能都可以建模。因此,电气控制元件安装时的行为可以在新车型的早期发展阶段进行检查。

功能性内饰精测样架将在新款奥迪A6的开发中首次使用,并配备了此车型原有的吊装钢索。这样新的奥迪车型所有内饰功能都可以实现模拟。无论是电动车窗,座椅调整设置,环境照明,抬头显示,奥迪虚拟驾驶舱还是触摸屏。

声音和触觉反馈的结合,以及熟悉的触摸手势,如同在智能手机上滑动,使操作变得更安全,直观和快速。当驾驶员通过触摸屏或者新玻璃外观按钮激活一个功能,他/她可以听到和感觉到点击作为确认。功能性内饰精测样架不仅可以用来检查新的控制元件,还能微调数字显示和用户界面的精度。

在功能调整过程中,奥迪质保系统还监控黑色面板控制元件周围的配合和间隙。今天,内饰的连接件已经不仅仅只有美学功能。例如,在极端温度的情况下,将装饰性内饰作为触摸屏的扩展。

许多奥迪车型的环境照明对整体内饰的感官有很大的影响作用。因此,功能性内饰精测样架还评估散射和漏光。光线在不理想的地方泄漏,还评估可能的反射光。其目的是在白天和夜晚的光线能够与车辆内饰照明完美互动。

未来:虚拟精测样架

今天,触觉和光学测量已经为单个零部件提供了精确的数据记录,这些组件可以通过虚拟连接在任何时候与其他部件进行比较。在未来,奥迪也将把各种施加的外力,例如打开和关闭引擎盖,转换成数字数据记录,并利用它们进行复杂的模拟。软密封,在运动过程中由各种力相互作用引起的变形——在未来,将有非常复杂的算法,在强大计算机的支持下即可一键获取实时分析数据。奥迪质保正向虚拟总装精测样架迈进。

半导体实验室

自动驾驶,动力系统电气化,日益发展的车联网及周边——所有这些创新都是基于强大的半导体技术。“在今天的汽车中,超过80%的创新是由微电子技术实现的”质保半导体专家Stefan Simon说。“总的来说,如今的汽车里有多达100个互联的控制单元,其中包括多达8000个活跃的半导体。每一个都比第一枚登月火箭具有更强大的计算能力。

奥迪半导体实验室按照预防性质量管理的原则工作。作为半导体质量和分析以及装配和连接技术等课题的中心接点,它实现了一个重要的接口功能。这既适用于公司内部,又可与来自工业和研究的外部合作伙伴联系。奥迪半导体实验室支持跨业务和多学科部件和组件评估、制造和生产的进程。另一个核心任务是所有专业领域的员工的资格认证。

半导体实验室工作人员评估了各个部件——控制单元的内部运作的适应性、可靠性和生产质量。在开发过程的早期,员工要检查半导体芯片,必须满足要求才能在汽车上使用。这些明显不同于其他应用。智能手机的平均寿命是两年,汽车却大约是15年。更甚者,汽车所受的使用和应变不能与智能手机相比。半导体专家Oliver Senftleben 解释说:“半导体必须以不同的方式来设计和制造,要考虑汽车中发生的温差、湿度和振动。”

组件可以在实验室中进行测试,以检测可能发生在汽车中的老化机理。气候室的老化就是这样的一个测试。物理分析也被用来调查老化行为和生产质量。此外,半导体实验室配备了现代X光机和扫描电子显微镜。对于半导体芯片的特殊分析,专家们与材料实验室的同事们密切合作,例如用聚焦离子束 (FIB),带有聚焦离子束的扫描电子显微镜,进行样品制备。这可用于检查控制单元中可能出现的过程错误。 

数字化

最近几年,消费优先级发生了巨大变化。虽然消费者还在车辆的性能,但同时也密切关注设计方面,他们还期望新的技术,如实时交通数据通过奥迪连接、他们的智能手机与车辆的无障碍连接,以及最新的驾驶辅助系统。

为满足这些用户的要求,汽车行业必须越来越多地应用半导体部件,为了确保电子产品能够提供所需的高性能,它们预先经过了验证。奥迪半导体实验室在消费者部门 (0°c 到40°c) 习惯的标准与汽车工业 (-40°c 至125° c) 的标准进行比较,并检查寿命要求。

例如,奥迪MMI多媒体交互系统连接应用程序可用于查询车辆的当前状态,操作内部空调系统或检查充电状态。因此,汽车经常与环境联系在一起,从而大大增加了连接组件的正常运行时间。这些组件的活跃时间可长大3万小时,比车辆生命周期更长。一些未来的应用程序将必须“永不间断”工作。

autoSWIFT–为汽车行业量身定做的电子元件

为了在行业中取得高创新的速度,并能够对新的发展迅速作出反应,奥迪AG与半导体领域和电子工业领先的企业合作。同FZI Forschungszentrum Informatik,Globalfoundries,HOOD GmbH,Infineon Technologies AG和Robert Bosch GmbH一道建立一个标准化的技术评估的基础。“autoSWIFT”的研究项目代表“在整个汽车附加值创造链中,电子系统的快速创新周期”。它将目光投向了以最新制造技术为基础的创新性和高质量的电子元器件,其速度比以前更适合于车辆。

半导体实验室的专家和autoSWIFT项目的总负责人Helmut Lochner解释说:“跨公司和跨学科共同发展汽车零部件的目的是,使在其发展阶段早期评估其是否适合今后的科技,并尽早纳入产品的发展进程。”这将使最新的半导体技术与汽车工业的高质量标准相协调。

电气化

奥迪正在加紧推进其驾驶系统的电气化。电力电子构成了每一个电气化车辆跳动的心脏。其核心是脉冲宽度调制逆变器-从技术角度来看,这是要求最严苛的组件之一。它将高压电池的直流电压转换为三相交流电,为电动机供电。脉冲宽度调制逆变器中的高性能半导体有一个面积约1平方厘米 (0.4 平方英寸)的表面。每一个表面都必须以10kHz频率切换超过100安培电流。尽管有高效的冷却,由此产生的芯片电源损耗导致电子接点连接的快速老化。

从奥迪Q5 hybrid quattro (2011)开始,到奥迪Q7 e-tron quattro,再到未来的全电动奥迪e-tron (2018),半导体实验室的员工支持并确保了其电力电子技术发展的进程。他们的工作包括评估各自的芯片和散热器之间的技术连接,并且保证必要的热量连接。在此过程中,老化机制与特殊程序所涉及的个别技术都得到了同等的重视,其中包括焊接、电线粘合等安装和连接技术。这一结果对建立一个集团范围的准则至关重要,该规范在2017年被部分转换为德国工业标准。

RoBE——电子车辆的粘结稳定性

为了在生产过程中为每个单独粘结提供可靠的服务寿命预测,奥迪联合合作伙伴开发RoBE (电子车辆的粘结稳定性) 项目。目标是为典型消费电子产品至少增加两倍的粘结寿命。该项目,同时包含Fraunhofer IZM和 Fraunhofer ILT研究机构的加入,将努力加深对这些变量和粘接技术的机电关系的理解。目前正在开发替代的生产技术,如激光束焊接,并研究了新的线塑材料,以克服当今工艺的限制。

工业和研究机构对创新解决方案进行合作研究的最重要杠杆是在整个开发和创造链中汇集能力。新技术的评估标准和测试标准通常还不存在。因此,半导体实验室在项目前期阶段就参与了特定的质量规范的开发,甚至推动了它们在各个行业的发展。

自动驾驶

新款奥迪A8是世界上第一个批量生产的L3级自动驾驶汽车。奥迪AI交通堵塞自动驾驶在60公里/小时 (37.3 英里/小时) 的缓慢行驶的公路和车道接管驾驶,并可以在有物理屏障的反方向车道行驶。在自动驾驶过程中,中央驾驶辅助控制系统 (zFAS) 现在通过合并传感器数据来永久计算周围环境的图像。除了雷达传感器、前摄相机和超声波传感器之外,奥迪还是第一家使用激光扫描仪的汽车制造商。

扫描仪将远程雷达的视野从狭窄的35度扩展到145度。由于覆盖面广,不久的将来汽车将能够识别其他道路使用者和解释他们的行为,如进出车道。半导体实验室的生产技术专家罗Robert Kraus说:“你可以把激光扫描仪看成是一束光,用几分之一秒钟扫描汽车周围的环境。紧凑型外壳内的快速旋转的镜面,可以在扫描的区域中以较小的增量引导大功率激光二极管的光束。新的激光扫描仪不仅能检测障碍物,还能确定它们的确切距离。它通过测量激光脉冲发射到光电二极管检测的时间来做到这一点。

记者了解到,自2014年以来,半导体实验室的员工一直在为全新一代奥迪A8的激光扫描仪的首次使用做准备。与技术开发合作,他们定义了部件及其各个组件的全面规格和要求。在第一次使用在汽车分支和曾经只使用在在消费电子上之前,激光二极管作为复杂实验室试验的一部分经受了许多路试检验和详细的分析。在这些结果的基础上,对二极管的制造过程进行了优化,以满足其所需的质量要求。

路试检验

在一个新的奥迪车型得到系列生产的批准前,可靠测试于试产车辆上执行。重点放在整车具有的全部连接功能。奥迪专家审查并评估可能导致用户投诉的所有方面。

在实际可靠性试验前2年开始规划有关设备、位置和驾驶风格的试产车辆。路试检验大约在生产开始前半年进行,此时采用新型号的批量生产工具和完整软件生产的所有部件均可以使用。这就有足够的时间解决意想不到的技术难题,及进行技术的开发与生产。

这些车辆在全世界范围内行驶,这是因为顾客需要驾驶它们并进行全面的测试、分析和评估。奥迪使首次批量生产采用具有特制测试程序的奥迪车辆这一重大技术创新生效。如果所有部件和功能准备用于审批,将在验收道路试验期间提供新的车辆项目(如新A8)。

路试检验站

在世界范围的17个试验站进行路试检验。为了模拟用户操作,奥迪测试了温度范围为-30 - +50℃的所有气候区的试生产车辆。广泛的道路条件和交通状况也很重要。除了燃油质量外,近年来燃料电池车型的充电基础设施作为进一步路试检验标准变得越来越重要。

在路试检验期间,约有600辆试生产车辆在实际道路状况下行驶了50000–100000公里。有些汽车在2 -3年内行驶了200000公里。所有汽车都配备了特殊测量电缆和数据记录器,以便随后跟踪专家提出的任何问题。

除了试验公里外,驾驶时间也越来越受到关注。除了符合人体工程学布局的设计,奥迪还会检查连接系统的元件质量、音响效果和正常功能。作为路试检验的一部分,奥迪每年在不同国家和气候区行驶约3500万测试公里。该距离相当于世界各地约875次旅行、700,000行驶小时数。

从世界大都会中心到斯堪的纳维亚寒冷气候区,奥迪甚至在美国和非洲的沙漠干旱气候区的极端条件下测试车型的可靠性。

扩展质量验证

为了在早期阶段获得洞察力,甚至在实际路试检验之前协同技术开发进行扩展质量验证。这里的重点主要是电子和电气系统,例如信息娱乐系统和驾驶辅助系统。来自开发和质量保证的专家小组将特别配置的车辆进入道路。目标之一就是识别控制单元和通信错误。

用于扩展质量验证的汽车具有复杂的仪表板,有些仪表板为大行李箱尺寸。驾驶员和副驾驶员成对通过特殊功能检查表工作。作为这项工作的一部分,他们将汽车及其系统置于最极端荷载条件下。在背景中,仪器记录所有可用的数据,作为以后分析的基础。

用于数据分析的复杂仪器

质量保证人员使用数据记录器处理汽车数据处理不断增加的复杂度。在开始路试检验时将其安装在汽车内,并在时间期间运行。数据记录器用于全球所有站点,并不断收集车辆数据。记者获悉,新款A8进行路试检验期间记录了约80万亿字节数据。奥迪方面告诉记者,这可以确保满足全局验证的要求。数据记录器的使用既可以对整车的所有异常进行深入分析,也可以跟踪分别选定的验证级别。这种连续记录是检测偶发错误的唯一方法。

对记录的数据进行连续自动分析。如果发现问题,质量保证专家进行详细的分析。然后,他们定义纠正措施,并检查其额外可靠性的有效性。

自动驾驶的数字化

通过全新一代奥迪A8,奥迪正将新的驾驶辅助系统投入批量生产。在发布之前,质保人员已经通过数千公里测试验证了所有的系统功能及定义情景下的方案的执行。工程师们目前正专注于泊车辅助系统的工作。

“为了验证泊车辅助系统,我们做了几千次泊车测试。泊车次数不是主要问题,而是要考虑尽可能多的不同条件,如泊车位的尺寸和方向,以及泊车区的类型。这就是为什么我们也在世界各地的站点进行了泊车验证”,质保自动驾驶团队的Stefan Stümper博士说。

分析车辆动态的移动工具:CAR ASYST APP

分析移动中的汽车数据与在智能手机上更新软件一样简单。奥迪开发的CAR ASYST APP可以进行快速的故障和错误分析。CAR ASYST APP通过WiFi以太网适配器接受汽车的无线接入。智能手机的WiFi界面和汽车的故障诊断仪的以太网终端建立联系。通过互联网诊断协议进行信息交流。只需几秒,事件记忆和必需的测量数据就可读出,之后该软件会实时显示相应的数值。

除上述基本的分析功能外,汽车测量数据也可以与智能感应阅读器相连。比如,可以在加载汽车数据时使用智能手机的视频功能。由于以太网界面100 兆比特流/秒的高速度,控制部门的整个交流可以同时在所谓的镜像同步中记录,而无需额外的布线。技术服务的公司员工和汽车售卖点都会使用CAR ASYST APP来定期进行实时系统分析和快速故障诊断。看过以上内容,你是否还会认为奥迪这样的传统巨头大势已去,未来必将是以特斯拉为首的智能汽车制造商的天下?从奥迪身上,我们看到了一家百年老店深刻的危机感,这种危机感促成的全面彻底的数字化转型和对先进技术的布局,或将成为奥迪进入智能汽车时代的起点。

文章来源:36氪 作者:GentlemanZ

 



 

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