電動摩托車

汽車搭載藍牙、衛星定位甚至3G/4G聯網功能，已經是相當普及的規格，特別是藍牙跟衛星定位接收器，對大多數中階以上車款來說，幾乎已成標準配備。但摩托車搭載上述聯網功能的風潮，則是在最近兩三年才開始。 在創業團隊有濃厚手機產業背景的睿能(Gogoro)推出內建藍牙(Bluetooth)的電動摩托車，讓摩托車可借用手機內建的3G/4G數據機與衛星定位接收器，實現車聯網之後，傳統摩托車品牌廠也紛紛效法，在自家的電動摩托車上整合藍牙功能，進而讓目前市面上絕大多數的電動摩托車，均具備一定程度的聯網能力。 汽車供應鏈加持　摩托車聯網進展神速 藍牙技術從問世到打入汽車產業，進而成為目前許多車款的標準配備，前後花了近20年時光。但在電動摩托車問世後，短短兩三年內，幾乎所有台灣廠商生產的電動摩托車，都已經將藍牙當作標準配備。 台灣博世(Bosch)汽車原廠零件業務部總經理楊建新(圖1)認為，電動摩托車搭載網路通訊功能的比率之所以迅速提升，跟技術實作的成本有很大的關係。台灣的摩托車市場結構跟歐美有很大的不同，台灣民眾買摩托車，主要是為了通勤代步，但歐美民眾買摩托車，大多是因為休閒嗜好。因此，台灣的摩托車產品非常注重性價比，一台摩托車的生產成本通常只在1千歐元(約3.3萬元新台幣)上下，但歐洲摩托車廠的所推出的車款，主力是重型摩托車，整車的生產成本可達1萬歐元，甚至更高。 圖1  台灣博世汽車原廠零件業務部總經理楊建新 也因為歐美摩托車廠對成本的承擔能力高於台灣車廠，因此就市場現況來看，其實歐美的重型摩托車在聯網功能上，比台灣的電動摩托車來得更先進。很多重型摩托車都已經搭載衛星定位跟3G/4G通訊模組，不僅滿足歐美車主假日出遊的需要，同時也可以滿足歐盟的eCall法規要求。相較之下，台灣的摩托車在聯網功能方面，扣除共享業者訂製的特殊車款，大多數市售摩托車僅能支援藍牙功能。 事實上，有些歐美大型摩托車的聯網功能，跟汽車相比，已經相差不遠。這或許跟汽車、摩托車廠背後的Tier 1供應商，其實是同一批廠商有關。以Bosch為例，該公司有很多原本是為汽車開發的技術，現在已經轉移到摩托車上。但最重要的關鍵還是在客戶對成本的接受度，如果原本是以汽車為目標開發的技術、產品，經過適當調整後，能把成本降低到摩托車廠可接受的水準，摩托車製造商就會有導入的意願。 因此，長期來看，摩托車的聯網能力，一定會漸漸追上汽車。只要成本結構對了，汽車搭載的聯網技術，都有可能會出現在摩托車上。 共享車款必須獨立聯網　模組方案解難題 從楊建新的分析，不難推論出台灣車廠之所以偏好藍牙的原因。相較於3G/4G聯網，藍牙是成本低廉許多的聯網技術，藉由藍牙來連接智慧型手機，車廠可以省下內建行動網路數據機的成本，如果需要車聯網提供的服務，只要開發手機App即可。但這種系統架構需要付出什麼代價呢，又有何應用上的限制呢？ u-blox台灣區業務開發經理劉彥呈(圖2)分析，電動摩托車藉由手機來實現車聯網，雖然是一種很低成本的方法，但如果以摩托車主最需要的功能--定位與導航來看，其實是不太理想的作法。手機的定位與導航功能，要靠手機應用處理器來解算GNSS衛星訊號，因此非常耗電。相較之下，GNSS專用晶片的功耗比應用處理器低得多，故專門用來導航的設備，電池續航力通常會比開著定位功能的手機要長許多。 圖2  u-blox台灣區業務開發經理劉彥呈 如果是銷售給一般消費者的摩托車，這項缺點或許還可以接受，但若是共享業者的摩托車，則獨立的定位與聯網功能，將會是必備功能。藉由手機來實現定位跟聯網，最大的問題是車主不能離開摩托車，一旦車主離開，摩托車就會暫時失去透過網路回報位置跟車輛狀況給共享業者的能力，直到下一個使用者的手機跟摩托車重新連線為止。因此，共享業者若要時時掌握自家資產的狀況，則摩托車獨立聯網的能力，將是很基本的規格需求。 然而，要在摩托車上內建獨立聯網功能，對車廠來說，有三個很高的門檻要跨過。首先，車廠必須要有3G/4G通訊子系統的設計能力，但射頻(RF)系統的設計研發是一門專業，除了要有熟悉RF的設計人才外，車廠還要負擔高昂的前期設備投資成本，例如頻譜儀、向量網路分析儀等RF系統開發的必備儀器，還有微波暗室等量測環境配套。 其次，因為聯網摩托車必然要搭配電信業者的行動網路服務，故電信業者會要求摩托車通過入網測試，就跟手機一樣。然不同電信業者的入網測試標準不一，有些電信業者的入網測試十分繁複，測試費用也不便宜，特別是歐美的電信業者。如果車廠的聯網摩托車要銷往歐美市場，入網測試也會是一道非常難以跨越的門檻。 第三，行動通訊技術的智財(IP)授權，對摩托車廠來說，是一個很棘手問題。任何產品製造商要開發支援行動通訊技術的產品，都需要支付一筆為數不低的權利金給擁有相關智財權的業者，否則會有侵權問題產生。摩托車廠對於這些行動通訊產業已經行之有年的遊戲規則較不熟悉，稍有不甚就可能引來官司。 這三道門檻就是獨立聯網摩托車現階段之所以還無法普及的主要原因。但u-blox認為，這些問題是有解的。藉由高整合度的模組，完善的參考設計跟設計指南，車廠不需要擁有完整的RF研發團隊跟設備資源，也能將行動聯網功能整合到自家的產品上；如果模組供應商提供的方案已通過全球各大電信業者的入網測試，車廠通常也不太需要擔心入網測試的問題。最後，模組供應商若有夠強的智財專利組合，也能幫客戶撐起IP保護傘，降低侵權風險。 u-blox在車載通訊市場上已耕耘多年，這些摩托車導入聯網功能時會遇到的問題，其實在汽車市場上也會遇到，因此u-blox早已做好準備，並累積了許多處理這類問題的經驗。u-blox針對車載市場提供的方案不只是模組，還有完整的參考設計，電信入網測試的問題也已經預先解決，因此車廠或車載通訊設備製造商不用煩惱RF設計跟入網測試的問題。至於在IP授權方面，因為u-blox本身也有完整的IP組合，因此可為客戶提供一定程度的專利保護。 共享業者話語權漸增　帶動獨立聯網普及 雖然銷售給一般消費者的摩托車款不一定要具備獨立聯網功能，但由於共享服務商業模式興起，站在車廠的角度，來自這類企業客戶的營收占比，未來將會明顯成長。因此，開發客製化的摩托車款，以滿足企業客戶的需求，將會是車廠很重要的營運方向。台灣已有部分車廠直接跳下來經營共享摩托車業務，正顯示共享業務的發展趨勢，未來將會對車廠的營運產生重大影響。 楊建新認為，共享商業模式是交通產業一個很重要的發展趨勢。在汽車產業，很多共享服務業者，對車廠的影響力跟談判權，已經不容小看。例如中國的滴滴出行，就已經有能力直接跟車廠開規格，要求車廠提供客製化的車款。他相信，類似的案例在摩托車產業也會越來越常見，例如中華汽車本身除了生產eMoving電動摩托車之外，也提供WeMo客製化的電動摩托車，產品規格跟面向一般市場銷售的eMoving有所差異。 具體來說，WeMo所使用的eMoving車款，都搭載了WeMo自行開發的4G智慧控制盒，這是一般市售的中華eMoving電動摩托車所沒有的。 劉彥呈也抱持類似的觀點，並認為電動摩托車跟共享服務業者，將會是u-blox在台灣的重要新客戶群。因為共享摩托車的興起，會帶動獨立聯網功能的需求，而這也是u-blox在現有的車載通訊、工控設備之外，一個進一步擴大業務領域的契機。 額外附加功能拉抬獨立聯網需求 至於針對一般大眾銷售的摩托車，如果要採用獨立聯網架構，必須要提出其他額外的行銷訴求，才有機會說服消費者額外花錢。哪些功能有機會說服摩托車主購買更昂貴，但功能更高階的摩托車呢？答案可能還是要從汽車車聯網的發展軌跡去尋找。 歐盟自2018年4月起，已經將eCall列為所有在歐盟境內銷售的新車都必須強制支援的系統，當車主發生交通事故時，eCall系統會自動通報警察跟救援單位，更快趕到事故現場。雖然歐盟政府並未強制摩托車必須搭載eCall，但這項功能已經不再是汽車的專利，德國BMW就走在法規之前，在自家所生產的重型摩托車上搭載eCall，為BMW摩托車的車主提供更多保障。 另一方面，歐盟預計在2022年將智慧限速(Intelligent Speed Assistance)列為新車必須強制支援的功能，在這個功能輔助下，未來汽車在道路上行駛時，會自動依照該路段的速限調整行車速度。BMW也正在評估，要在自家的汽車跟重型摩托車上同步導入這項功能，但還沒做出最後決策。 至於摩托車的行車導航，在數位儀表板逐漸普及的情況下，未來很可能會直接整合在摩托車的儀表板。事實上，目前台灣摩托車騎士把手機藉由車架放在龍頭上，當行車導航設備使用的做法，是相當危險的，因為手機導航的使用者介面不是為機車騎士所設計，上面有太多不必要的資訊，反而會讓騎士在馬路上分心。 因此有些國內外儀表板業者，已經開發出專為機車騎士設計行車導航介面。這類介面十分簡潔，只有左右轉、前進的箭號，類似Turn-by-turn導航模式，以避免騎士分心。而這種導航模式，最理想的方法還是要靠獨立的硬體GNSS來實現，否則機車騎士的手機一下子就會沒電了。 整體來看，從提高車主行車安全的角度去思考獨立聯網摩托車的賣點，應該會是個可行的方向。畢竟，摩托車是相對危險的交通工具，如果能提供更多安全保護機制，對於車主來說，會有一定的吸引力。

在汽車產業電氣化如火如荼進行之際，摩托車也同步掀起電氣化熱潮。在Gogoro等新創公司帶頭試水溫，獲得不錯的市場回響後，傳統摩托車廠也紛紛展開相關布局，進而確立了摩托車電氣化的趨勢。 摩托車電氣化，將使得摩托車對電子零組件的需求大增，但也正如同電動汽車將對傳統引擎車的生態系統造成巨大衝擊，電動摩托車對現有摩托車產業的影響，同樣不容小看。從最上游的車廠研發端，到最下游的摩托車行，都必須做好面對衝擊跟挑戰的準備。 摩托車電子元件走向汽車規格 有趣的是，在電動摩托車竄起的過程中，來自汽車供應鏈的業者提供了不少幫助。台灣瑞薩(Renesas)電子車用事業部副理黃源旗(圖1)表示，其實摩托車跟汽車的供應鏈中，有不少廠商是重疊的，特別是Tier 1供應商。 圖1  台灣瑞薩電子車用事業部副理黃源旗 因此，在電動摩托車的發展過程中，供應鏈很明顯地分成兩個陣營，一派是沒有跟國際級Tier 1零部件供應商或國際車廠合作經驗的業者，這些供應商至今還是會在自家的產品中採用工規，甚至少部分商規元件。但如果是已經跟國際車廠/Tier 1有業務往來的供應商，基本上都會採用車規元件來開發自己的產品。 黃源旗解釋，汽車產業對於零部件的研發跟製造流程有很嚴謹的規定，有能力接車廠或Tier 1訂單的業者，一定要配合客戶的一整套流程與組織規範，故這類廠商通常不會再花額外的資源去發展或維護非車規的產品線。這是電動摩托車供應鏈之所以會分成兩個陣營的原因。 而隨著電動摩托車廠商近幾年累積了越來越多實戰經驗，很多車廠跟零部件製造商發現，摩托車的生命週期雖然不如汽車可長達十多年，但從摩托車出廠到報廢，平均壽命期間仍可長達5~10年，如果使用商規元件，很可能會遇到元件停產，找不到替代品的風險。這會使得電動摩托車的後續保養維護變成非常麻煩的問題。 因此，電動摩托車的車廠跟相關供應鏈業者，已經有很高的比例採用與汽車同等規格的零件。雖然車規元件的成本遠比商規高出數倍，也比工規元件貴了不少，但除了一分錢一分貨，品質有保證之外，車規元件的保證供貨時間都非常長，也能讓車廠等相關業者省下可觀的備料成本。 簡言之，如果車廠或零部件供應商採用商規或工規元件，省的是前期成本，但產品售出之後的後勤支援成本會很高；反之，採用車規元件的前期成本雖高，後期的維修備料卻非常省事。台灣某本土摩托車廠在跨入電動摩托車市場初期，曾經推出過幾款採用商規元件的車型，但很快就轉向車規元件，原因也在於該車廠意識到，商規電子零組件的保證供貨時間不像機械零組件那麼長，但摩托車的生命週期，卻是大多數消費性電子產品的好幾倍。 摩托車電氣化帶動電子元件需求 伴隨著電氣化，摩托車也開始跟汽車一樣，電子零組件使用量明顯增加。舉例來說，傳統摩托車除了電子燃油噴射(EFI)跟儀表板的控制單元(ECU)之外，只有重型機車搭載的防鎖定煞車系統(ABS)會用到微控制器(MCU)。但電動摩托車則截然不同，雖然沒有EFI，但卻多了馬達控制、馬達驅動、電池管理系統(BMS)等更複雜的電子系統。 此外，為了擴大電動摩托車跟傳統摩托車的功能差異，電動摩托車基本上都內建聯網功能，只是聯網技術的選擇不同，有些選用3G、4G，有些則是透過藍牙(Bluetooth)來連接車主的手機，借用手機來實現車聯網。 單以動力總成(Powertrain)來看，一台電動摩托車至少就會用到主控MCU、閘極驅動IC、功率MOSFET，以及位置感測器等馬達驅控相關的電子元件。至於儀表板，車商為了創造新的使用者體驗，擴大與傳統摩托車的差異，近幾年明顯吹起一股儀表板數位化浪潮，並回頭影響了傳統摩托車所使用的儀表板設計。 黃源旗透露，瑞薩在儀表板MCU市場上，擁有六成左右的市占率。就該公司觀察，現在新出廠的車款所搭載的儀表板，不管是燃油摩托車或電動摩托車，都已經很少採用純指針式的，主流產品採用的是指針搭配Segment LCD，高階儀表板則是完全用TFT-LCD螢幕來顯示所有資訊。 這個趨勢也影響了瑞薩在相關MCU產品線的布局。指針式儀表板基本上只要16位元MCU搭配步進馬達驅控功能，就足以滿足需求，但由於現在已經很少有純指針式儀表板，因此瑞薩目前針對主流儀表板所設計的MCU方案，都已經直接內建Segment LCD驅動功能。至於TFT-LCD儀表板，則必須使用帶有2D圖形處理引擎的32位元MCU來做為主控晶片。 至於在馬達驅控方面，由於電動摩托車的車身遠比汽車小，因此車廠在開發產品時，對於馬達驅控的要求，最大的挑戰是跟功率密度有關的議題。英飛凌(Infineon)電源管理與多元電子事業處總監梁錦文(圖2)指出，如何在有限的空間內實現最大的功率輸出，並保持優異的系統熱性能，是電動摩托車製造商目前共同面臨的挑戰。 圖2  英飛凌電源管理與多元電子事業處總監梁錦文 狹小的空間、功率不低的馬達，再加上摩托車電池的輸出電壓通常在48V~96V之間，不像電動汽車的電池，輸出電壓可達200~500V，因此電動摩托車的馬達驅動電流其實不容小覷。小空間、大電流與高功率馬達的結合，對馬達系統的散熱是很大的考驗。因此，英飛凌解決方案的開發目標，是以幫助客戶工程師能在受限的空間裡安置盡可能小巧的馬達驅動板，實現最大的功率輸出，並保持優異的系統熱性能，力保車輛運行的可靠性和使用壽命。這些特性也是英飛凌與其他對手產品最主要的差異所在。 由於電動機車對於功率密度的要求相當高，未來GaNFET有沒有機會切入此一市場呢？梁錦文認為，這個機會是存在的。目前大部分電動摩托車的馬達驅動設計還是基於矽MOSFET，比如英飛凌的OptiMOS/StrongIRFET，然而，隨著摩托車製造商對於空間尺寸的進一步要求，相信GaNFET也會在馬達驅動領域加速普及應用。 在電池管理系統方面，對電動摩托車來說，最主要的考驗跟大電流需求有關。針對BMS，英飛凌提出的解決方案包含帶有充放電保護的大電流功率MOSFET、防偽認證的加密晶片和微控制器。 由於電動摩托車的電流大，其他普通的設計方案需要並聯很多顆功率MOSFET來處理，不僅帶來並聯一致性問題需要處理，而且保護電路板的面積也相應比較大，成本自然也會有壓力。英飛凌的BMS解決方案針對這個設計痛點，建議採用低導通電阻的OptiMOS/StrongIRFET，加上散熱性能優異的元件封裝，並聯數量大幅減少，損耗比較低，一致性和可靠性更高。 比如說，英飛凌的MOSFET採用TO-leadless封裝，在80V耐壓上實現業界最低導通電阻1.2毫歐姆，100V產品實現1.5毫歐姆，是目前業界最優秀的產品。有客戶採用英飛凌2顆TO-leadless封裝的MOSFET取代10顆PQFN5x6封裝的元件，不僅板子尺寸顯著減小，物料採購數量減少，整體成本也更有競爭力。 電氣化將帶來摩托車產業洗牌 摩托車電氣化的趨勢，對摩托車產業鏈處理電子設計問題的能力，是一個很大的考驗。前面提到的儀表板與動力總成系統，以往都是以機械結構為主，電子系統的含量很低。但電動摩托車所搭載的電子系統數量大增，使得這類產品已經不再是機械學門的從業人員所熟悉的應用，而是電機學門的應用。 有半導體業界人士指出，電子電機跟機械是兩個截然不同的領域，雖然摩托車廠都知道電氣化是擋不住的趨勢，也有心想在電動摩托車領域有一番作為，但摩托車畢竟是傳統產業，很難開出足以跟電子大廠競爭的薪水，吸引電子電機領域的人才加入。另一方面，摩托車產業過去幾十年來一直是機械領域的人主導，因此看事情的角度跟電子電機領域的公司不太一樣，這種組織文化的氛圍，也不利於傳統車廠吸引新一代的電機人才加入。 該人士所屬的公司曾主辦過多場針對機車業者規畫的技術座談會，但每次與這些來自機車領域的專家交流，都會覺得兩個行業真是隔行如隔山。舉例來說，要跟車廠專家談ECU的程式設計議題，機械背景的車廠研發人員往往是似懂非懂；馬達驅控的情況還好一些，因為馬達是橫跨電子與機械兩個領域的技術，學機械的人通常也會對馬達有一定的理解，但如果講的題目太偏馬達控制，只要一牽涉到演算法，就得花很多心力去解釋。 這些都還只停留在摩托車的核心系統層面，如果要進一步談摩托車聯網的議題，特別是用3G/4G技術來實現聯網功能，摩托車廠的工程師大概只能舉手投降，因為這會涉及到射頻(RF)設計的專業，離機械領域十分遙遠。另一方面，任何應用只要一牽涉到行動通訊技術，就得遵守電信、網通公司制定的遊戲規則，對車廠來說，想在摩托車上導入相關功能，風險是很大的。這也是目前電動摩托車大多只搭載藍牙技術的主因之一。 傳統車行面臨生存考驗 對整體摩托車相關產業來說，電氣化所帶來的衝擊不只出現在產品研發端，負責為廣大摩托車主提供維修保養的支援體系，受到的影響更大。傳統摩托車對維修保養的需求，撐起台灣兩萬多家摩托車行的營運，也造就了台灣摩托車行比便利商店還多的世界奇觀。但機油、齒輪油、煞車來令、火星塞、空氣濾清器、皮帶等傳統摩托車必須定期更換的耗材，電動摩托車都不需要，在摩托車逐步電氣化的過程中，支撐這些傳統車行營運的收入來源，也會跟著消失。 摩托車業內人士就指出，雖然Gogoro有意利用傳統車行的廣大通路來增加其電動摩托車的能見度，並提供更便利的維修服務給車主，但電動摩托車的維修保養需求遠比傳統油車來得少，從車行的角度來看，維修電動摩托車是很難經營的生意。更何況電動摩托車系統規格遠比油車來得更封閉，一家車行要為不同品牌的電動摩托車提供維修服務，是很困難的。 事實上，即便是傳統油車，也有一些核心零部件是很難維修的，例如噴射引擎的EFI功能若發生故障，一定得要靠原廠的診斷電腦才能檢測，但摩托車行要取得一家原廠的診斷電腦，都得投入大量資金，想取得不同原廠的診斷電腦，則幾乎是不可能的任務，因為原廠的診斷電腦只會提供簽約配合的車行，但這種合作關係是排他性的，如果某家車行跟A原廠簽約，就無法再與B原廠簽同樣的合作協議。 除了資本設備、零組件規格的問題外，要目前的摩托車維修技師學會修理電動摩托車，也是件很困難的事情。電動摩托車的維修複雜度跟重型摩托車相當，維修技師除了要有機械領域的知識外，還需掌握基礎電學知識，否則根本無從修起。 業界人士悲觀地總結說，上述問題若不能解決，即便Gogoro喊出2020年底前要與1,000家傳統車行合作的目標，能不能達成還是個未知數。如果把眼光放遠，比如十年後，台灣還能有多少摩托車行繼續生存下去，更是個問號。很多老一輩的車行老闆，都已經有幾年後不如把店收一收，退休享清福的打算；年輕的修車師傅則還有足夠的學習能力跟誘因，去培養電動摩托車的維修技能，但中生代(目前40~50歲)的車行老闆或修車師傅，則處在不上不下的尷尬階段。 時代進步不等人　適者才能出頭天 每當能撼動一個產業的顛覆性技術突破出現，總有受益者跟受害者。就像汽車從傳統內燃機引擎轉向電力驅動的過程中，雖然讓許多汽車電子元件的供應商受益，但車廠、供應鏈業者甚至維修服務體系，也必須重新調整策略跟組織，才能因應汽車電氣化所帶來的新挑戰。 由於台灣的本土汽車產業鏈規模有限，因此在汽車電氣化的過程中，沒有受到太大的衝擊。但同樣的故事，也正在摩托車產業中上演，摩托車電氣化所帶來的影響，台灣社會肯定會非常有感。因應衝擊的對策為何，不僅考驗政府，也考驗每一個摩托車相關產業的從業人員。