BMW begint deze maand met de productie van de nieuwe i3, met een claim die weliswaar minder spectaculair is dan het rijbereik, de acceleratie of de oplaadsnelheid, maar mogelijk belangrijker is voor de toekomst van de auto-industrie.

Dankzij de “Neue Klasse”-elektronica-architectuur wordt zo’n 600 meter aan bedrading bespaard en wordt een groot deel van de rekenkracht van de auto geconcentreerd in slechts vier centrale ‘superbreinen’.

Het is ook weer een teken dat de gevestigde orde in de Europese auto-industrie een les heeft geleerd die eerst door Tesla werd gedemonstreerd en vervolgens door Chinese fabrikanten van elektrische auto’s in een stroomversnelling werd gebracht.

Om op een efficiënte manier een elektrische auto te bouwen, is meer nodig dan alleen het vervangen van de verbrandingsmotor door een accu en motoren. De gehele elektronische architectuur moet worden vereenvoudigd, met minder afzonderlijke regeleenheden, kortere kabeltrajecten en veel meer software die is geconcentreerd in centrale computers.

Farley heeft een les geleerd van Tesla

Jim Farley, CEO van Ford, heeft verteld dat zijn ingenieurs precies dat probleem ontdekten toen ze Tesla en Chinese elektrische auto’s als referentie gebruikten, terwijl BMW zijn Neue Klasse inmiddels volgens dezelfde basisfilosofie heeft herontworpen.

Volgens BMW wordt bij de Neue Klasse-architectuur ongeveer 600 meter minder kabel gebruikt dan bij de vorige generatie en wordt het gewicht van de kabelbomen met 30% verminderd.

De auto is onderverdeeld in fysieke zones, waarbij sensoren en actuatoren zijn aangesloten op nabijgelegen besturingsmodules, in plaats van dat er overal in het voertuig afzonderlijke kabeltrajecten nodig zijn.

Daarboven bevinden zich vier krachtige computers die BMW “superbrains” noemt. Deze zorgen voor de rijdynamiek, het autonoom rijden en parkeren, het infotainmentsysteem en de basiscomfort- en carrosseriefuncties. Samen bieden ze tot twintig keer zoveel rekenkracht als de vorige systemen van BMW.

Niet alle ECU’s zijn vervangen

De vier supercomputers vervangen niet zomaar alle elektronische regeleenheden (ECU’s) in de auto. Voor onderdelen zoals de accu, de vermogenselektronica, de laadapparatuur, sensoren en actuatoren blijven speciale regelaars nodig. BMW behoudt ook eenvoudigere zoneregelers om die onderdelen met de centrale computers te verbinden.

Wat fundamenteel verandert, is waar de intelligentie zich bevindt. Functies die voorheen waren verdeeld over talrijke afzonderlijke, door leveranciers ontwikkelde ECU’s, worden steeds meer geconcentreerd in de vier centrale computers.

BMW maakt niet bekend hoeveel traditionele ECU’s er precies verdwijnen, dus het zou misleidend zijn om te zeggen dat vier computers 100 regeleenheden vervangen. De ‘Heart of Joy’-computer alleen al combineert echter functies op het gebied van aandrijving, remmen, recuperatie en chassisregeling waarvoor voorheen meerdere afzonderlijke regelaars nodig waren.

Die consolidatie is van belang omdat een moderne auto ruim 100 ECU’s kan bevatten. En elektrificatie maakt de situatie niet per se eenvoudiger.

Een conventionele auto met verbrandingsmotor heeft regeleenheden nodig voor de motor, de versnellingsbak, de emissiesystemen, de veiligheid, het comfort, het infotainmentsysteem en de steeds geavanceerdere rijhulpsystemen.

PHEV: het meest complex

Een hybride behoudt vrijwel al deze systemen, maar is bovendien uitgerust met een hoogspanningsaccu, een elektromotor, een omvormer en een hybride besturingssysteem. Een plug-in hybride beschikt daarnaast nog over oplaadelektronica en een geavanceerder hoogspannings- en thermisch beheer.

In technisch opzicht kan een PHEV daarom complexer zijn dan zowel een conventionele auto met verbrandingsmotor als een volledig nieuw ontworpen batterij-elektrische auto.

Een BEV heeft geen motormanagement, uitlaatgasnabehandeling en conventionele transmissie nodig, maar is wel voorzien van accubeheer, aandrijfomvormers, laadelektronica en thermische regeling voor het hoogspanningssysteem.

Of er uiteindelijk 70, 100 of meer besturingsmodules nodig zijn, hangt steeds minder af van het aandrijfsysteem en steeds meer van het ontwerp van de elektronische architectuur.

Wat Neue Klasse probeert te veranderen

Deze les raakt steeds meer ingeburgerd in de hele sector. Traditionele auto’s bevatten een verbazingwekkende hoeveelheid bedrading en een groot aantal afzonderlijke elektronische regeleenheden.

Elke extra kabel brengt extra kosten, gewicht, montagewerk en complexiteit met zich mee. De ontwikkeling naar softwaregestuurde voertuigen draait daarom niet alleen om schermen, apps en kunstmatige intelligentie. Het gaat ook om een radicale vereenvoudiging van het fysieke zenuwstelsel van de auto.

Jim Farley, CEO van Ford, heeft die les op de harde manier geleerd. Toen ingenieurs van Ford Tesla als referentie namen, ontdekten ze dat de kabelboom van de Mustang Mach-E ongeveer 1,6 kilometer langer en zo’n 32 kg zwaarder was dan die van de efficiënter ontworpen concurrent.

Farley zei later dat hij door deze ontdekking “verbijsterd” was en dat hieruit bleek in hoeverre de elektrische auto’s van de eerste generatie van Ford waren beïnvloed door de traditionele manier van denken bij de ontwikkeling van auto’s.

1,2 km bedrading doorsnijden

Ford is sindsdien teruggegaan naar de tekentafel. Het nieuwe Universal EV Platform, dat de basis moet vormen voor een nieuwe generatie betaalbare elektrische voertuigen, bevat meer dan 4.000 voet – ongeveer 1,2 kilometer – minder bedrading dan de elektrische SUV van de eerste generatie van Ford. De nieuwe kabelboom is bovendien ongeveer 10 kg lichter.

Dat klinkt indrukwekkender dan de besparing van 600 meter bij BMW, hoewel de cijfers niet rechtstreeks met elkaar te vergelijken zijn omdat de bedrijven verschillende voertuigen en architecturen als uitgangspunt nemen. Wat ze laten zien, is echter dezelfde technische trend.

Voor Farley werd de kabelboom een symbool van een veel groter concurrentieprobleem. Hij heeft herhaaldelijk gewaarschuwd dat Tesla en vooral Chinese fabrikanten van elektrische auto’s het tijdperk van de elektrische auto zijn binnengetreden met minder aannames die zijn overgenomen van auto’s met verbrandingsmotoren.

Zijn fascinatie voor Xiaomi is bijna een symbool geworden van dat besef. Farley liet een Xiaomi SU7 vanuit Shanghai naar Chicago importeren en reed er maandenlang in; hij zei destijds dat hij de auto niet wilde inleveren.

Ford heeft bovendien systematisch Chinese elektrische auto’s gedemonteerd om inzicht te krijgen in hoe de fabrikanten ervan lagere kosten, een strakkere integratie van elektronica en een snellere softwareontwikkeling realiseren.

De Chinezen boeken al jaren vooruitgang

Dat maakt het moeilijker om te beoordelen of de bewering klopt dat BMW nu het voortouw heeft genomen op het gebied van softwaregedefinieerde voertuigen. Chinese fabrikanten zetten al jaren in op gecentraliseerde verwerking.

XPeng introduceerde zijn X-EEA 3.0-architectuur, met centrale supercomputing, lokale controllers en Gigabit Ethernet, nog voordat de Neue Klasse in productie ging. Het bedrijf omschrijft zijn nieuwste generatie nu expliciet als een “architectuur met centrale verwerking en zonale besturing”.

Nio heeft een vergelijkbare koers gevolgd met zijn SkyOS-besturingssysteem voor voertuigen en de steeds verdergaande centralisatie van de rekenkracht. De nieuwste modellen van het merk combineren een enorme rekencapaciteit voor rijhulp, de cockpit en voertuigfuncties, terwijl de ontwikkeling van software en hardware steeds minder van elkaar afhankelijk wordt.

Xiaomi kiest voor een iets andere aanpak. In zijn nieuwste auto’s worden rijhulp, de digitale cockpit, voertuigbesturing en telecommunicatie gebundeld in een sterk geïntegreerde domeincontroller.

Het is nog steeds duidelijker ingedeeld op basis van functionele domeinen dan het fysieke zoneconcept van BMW, maar het doel is vergelijkbaar: minder behuizingen, minder dubbele hardware, kortere bedrading en meer controle over de software.

Verspreid over het modellengamma

De echte meerwaarde van Neue Klasse ligt wellicht niet alleen in het kleinere aantal kabels, maar ook in de manier waarop BMW de software loskoppelt van de onderliggende hardware.

Waar BMW wellicht een voorsprong heeft, is de mate waarin het de architectuur grondig heeft herzien en de breedte waarmee het deze wil inzetten. De elektronica van de Neue Klasse is niet bedoeld om beperkt te blijven tot een kleine reeks elektrische voertuigen.

BMW wil dat de technologie en de softwarearchitectuur in het hele modellengamma worden ingezet, zodat de softwareontwikkeling steeds minder afhankelijk wordt van afzonderlijke voertuiggeneraties en uiteindelijk ook van afzonderlijke hardwarecomponenten.

Dat verandert ook de relatie van BMW met zijn leveranciers. In een traditionele gedistribueerde architectuur bevindt een groot deel van de software zich in een ECU die door een Tier 1-leverancier voor een specifieke functie is ontwikkeld.

Als die functie moet worden aangepast, kan dat betekenen dat men terug moet naar die leverancier en zowel de hardware als de software moet aanpassen. Dankzij gecentraliseerde verwerking heeft BMW veel meer controle over de softwarelaag, waardoor het mogelijk eenvoudiger wordt om van hardwareleverancier te wisselen zonder de hele functie opnieuw te moeten schrijven.

150 traditionele zekeringen vervangen

Een ander opvallend onderdeel van de elektrische modernisering van de Neue Klasse is de introductie door BMW van digitaal gestuurde Smart eFuses. Deze kunnen tot wel 150 traditionele zekeringen vervangen en maken het mogelijk om afzonderlijke elektrische systemen uit te schakelen, afhankelijk van of de auto rijdt, geparkeerd staat, wordt opgeladen of een software-update ontvangt.

De echte doorbraak is dan ook niet dat BMW een slimme manier heeft gevonden om 600 meter kabel te besparen. Het is dat het bedrijf de auto opnieuw ontwerpt op basis van een fundamenteel andere filosofie op het gebied van elektronica.