解析新能源汽車市場的關(guān)鍵技術(shù)

如何打造更安全、舒適的智能型汽車

被動和主動安全系統(tǒng)開始與汽車中的其它電子系統(tǒng)融合，汽車正變得越來越自主、越來越智能。借助雷達(dá)、視覺檢測等高級駕駛員輔助系統(tǒng)的應(yīng)用，反應(yīng)速度遠(yuǎn)比駕駛員更快的電子系統(tǒng)將能接管控制權(quán)，降低事故的發(fā)生頻率和嚴(yán)重程度，并大幅提升駕駛體驗。本文將解密決戰(zhàn)未來新能源汽車市場的關(guān)鍵——BMS與ADAS。

汽車相關(guān)話題近年來總能在全球媒體占據(jù)很大的版面。一則，在經(jīng)濟不景氣的當(dāng)下，全球汽車市場面臨著不斷的震蕩;二則，全球?qū)?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/新能源">新能源汽車寄予太多的期望，新能源汽車的話題總是能吸引廣泛的關(guān)注。而對于汽車生產(chǎn)和制造的大國中國來說，還有汽車高速增長帶來的社會話題——汽車產(chǎn)業(yè)高速增長帶來的經(jīng)濟紅利，以及因此帶來的城市擁堵、環(huán)境污染以及交通安全，等等。

新技術(shù)在汽車上的應(yīng)用正在成為解決這些問題的關(guān)鍵。傳統(tǒng)汽車制造商希望利用創(chuàng)新的技術(shù)來在日趨激烈的市場競爭中搶占先機，甚至連“外行”的谷歌也悄無聲息地開展了數(shù)十萬公里的無人駕駛汽車的實驗。新能源汽車被視為解決汽車高速增長帶來的環(huán)境問題和石油消耗困境的靈丹妙藥，而電池管理和電機驅(qū)動技術(shù)已經(jīng)成為了決戰(zhàn)未來新能源汽車市場的關(guān)鍵。此外，用戶需求和政府法規(guī)也正在推動汽車在2012年具備更高的安全性和更豐富的智能性。

設(shè)計更安全、更智能的汽車

日前發(fā)布的中國國家《道路運輸業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃綱要》規(guī)定：“十二五”期間，危險品運輸車輛，國際道路運輸車輛，三類以上的班線和旅游客運車輛，以及應(yīng)急保障車隊車輛的衛(wèi)星定位系統(tǒng)的安裝率達(dá)到100%。業(yè)內(nèi)專家指出，汽車安全電子有望成為汽車安全設(shè)施的“標(biāo)配”。而國內(nèi)某知名媒體的一份調(diào)查報告也顯示：八成受訪者將安全性作為購車的首要標(biāo)準(zhǔn)。毫無疑問，在交通事故頻發(fā)的今天，汽車安全是汽車消費的關(guān)注焦點。同時，汽車作為一種給人們生活帶來極大便利的交通工具，其本身的駕駛便利性也是汽車市場競爭的熱點之一。除了前文所述谷歌的自動駕駛汽車，目前部分高檔汽車已經(jīng)具備了自動泊車功能，而通用汽車前不久則更是宣布，他們正在開發(fā)一種新技術(shù)，采用這種技術(shù)的汽車將自動尋找空車位并全自動地完成泊車過程。汽車智能化已然是當(dāng)今汽車發(fā)展的重要趨勢。

基于視覺的高級駕駛員輔助系統(tǒng)可以從多方面大大提高行車安全性和汽車智能特性。通過安裝后視/前視/側(cè)視攝像頭和視覺處理，電子控制單元(ECU)可以實現(xiàn)多種功能來幫助駕駛員提前防范風(fēng)險。受歡迎的應(yīng)用包括：車道偏離告警、遠(yuǎn)光近光調(diào)整、交通標(biāo)志識別、停車輔助、后視/環(huán)視和防撞等(見圖)。業(yè)界市場調(diào)查機構(gòu)的數(shù)據(jù)顯示：目前有70%的汽車具備后視功能，30%的高檔汽車具備前視功能，并且到2015年這一比例預(yù)計將會達(dá)到60%。

圖1：高級駕駛輔助系統(tǒng)在汽車主動安全中有廣泛應(yīng)用

在被動安全方面，包含正面氣囊的輔助防護安全系統(tǒng)(SRS)已經(jīng)成為很多中檔轎車的標(biāo)準(zhǔn)配置。隨著側(cè)面安全氣囊、簾式安全氣囊等氣囊數(shù)的增多，SRS正在向更先進(jìn)的氣囊系統(tǒng)發(fā)展。未來的趨勢是低檔轎車中將兩個正面氣囊作為標(biāo)準(zhǔn)配置，而中高檔轎車中則將出現(xiàn)六個或更多氣囊，同時，安全氣囊還將趨向于向智能化和集成化兩個方面發(fā)展。

來自iSuppli公司的汽車研究專題報告顯示：2011年高級駕駛輔助系統(tǒng)市場將達(dá)到16.5億美元的營收，比2010年的10.5億美元大增57%，2012年該增長率則將上升到63%。作為全球汽車電子技術(shù)的領(lǐng)先提供商，ADI公司的觀察是：目前全球主要的汽車供應(yīng)商和OEM廠商都在利用ADI公司的領(lǐng)先高性能信號處理技術(shù)，在汽車上實施并部署各種基于雷達(dá)和視覺的高級駕駛員輔助系統(tǒng)。

這些能為汽車帶來極大安全提升的技術(shù)正在從高端車的“專利”向中、低端車普及，而更低成本的電子器件解決方案將大大縮短這一過程。例如：ADI在2011年年中推出的高集成度AD8283汽車?yán)走_(dá)模擬前端芯片就是這樣一款產(chǎn)品，它在單塊芯片中包含了接收路徑信號調(diào)理和數(shù)據(jù)采集電路，讓雷達(dá)系統(tǒng)可以接收更多數(shù)量的發(fā)射信號并進(jìn)行解碼，更重要的是，該芯片使汽車廠商能以低廉的成本實現(xiàn)以前在高端車中實現(xiàn)的車載雷達(dá)系統(tǒng)。ADI公司的匯聚式處理器Blackfin能夠提供成熟可靠的高性能視頻處理解決方案，適用于從單功能到多功能的各種系統(tǒng)。ADI新一代處理器中集成的視覺預(yù)處理器能夠顯著地減輕處理器的負(fù)擔(dān)，從而降低對處理器的性能要求，并進(jìn)一步降低系統(tǒng)的實現(xiàn)成本。此外，ADI優(yōu)化的編譯器和“圖像工具箱”算法庫能夠最大程度地提高效率和MIPS，基于軟件的結(jié)構(gòu)有助于用戶快速推出與眾不同的終端產(chǎn)品。同時，ADI豐富的產(chǎn)品線還提供了視頻解碼器/編碼器、視頻多路復(fù)用器/開關(guān)和視頻放大器，能夠為客戶提供系統(tǒng)的解決方案。

不斷進(jìn)步的半導(dǎo)體技術(shù)為廠商提供了更多的領(lǐng)先選擇，例如：在被動安全和主動安全設(shè)計中應(yīng)用廣泛的MEMS產(chǎn)品上，ADI下一代MEMS產(chǎn)品的集成度將會更高(例如：把陀螺儀和低g加速度傳感器集成到一起，等等)。高集成MEMS(加速度傳感器和陀螺儀集成在一起的ADXRS8XX，低g值和高g值的加速度傳感器集成在一起的ADXL2XX)已經(jīng)在研發(fā)中。

電池管理技術(shù)是新能源汽車的關(guān)鍵

電池技術(shù)是新能源汽車的重要驅(qū)動力。目前，新能源汽車中的電池對新能源汽車的發(fā)展帶來了很大的挑戰(zhàn)，例如：如何改善電池的充電時間、使用壽命、減輕電池的重量，增加電池的續(xù)航能力、降低成本、保證使用安全等等問題，都是新能源汽車迫切需要并且必須解決的問題。

最近，隨著業(yè)界對電池電量計算的精度要求不斷提高，以及越來越優(yōu)異的電池工藝技術(shù)的出現(xiàn)，結(jié)果使得電池充放電曲線更加平坦，因此，電池管理芯片需要擁有更高的測量精度。另外，由于鋰電池的失效特性，電池管理系統(tǒng)的可靠性和安全性至關(guān)重要。國內(nèi)廠商開始關(guān)注系統(tǒng)級的安全性設(shè)計，以及ISO26262標(biāo)準(zhǔn)的引入。在電池管理芯片領(lǐng)域，主流半導(dǎo)體廠商均在芯片中集成了越來越完備的故障報錯機制、數(shù)據(jù)校驗機制、以及冗余監(jiān)控機制，以幫助客戶實現(xiàn)更高等級的系統(tǒng)級安全。

此外，很多廠商開始關(guān)注效率更高的主動式電池均衡，以降低電池管理模塊的發(fā)熱，節(jié)省電量消耗，這幾個新的技術(shù)趨勢也是目前ADI在電池管理芯片領(lǐng)域致力的方向。這些問題的解決，意味著消費者所擔(dān)心的電池系統(tǒng)安全性、電池的使用壽命以及成本等一系列問題將隨之迎刃而解，這將加快新能源汽車的普及速度。

在新能源汽車中的鉛酸電池控制是提高能源效率的關(guān)鍵一環(huán)，在這一領(lǐng)域，ADI在歐美市場占有超過95%的市場份額。除了鉛酸電池外，ADI也已經(jīng)推出一系列可應(yīng)用在混合動力車及純電動車上面的鋰電池監(jiān)控和保護系統(tǒng)產(chǎn)品。該系統(tǒng)集成鋰電池安全監(jiān)控器，可以幫助用戶實現(xiàn)故障安全電路，并為之構(gòu)建安全環(huán)境的安全監(jiān)控器件。這款全新的監(jiān)控器為設(shè)計人員提供了開發(fā)完整電池監(jiān)控和保護系統(tǒng)前端所需的最終解決方案。AD7280A/8280為集成式解決方案，可以監(jiān)控六個電池單元的電壓和溫度輸入，增強型的菊花鏈接口，可靈活匹配不同電池節(jié)數(shù)的電池包架構(gòu)。該器件由電池組供電，可以針對過壓、過溫或欠壓這三種狀況中的任何一種提供共享式或單獨式報警。

在電機控制部分，ADI的旋轉(zhuǎn)變壓器解碼器AD2S12xx系列，提供了12至16位的角度分辨率以及高至3000轉(zhuǎn)/秒的跟蹤速度，廣泛地應(yīng)用于永磁同步電機驅(qū)動器。對于電源管理方面的挑戰(zhàn)，ADI正在開發(fā)鋰離子電池監(jiān)測技術(shù)，包括快速準(zhǔn)確地監(jiān)測和安全地控制混合電動汽車中使用的鋰離子電池組所要求的所有功能。與現(xiàn)有的芯片方案不同，這種新的電池監(jiān)測技術(shù)具有非常全面的功能，包括電壓和溫度測量、故障報警輸出以及電池平衡能力，并且具有同類最高的技術(shù)指標(biāo)。由于無需使用多重隔離器就可將器件堆疊在高壓環(huán)境中，該技術(shù)可以節(jié)省系統(tǒng)成本。

本文小結(jié)

隨著更多的安全和智能配置成為汽車的標(biāo)配，當(dāng)前廠商所面臨的挑戰(zhàn)在于，如何以最低的成本使產(chǎn)品具有最小的尺寸，最高的可靠性，以及在更高、更低溫度工作條件下的魯棒性和易于配置等特性。ADI公司作為MEMS、RF、放大器、轉(zhuǎn)換器和DSP領(lǐng)域的全球技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者，可以為實現(xiàn)這樣的系統(tǒng)提供領(lǐng)先的技術(shù)，幫助汽車制造商以低成本、更小的尺寸和更短的開發(fā)時間克服這些挑戰(zhàn)。