汽車電子三大熱門方向的技術(shù)發(fā)展

車聯(lián)網(wǎng)

Nexperia對當(dāng)前電機控制發(fā)展趨勢的理解

　　電機控制方面總體趨勢是轉(zhuǎn)向PWM驅(qū)動型無刷直流電機。與線性和有刷電機相比，上述電機具備更出色的整體系統(tǒng)可靠性，效率也更高，可在車輛的整個生命周期內(nèi)顯著提高性能，節(jié)省燃油，并減少二氧化碳的排放量。

　　三相無刷直流電機(BLDC電機)損耗低且熱管理更為簡單，是高功率應(yīng)用的首選解決方案。MOSFET在動力系統(tǒng)應(yīng)用中要面對的一項挑戰(zhàn)就是在高溫環(huán)境下運行。降低BLDC電機重量和運行噪聲是未來發(fā)展的關(guān)鍵因素。新興應(yīng)用還包括車窗、天窗和座椅控制。Nexperia的應(yīng)對之策就是開發(fā)尺寸更小、散熱性能更好且功率密度更高的封裝產(chǎn)品。我們持續(xù)發(fā)布新的功率MOSFET硅技術(shù)，持續(xù)幫助客戶提高生產(chǎn)力。

　　例如，BLDC電機控制系統(tǒng)需要使用6個以PWM方式驅(qū)動的MOSFET。該系統(tǒng)具備以下優(yōu)勢：1.重點關(guān)注開關(guān)損耗和EMC性能;2.平均可節(jié)省功耗100 W;3.每行駛100 km可減少約0.24 kg的二氧化碳排放。

　　Nexperia最近推出了LFPAK56D-雙通道MOSFET。LFPAK56D采用Nexperia的尖端銅夾片技術(shù)，在單個封裝內(nèi)集成兩個MOSFET，非常節(jié)省空間，且具備同類封裝最佳性能。繼電器仍常用于低功率應(yīng)用中的速度控制，但由于可靠性和能效較為遜色，已逐漸被功率MOSFET器件取代。使用分立式獨立驅(qū)動器通常能夠降低成本，且不影響性能。獨立驅(qū)動器還能實現(xiàn)EMC和開關(guān)損耗優(yōu)化。

車聯(lián)網(wǎng)的信息安全

　　總體上來說，V2X(vehicle-to-X，這里的X可以是其他的車輛(V2V)，也可以是交通燈等基礎(chǔ)設(shè)施(V2I))通信技術(shù)進一步提升，以推動未來自主駕駛汽車的發(fā)展，確保該通信的安全至關(guān)重要。汽車制造商必須能夠確保無線通信不受影響，不然的話，自動駕駛汽車的安全操作能力將受到嚴(yán)重的威脅。如果汽車制造商能夠遠程對汽車的軟件進行升級，以確保事關(guān)生命安全的系統(tǒng)始終使用最新的軟件版本，這個系統(tǒng)必須擁有非常高級別的安全和加密功能，以防黑客攻擊車輛并制造事故。

　　因此，隨著現(xiàn)代汽車向互聯(lián)網(wǎng)汽車演變，允許應(yīng)用從開放云端下載軟件進行更新和升級，汽車網(wǎng)絡(luò)安全變成了關(guān)鍵的任務(wù)。需要增強安全功能來保護汽車免受網(wǎng)絡(luò)惡意攻擊，并確保云端的個人信息安全。

　　瑞薩電子最近推出了針對R-Car汽車計算平臺的全新軟件套裝，以提升下一代互聯(lián)網(wǎng)汽車的安全性。軟件套裝部署了嵌入式優(yōu)化的視覺技術(shù)，有助于嵌入式系統(tǒng)具有集成在單一系統(tǒng)中的安全性能，保護汽車免受外部威脅，并具有應(yīng)急安全功能，即使在出現(xiàn)故障時也能確保持續(xù)性的安全運行。

安森美在車聯(lián)網(wǎng)三大方向的理解

　　在圖像傳感器方面，其是用于前視、后視、車內(nèi)和環(huán)視。它們用于從簡單的應(yīng)用(如后視攝像機或DVD記錄儀)到作為先進駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)的一部分。在成像領(lǐng)域的趨勢是像素更高，以提供更精確和更清晰的圖像，從100萬、200萬、400萬到800萬像素。此外，微光成像需求正在增加。其它趨勢包括傳感器融合，其中包括使用圖像、雷達和激光雷達來創(chuàng)建車輛周圍安全的虛擬繭。

　　在雷達方面，幾乎所有3級到5級自動駕駛車輛中，雷達和激光雷達都將與成像結(jié)合使用。雷達技術(shù)將從24 GHz發(fā)展到77/79GHz。在激光雷達方面，一些高端車輛將在2018或2019年將采用機械式激光雷達。但固態(tài)激光雷達正在開發(fā)中，有關(guān)類型或flash掃描的評估仍在進行中。

　　信息安全方面，聯(lián)網(wǎng)安全需要使數(shù)據(jù)輸入、輸出或在車內(nèi)需要安全和不受到外部非法侵入。這包括通過車輛總線(LIN，CAN，MOST及FlexRay)和通過其他領(lǐng)域如車載攝像機。

　　安森美產(chǎn)品優(yōu)勢

　　安森美半導(dǎo)體可提供全面的視覺ADAS產(chǎn)品及方案，在汽車圖像傳感器市場的份額近50%，在ADAS市場的份額更是達到70%。我們?yōu)槭袌鎏峁┐罅堪偃f像素方案、具有卓越微光性能的產(chǎn)品，開發(fā)新一代1080P方案，并提供模塊化平臺幫助設(shè)計人員實現(xiàn)快速的原型開發(fā)和高效的設(shè)計。

京瓷為車聯(lián)網(wǎng)做的準(zhǔn)備

　　中國汽車行業(yè)即將在自動駕駛及電動汽車等領(lǐng)域迎來快速發(fā)展階段。面對這樣的新市場，京瓷也做出了相應(yīng)的準(zhǔn)備。目前，面向ADAS，京瓷可提供高品質(zhì)的電子零部件、車載攝像頭、平視顯示器以及儀表盤用顯示器等各種尖端產(chǎn)品，同時為滿足下一代車載技術(shù)的需求，京瓷正致力于研發(fā)各種新產(chǎn)品。

　　車載攝像頭

　　京瓷融合了高分辨率鏡片技術(shù)、回路設(shè)計技術(shù)和圖像控制技術(shù)，使攝像頭在白天及夜間均可呈現(xiàn)出自然清晰的圖像。從1999年開始，從SUV到普通轎車，京瓷的視頻攝像頭和感應(yīng)攝像頭在量產(chǎn)中被普遍使用，以其高品質(zhì)受到了廣泛的好評。

　　今后，我們將利用各種尖端光學(xué)技術(shù)，研發(fā)200萬像素的數(shù)碼攝像頭和內(nèi)置人工智能識別攝像頭，以及其他ADAS相關(guān)產(chǎn)品，以此為中國汽車自動駕駛技術(shù)的發(fā)展做貢獻。

　　毫米波雷達電路板

　　京瓷目前向雷達模塊生產(chǎn)廠家提供帶天線的模塊基板。該基板天線面采用低介電液晶聚合材料(天線圖形加工精度高)，并與貼裝電子部品用的HDI基板混壓制成天線模塊基板。

　　傳感器用陶瓷電路板及封裝

　　作為車載用各類傳感器件和模塊所適用的零部件,京瓷目前可提供各種陶瓷基板和封裝管殼。關(guān)于ADAS方面，我們可以提供高可靠性車載攝像頭用陶瓷基板、毫米波雷達用陶瓷天線基板、LiDAR所使用的封裝管殼、各種MEMS用途的封裝管殼等產(chǎn)品。除此之外，LED車頭燈上使用的高可靠性、高散熱陶瓷基板也是京瓷的強項。另外，伴隨著EV時代的到來，京瓷也能提供馬達控制用的IGBT模塊中的敷銅功率基板。

傳統(tǒng)汽車

傳統(tǒng)汽車電源控制的改進

　　在汽車中添加48V電力網(wǎng)，為汽車設(shè)計工程師在提升燃油效率、降低二氧化碳排放、提升駕駛性能方面實現(xiàn)創(chuàng)新提供了新的途徑。不過，更高的電壓也對電源系統(tǒng)和電子器件帶來了新的挑戰(zhàn)。

　　這些挑戰(zhàn)包括在更高的電壓下運行、提供明顯更大的電源、支持傳統(tǒng)的12V系統(tǒng)等。為了解決這些挑戰(zhàn)，瑞薩子公司Intersil不僅開發(fā)并不斷改良專有的高壓硅工藝技術(shù)，而且利用這些工藝制造出解決這些挑戰(zhàn)的先進產(chǎn)品。例如，我們針對48V電力網(wǎng)的最早的產(chǎn)品之一，是我們的100V級半橋驅(qū)動器ISL78420，該器件可以承受48V電力網(wǎng)上允許的最差的電壓瞬變。它是專為驅(qū)動48V電源電子所需的高性能高電壓MOSFET而設(shè)計，提供超過95%的電源轉(zhuǎn)換效率。此外，我們率先向市場推出了創(chuàng)新的6相雙向降壓或升壓控制器，可以向傳統(tǒng)12V系統(tǒng)和新的48V系統(tǒng)提供3kW的電力。

　　ISL78226控制器可實時自動調(diào)節(jié)運行的相數(shù)，以優(yōu)化電源轉(zhuǎn)換效率，滿足不斷變化的系統(tǒng)電源要求。鑒于汽車的操作環(huán)境日益嚴(yán)格，如果控制單元遭遇一些物理損傷，ISL78226能夠動態(tài)地進行重新配置，忽略受損的相，可以使汽車瘸行回家，幫車主節(jié)省了昂貴的拖車費。

MEMS傳感器靈敏精確，確保汽車“主動安全”

　　村田在2012年并購芬蘭MEMS巨頭公司VTI后得以進一步擴充其MEMS傳感器領(lǐng)域產(chǎn)品。在汽車電子領(lǐng)域的應(yīng)用，主要是體現(xiàn)在汽車駕駛過程中對于事故的提前防范，即主動安全。

　　村田的MEMS傳感器廣泛應(yīng)用于ABS(制動防抱死系統(tǒng))、ESC(電子穩(wěn)定控制系統(tǒng))、ECS(電控懸掛)、EPB(電動手剎)、HAS(斜坡啟動輔助)、TMPS(胎壓監(jiān)測)、引擎防抖、車輛傾角計量車內(nèi)心跳檢測等。相比“安全氣囊”等事故發(fā)生后的“被動安全”， MEMS傳感器依靠其極高的靈敏安全性能，可以做到“防患于未然”。

　　村田的加速度傳感器、防止翻車的陀螺儀傳感器、壓力傳感器以及可應(yīng)用在胎壓檢測上的傳感器、還有它們的組合式傳感器，均在汽車主動安全設(shè)計上功不可沒。這些傳感器都符合AEC-Q100的標(biāo)準(zhǔn)，具有高精度、高穩(wěn)定性、高可靠性等特點，在涉及汽車安全的車身電子穩(wěn)定系統(tǒng)領(lǐng)域尤為突出。

　　在專注于汽車傳統(tǒng)安全應(yīng)用的同時，村田也同樣在關(guān)注著高級輔助駕駛系統(tǒng)(ADAS)以及未來的無人駕駛等新興領(lǐng)域。村田MEMS傳感器在高級輔助駕駛系統(tǒng)，即前車碰撞報警、盲點監(jiān)測、車道偏離報警以及自動泊車等方面也走在了行業(yè)及技術(shù)前沿。

汽車電子行業(yè)電源解決方案

　　市場需求是行業(yè)發(fā)展的導(dǎo)向之一。汽車電子智能化、動力優(yōu)化的發(fā)展趨勢離不開消費者對安全、舒適、經(jīng)濟、娛樂等方面的駕駛需求。在眾多需求中，汽車安全問題是消費者關(guān)注的焦點。

　　汽車電子大致可分為車身和車載兩部分。車身多涉及控制設(shè)備，如整車控制系統(tǒng)、電機驅(qū)動系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)(BMS)等;車載電子大多為獨立設(shè)備，如車載通訊系統(tǒng)、車載娛樂系統(tǒng)、空調(diào)控制系統(tǒng)等。在各系統(tǒng)中都有用電源模塊的需求，其主要起安全隔離、電壓轉(zhuǎn)換及供電的作用。汽車電子行業(yè)在EMC性能、工作溫度、抗振動性能等方面對電源產(chǎn)品有較嚴(yán)苛的要求。所以，其設(shè)計和生產(chǎn)均需滿足TS16949體系要求。

　　金升陽較早地組建了國內(nèi)電源行業(yè)唯一符合汽車產(chǎn)品生產(chǎn)要求的SMT/裝配/成品生產(chǎn)線，有DC/DC電源模塊、CAN隔離收發(fā)模塊、IGBT驅(qū)動器等產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于汽車電子行業(yè)。

電源系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)及新需求

　　未來的電池管理系統(tǒng)(BMS)將必須要有新功能，例如，健康狀況(State of Health)分析、功能狀況(State of Function)分析、智能電池管理、剩余有用壽命計算、電池二次壽命驗證、非侵入式溫度測量、充電狀況(State-of Charge)分析、無需大數(shù)據(jù)的電池使用壽命預(yù)測等。

　　我們與茨維考應(yīng)用科學(xué)大學(xué)合作進行科學(xué)項目，發(fā)明了一個基于鋰離子電池和UltraCaps(EDLC)的混合能源系統(tǒng)。通過一個創(chuàng)新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，我們結(jié)合了較低阻抗EDLC和“較高”阻抗電池，以期獲得最合適的系統(tǒng)解決方案。這個拓?fù)涫褂贸焖匐娫碝OS開關(guān)，進行全數(shù)字式控制。通過這個系統(tǒng)，我們能夠?qū)囯x子電池的使用壽命增加一倍，例如用于電動工具的鋰離子電池。這款電源管理系統(tǒng)還可以調(diào)節(jié)，以便用于輕型電動車(LEV)。

　　48V電源系統(tǒng)的挑戰(zhàn)及解決方案

　　48V電源系統(tǒng)主要挑戰(zhàn)和主要設(shè)計目標(biāo)是使用12kW次級進行快速充電，其次是使得應(yīng)用具有高能量密度，并且更高的碰撞和壽命時間要求;另一個重點要求是使用標(biāo)準(zhǔn)電池單元尺寸，而無需固定我們準(zhǔn)備于未來重新設(shè)計和更新的電池單元化學(xué)物質(zhì);最后一個重點就是應(yīng)對來自汽車OEM廠商的極大成本壓力。

　　就解決方案而言，Rutronik已經(jīng)準(zhǔn)備好設(shè)計和付運所有適合用于48V電力網(wǎng)的產(chǎn)品。我們調(diào)整了產(chǎn)品組合，以涵蓋全新48V ECU和車載電源電子應(yīng)用要求，例如發(fā)電機/電機、壓縮機、電機風(fēng)扇、電動加熱、電子助推器(E-Booster)、真空泵、水泵、后窗加熱、前窗加熱、鼓風(fēng)機汽油泵、電動助力轉(zhuǎn)向、傾斜穩(wěn)定、音頻放大器、外部照明等。

　　參考文獻：

　　[1]徐江.智能汽車為汽車測試方案帶來的挑戰(zhàn)[J].電子產(chǎn)品世界,2016(5):15-16.

　　[2]王瑩.電機控制在白色家電、工業(yè)控制以及汽車電子中的發(fā)展與動向[J].電子產(chǎn)品世界,2016(7):8-12.

　　[3]盛陵海.中國政府將進一步推動中國電動和插入式混合動力汽車市場發(fā)展[J].電子產(chǎn)品世界,2016(8):10-12.

　　[4]王瑩,王金旺.汽車的自動駕駛、電池管理、動力傳動系以及充電樁的相關(guān)技術(shù)導(dǎo)向[J].電子產(chǎn)品世界,2016(8):13-19.

　　[5]Henry Muyshondt.汽車信息娛樂網(wǎng)絡(luò)技術(shù)評估[J].電子產(chǎn)品世界,2016(8):20-21.

　　本文來源于《電子產(chǎn)品世界》2017年第8期第7頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。