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汽车电子市场的机遇与挑战

【来源:ednchina网】【编辑:意法半导体|刘建宏】【时间: 2008-5-21 9:02:55】【点击:

 汽车电子(Cartronics)的市场作为3C产品市场的补充,具备与传统3C市场不一样的特点。传统的3C产品一直是业界和市场中的热点,其主要目标市场为消费产品类的大众市场,产量巨大,但生命周期很短,很难有产品能撑过5年,最快的半年就要被下一代产品替代。

  大众消费市场的主要难题在于以价格竞争为主导,而且门槛很低,很容易造成恶性竞争。相对而言的汽车市场,其在技术要求和销售渠道等多个方面都对企业进入该市场形成很高的门槛。汽车对用户在安全上的保证决定了该市场以产品的可靠性而不是价格为主导。因此世界上的汽车制造厂要比消费品厂商在数量上少很多,但汽车零件商只要有能力进入该市场就往往能获得十分稳定的收益。

  鉴于汽车市场的巨大潜力和成长空间,汽车电子也成为一个稳定的市场。由于汽车换代较慢,产品生命周期较长,汽车电子厂商可以有极其充足的时间为自己的产品实现最优化。汽车电子的门槛较高,造成初期的投资有可能较高,但由于长期供货和服务的便利,使其可获得极佳的投资收益。

  汽车电子已经成为汽车升级换代的关键之一。目前汽车电子产品占汽车总成本的20%左右,预计到2010年可达到40%,2012年汽车电子市场的整体规模将达到250亿美元。数字化芯片使问世已超过一个世纪的汽车产业焕发了新的活力,并避免了传统产品的下滑命运。

  汽车电子及系统的设计趋势

  传统的汽车由机械方式提供操控,而新一代的汽车由于结合了电子技术而使其在性能、功能,和操控性等多个方面发生的质的飞跃。

  从汽车组成的四个部分看,如图所示,车身(Car body)部分主要包含灯控、CAN/LIN总线节点、窗控系统、仪表板、倒车雷达系统等;安全系统(Safety)包括雷达碰撞预防系统(Pre-crash)、安全气囊(Airbag)控制、防抱死剎车系统(ABS)、电子助力转向系统(EPS)等;在传动系统(Power train)方面,主要包括适应性定速系统(Adaptive Cruise Control, ACC)、引擎控制、喷射系统(injection)、充电(Charging)系统、GDI等;另外多媒体车用资通娱乐系统(Telematics / Infotainment)也是汽车电子的重要组成部分,其主要指车载DVD、CD、MP3和数字电视、广播等多媒体设备,以及通讯和GPS定位导航装置等。

图一 汽车电子系统中的四大组成部分

  汽车目前已不止作为人们代步的工具,用户对行车舒适程度的要求日趋强烈。更有人提出,在不影响安全的前提下,汽车应该是舒适家居的延伸,家中可享受到的高保真音响、高清视频都应是汽车中的必备;同时汽车还应该是办公环境的扩展,车内应配有先进的通信设施,并能上网和接收卫星导航信息。

  能源问题是全球共同关注的热点,汽车作为高能耗设备也体会到了高油价带来的烦恼。因此各个汽车设计制造厂都在进行动力系统的改造和新的替代型能源的研发,如混合动力、燃料电池、柴油技术、太阳能技术等,其中混合动力有望成为下一代的主流能源技术。

  对于大多数用户来说,除了外形、性能、油耗等问题外,安全是其考虑的首要因素。为了实现安全的汽车驾驶体验,各种先进的传感器系统和线控系统(X-by-Wire)被引入汽车的设计当中。线控系统基于电子技术和相关控制手段,取代了传统的液压等机械控制架构,如线控剎车(Brake-by-Wire)、线控转向(Steer-by-Wire)等。线控系统能有效降低汽车零件设计的复杂程度、加快产品上市速度、减轻重量、降低油耗和成本、提高系统可靠性和安全性。

  线控剎车能有效整合为ABS、ESP、TCS等功能,实现对安全保障应变措施的智能修正。线控转向主要用于修正驾驶员操纵方向盘时容易出现的过度转向。系统可通过传感器准确获得方向盘的旋转角度数据,并将其传送给发动机和轮胎等,使车身不会因此而失控,进而增强汽车的可操控性和降低发生危险的可能性。

  传感器的应用是汽车电子和控制系统的重大飞跃之一。其可广泛用于胎压监控、路况识别、后视雷达等各种系统中,可预见传感器的数量和性能都将在未来的汽车系统中得到大幅提升。汽车的安全及传动系统也会由传统的被动性系统转变为主动性与被动性并存的架构。适应性定速系统(ACC)、车道变更辅助与盲点检测(LCA/BSD),预碰撞(Pre-crash)/ 行人保护系统、视觉雷达等将成为实现下一代的驾驶自动化的主流配置。

TPMS模块架构

图二 TPMS模块架构

车载安全系统由被动性转向与主动性系统并存

图三 车载安全系统由被动性转向与主动性系统并存

预碰撞系统为主动式安全系统,其通过雷达反馈的数据探测可能发生的碰撞事故并判断是否无法避免,驾驶员的紧急刹车也作为反馈的信号之一。系统会智能地在碰撞或失控的瞬间收紧安全带并调节座椅位置,避免碰撞对车内人员造成的伤害; 此外,该系统还可根据驾驶员踩刹车踏板的力量进行辅助刹车油压调节,使车辆的减速动作更为有效,尽量降低事故可能造成的伤害和损失。

  如图四所示的EyeQ视觉芯片系统由ST与Mobileye共同推出,其结合了车道偏离报警、正面碰撞报警和视觉雷达检测三合一的主动安全功能。EyeQ能对运动物体进行识别、测距与锁定,并具有夜视能力和车道、交通信号等设施的探测功能。MCU在从各传感器获得所需信息后通过程序作出相应的判断和处理,如车道偏离警告、碰撞危险警告、智能车灯控制等主动式安全措施。

EyeQ系统同时对车道

图四 EyeQ系统同时对车道、车辆、街道、交通标志及行人进行监测

  汽车神经网络

  局域网络将成为联系汽车中各个电子元件的途径。目前每辆汽车中独立电子零件或系统平均超过80个的,电子技术发展使芯片更多地介入了对系统的控制。传统的联机方式为点对点连接,使线路十分复杂;现在标准化的总线技术使元件和系统之间的联系更加有效,控制的精确性得到提高,解决了线路老化和磨损等问题。线路的复杂程度得到大幅降低,总重也变轻。

  CAN和LIN是目前被普遍应用的汽车网络总线标准。CAN总线能有效减少线束的数量和控制器件接口引脚数,能更简单、迅速地实现在线编程、诊断,和多控制器共用等功能,同时抗干扰和纠错能力较强。LIN总线为串行通讯网络,成本较低,主要用于转向定时速度控制、雨刷器控制、电动座椅调整、车灯控制、车窗控制、后视镜控制、发电系统、空调机控制等,为不需要CAN总线频宽、速度或功能的单元提供单纯的网络功能。

  CAN总线的传输速度为1Mbps,而在某些需要更高传输速率的场合,FlexRay以其20Mbps的速度目前受到较大关注。FlexRay提供了满足严格容错要求的带宽结构,主要定位于各种线控技术,如线控驾驶、刹车、油门、减震等;还可灵活地支持总线型、星型和混合型等多种拓扑结构,设计人员可以通过结合两种或两种以上的该类型拓扑来配置分布式系统。

  目前,各种车载通讯接口层出不穷,除了常见的CAN、LIN、FlexRay以外,还有IDB、1394、D2B、OSGi,以及用于车载多媒体和导航的MOST(Media Oriented System Transport)等接口。Bluetooth和WLAN等无线技术也在逐步走向车载网络。多种接口使系统的功能更强大,设计更灵活,但也要求接口之间需要有一个标准来实现彼此的沟通。目前许多组织都在进行汽车电子控制系统、软件接口和模块等的标准化,如AUTOSTAR(汽车开放系统架构)和 JasPar(日本汽车软件平台与架构)等。

  网关(Gateway)控制器可做为CAN、LIN 、ISO-9141 和 J1850等不同车载网络沟通的桥梁,是控制系统和接口的标准化实现之前用于复杂的车载网络的有效方法。网关控制器可以集成至智能型接线盒(Junction Box)、车体控制器或仪器丛集装置(Instrument Cluster)等元件中,也可作为一个独立的模块存在。

由于资通娱乐系统需要显示信息量庞大的内容,所以在其系统的特点和发展趋势上,大尺寸和高画质的显示屏幕十分重要,此外,系统还要具备多画面分割显示的功能,以及前后坐乘客位置的多重显示。

  资通娱乐系统结构比较复杂,需要平台式的架构满足其广泛需求及解决系统规划的难题。如图七所示的NaviFlex资通导航平台即整合了应用处理器(Nomadik)和GPS导航系统。其支持NOR与NAND Flash存储,并内嵌了2D GFX加速器,能提供电子地图、GPS、视频输出、Bluetooth等功能;软件模块中,也相应的提供了导航软件库、蓝芽堆栈、智能回音消除算法,以及其它的多媒体模块等。

NaviFlex资通导航平台架构示意图

图七  NaviFlex资通导航平台架构示意图

  结论

  汽车电子带来无限商机,市场的成功也需要产业链各个环节的共同努力和紧密协作,通过推出更通用的平台与产业标准,才能加速整体产业的成长速度。

  产业链各环节在新技术的推广和创新上都有自己独特的位置和角色。汽车产业链主要包含三大环节,即汽车制造商、系统制造商和芯片制造商。其中汽车制造商是最原始的需求提出者,其要根据市场分析的结果提出技术概念,并对系统规格进行定义;系统制造商的责任是在系统的构架和性能规划上落实安全性的概念;芯片制造商则处于产业链的最上层,职责包括系统整合、技术发明与质保等。

  除了目前各国在节能和环保方面的需求,对产品集成度的要求也日趋强烈。高集成度的产品可提高系统稳定性,同时降低成本,而产品的制程影响了产品的集成度。汽车电子芯片制造商正致力于通过整合bipolar、CMOS和DOMS的BCD等手段,以高阶制程来提高产品集成度,推出可整合数字电路、混合信号及模拟电路的多功能单芯片。目前该技术在降低成本上还有一定难度,但能满足车载系统对可靠度的要求。


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