汽车电子市场快速发展 走向高效互联的智能化道路
——注重安全、经济、舒适及娱乐性
近几年来,汽车电子在中国快速发展,汽车电子技术成为中国汽车产业技术进步和产业升级的关键。为了满足人们日益增长的需求,在智能时代到来的今天,汽车电子技术需要不断提升,将更多功能集成在一起,走向智能化。同时,安全、经济、舒适及娱乐性也将成为汽车半导体厂商主要发展的方向。
知名汽车半导体厂商看中国市场
据 IHS iSuppli 统计,中国$汽车电子市场销售额 2011 年将达到 192 亿美元,比2010 年增长 9.7%,预计 2015 年将达到 299 亿美元。中国汽车市场未来十年的年均增长率预计将达到 7.1%,2020 年中国汽车销售额将占全球总额的一半。
对此,飞思卡尔汽车电子高级市场经理康晓敦认为,汽车电子市场的增长叠加了每辆车上平均汽车电子系统的增加和汽车整体产量的增加,所以7.1%的年均增长率应该还是保守的估计。绿色、安全、娱乐,应该是汽车电子发展的不变的主题,在中国也是一样。为了降低排放,保护环境,飞思卡尔正在推广新一代的基于32位MCU的发动机控制系统解决方案。同时在电动车的应用方面也正在陆续推出很多新的产品和解决方案。
飞思卡尔汽车电子高级市场经理康晓敦
作为一家全球领先的半导体供应商,英飞凌全面、深入地投入中国市场,对中国市场的动向非常了解。英飞凌科技(中国)汽车电子事业部高级总监徐辉说:“未来数十年,我们非常看好更清洁、更安全和更经济的产品和应用。作为中国汽车行业最重要的战略,电动汽车(xEV)应用将是这个行业的未来。”在减排增效的推动之下,汽车电子将在传统引擎驱动、电动汽车以及新能源应用等领域扮演关键角色。更清洁的解决方案和应用将变得越来越重要,比如电动汽车技术、新能源应用和高效引擎技术。随着ISO26262标准的实施,相关应用必须符合这个全新的安全标准,以实现更高的安全保障。对于传统内燃机而言,更清洁、更高效、更低排放将是关键驱动力。
英飞凌科技(中国)汽车电子事业部高级总监徐辉
节能减排和$智能化是未来汽车发展的两大必然趋势。富士通产品副经理卜阳春认为,除绿色环保外,未来的汽车,必须能连接各式网络,互联网、物联网、车联网等;能处理各式车载娱乐应用,如MP3、DVD、导航、iPod/iPhone、高清音视频;智能驾车辅助,如自动倒车、道路偏移警告等;并且提供更友好的人车交互界面等。这必然要求汽车上所用的电子系统具备更好的网络连接性,具备更强的功能/性能,以处理丰富的信息和数据。可以判断,汽车电子中32位控制器/64位控制器的比重将会越来越大。
富士通产品副经理卜阳春
而面向消费领域的半导体技术和产品已经得到了迅速发展,半导体芯片在汽车中的应用对可靠性提出了不同的要求。恩智浦表示,要将消费电子设备引入汽车中,必须针对汽车应用的特殊要求进行再设计,对质量、可靠性、性能等进行改进,这样,这些电子设备才能真正在汽车中发挥作用。从架构和解决方案的角度讲,由于消费电子不能直接用于汽车应用,必须经过再设计的过程以保证质量,因此,将何种消费电子设备集成到汽车中,成为许多厂商都在考虑的问题。
“随着时代的演进,汽车已经不仅仅只是传输或是代步的工具!车载被要求具有影音娱乐、导航图资、安全监控、网路资讯通信、即时警告讯息、胎压及仪表显示,延伸到电动车远端操控、充电查询等,每一台汽车都须具备不同样式的显示系统。”Intersil亚太区市场传讯经理Kelly Ang表达看法。
Intersil亚太区市场传讯经理Kelly Ang
总体而言,无论是在全球还是在中国汽车电子市场,随着消费者在车内的时间越来越长,对车载信息娱乐(多媒体体验等)的需求也不断随之增长。同时,驾乘者对安全性和舒适性提出了越来越多的要求,他们希望能够在享受舒适驾乘体验的同时,得到有效的安全保护。这些都要求汽车电子领域进行持续创新,以创新型解决方案满足消费者日益高涨的需求。
集智能于一身
微控制器是车身电子控制技术的核心,在车身电子控制器方面,各大知名厂商纷纷推出自己的MCU产品,应对汽车电子智能化发展。从2011年开始,英飞凌已经成为车用MCU的头号供应商,涵盖传动系、车身控制、安全、传感器、zEV和几乎所有相关领域。英飞凌能为客户提供丰富的MCU产品,从8位、16位到32位产品,单核或多核MCU,甚至基于ARM内核的嵌入式MCU。
为应对汽车行业的智能化和节能减排需求,富士通半导体针对车身控制在FR81S产品族阵容中新增了MB91520系列的60款新产品。这些产品是为了应对车身控制平台而推出的,是最适合于车载的32位控制器,具有极高的性能表现。该系列产品中还内置了应用于车体控制的最佳外围功能、灵活连接各种外设的多功能串口、对应高性能传感器输入的12位A/D转换器、最大支持128个信息缓存的CAN控制器等多种功能。并且,新产品还具有降低系统成本的内置功能,便于无刷直流电机控制的波形发生器,并且能够保证微控制器的性能安全等优点。
随着越来越多的汽车走进家庭,包括主动安全在内的安全类产品也会越来越受欢迎。飞思卡尔面向这一需求推出的双核$MCU是SafeAssure计划的一部分。该计划覆盖多套MCU、传感器及模拟IC解决方案,支持功能安全应用设计。飞思卡尔与同济大学联合推出了面向汽车车窗升降系统的参考设计。该参考设计基于获奖的 S12 MagniV S12VR64混合信号微控制器,实现了易于使用、强大的防夹汽车车窗升降控制系统。飞思卡尔还推出了两款汽车供暖、通风与空调(HVAC)参考控制解决方案,集成了飞思卡尔S12G和S12HY 16位微控制器(MCU),以及具有关键电机控制算法的MC33905、MC33932和MC33937模拟器件。该设计在HVAC运行中提供能源节省模型,低噪音环境,可配置自动气候控制和传感故障检测等高级特性。
汽车市场对安全的要求是极高的,包括转向系统、刹车制动、传输、电动汽车电池管理以及高级驾驶员辅助系统 (ADAS) 等。所有汽车安全系统都必须满足 ISO 26262 安全要求。TI在汽车和安全市场拥有长期而丰富的经验,其精湛的专业技能可确保 SafeTI-26262 设计套件符合该市场领域的特定需求。TI 提供的远不仅限于硅芯片硬件的范畴。包含 SafeTI-26262 等在内的所有 SafeTI 设计套件均可提供能充分满足功能型安全需求的五大安全组件:支持功能型安全的半导体组件;安全文档、工具和软件;配套的嵌入式处理与模拟组件;高质量的制造工艺;安全开发进程。
而恩智浦在自身优势的领域,不断的创新来引领市场的发展。在FlexRay的应用中,越来越多的高端车在底盘控制系统,动力控制系统中运用了响应更加及时快速的FlexRay技术。FlexRay可以达到10M bit的传输速率,并且是实时响应,其广泛应用无疑会提升汽车的操控性及安全性。恩智浦开发的智能钥匙,在提升钥匙安全性的同时,方便的实现了与手持设备的通信,可以将个人驾乘习惯及目的地规划方便的在手持设备及汽车间通信。恩智浦还推出了基于LIN 开关技术的汽车背景灯应用,驾乘者可以根据自己心情及喜好,选择不同的背景灯颜色。[#page#]
多措并举 实现汽车高效互联
1、网络化BCM成发展趋势
近两年来,汽车电子化发展的趋势愈加明显,功能越来越齐全,单一集中式BCM(车身控制模块)难以实现越来越庞大的功能,网络化BCM成发展趋势。对于这一趋势,飞思卡尔很早就已经注意到并开始实施。康晓敦指出:“我们已经在去年推出拥有6路CAN总线的MCU,可以充分满足车身电子网络化的要求。再结合我们前述S12 MagniV混合信号微控制器可以作为CAN/LIN子节点补充到车身电子网络。另外我们也会进一步推出带有以太网接口的器件,如果再结合我们的i.MX产品作为中央控制的话(作为通讯娱乐产品的同时,可以作为整车的中控台),可以形成完美的整车网络系统。”联网趋势越来越明显。英飞凌针对汽车应用向客户提供不同的通信器件,从SPI、 LIN、CAN和Flex-ray等。英飞凌是大多数全球知名通信驱动器OEM(如CAN/LIN收发器)的合格供应商。
为了应对这些市场需求,面向车身控制的应用也朝向综合平台化方向发展,富士通半导体在32位微控制器“FR81S”产品族中新增了MB91520系列,最适合于综合平台化。此外,该产品系列还搭载了无刷直流电机控制专用定时器,并支持功能安全及AUTOSAR。为应对汽车行业的广泛需求,该产品系列包括60款产品组合,主要配置车体控制模块(BCM)等用于车体控制的最佳外围功能。BCM系统可根据开关输入、车载各种传感器以及其他ECU信息对室内灯、方向指示灯、雨刷、门锁、侧视镜等设备进行控制。
目前,基于CAN/LIN总线的网络技术几乎已经进入到中、高、低端各个层级的车型。恩智浦在车载网络领域一直处于全球NO.1的位置。恩智浦汽车电子事业部大中华区市场经理王岩表示,针对客户需求的多样化,恩智浦在不断完善独立CAN、LIN收发器的同时,也不断在开发集成度越来越高的产品。恩智浦完善的产品系列可以满足客户的不同需求,优异的产品性能又可以帮助整车厂提升网络系统的抗干扰能力,降低辐射水平。
恩智浦汽车电子事业部大中华区市场经理(车载网络及传感器)王岩
车身电子技术仍然是中国汽车电子领域主流的应用领域。TI半导体事业部中国汽车电子业务拓展经理姜辉说:“我们很高兴地看到,在中国设计研发的乘用车将越来越多地采用先进的电子技术。”车身电子技术的成本将不断下降,而且越来越多的车身特性将成为标准配置。而与此同时,制造商也在期望推出更多新产品和新奇的特性,进而推动低端车和中、高端车实现差异化。姜辉认为,无钥匙进入系统 (PKE) 就是一个非常好的范例。
TI半导体事业部中国汽车电子业务拓展经理姜辉
2、ECM和ECU共促高效互联
针对ECM(引擎控制模块)和$ECU(电控单元)方面,如何提高车辆能效,使汽车实现“互联”也是一个关键。
引擎是汽车的心脏,引擎控制模块必须能够与汽车电子控制单元很好的结合,并且具备高效、可靠的特点。富士通半导体开发的32位微控制器FR81S系列,内置多路高速的CAN控制器和FlexRay,同时,该系列32位微控制器支持Funtional Safety功能,可满足ECM所要求的高效、可靠的特点。英飞凌则拥有全面的系统解决方案,以支持传统内燃机引擎管理,从传感器、MCU到功率驱动器。对于引擎控制ECU而言,其趋势是尺寸越来越小,但是功能越来越多。英飞凌可提供“双芯片”解决方案,仅以一个MCU和一个系统芯片就可实现高级ECU控制单元能实现的全部功能,适用于四轮和两轮应用。
而在汽车的ECU(电控单元)方面,飞思卡尔拥有的一套完整的降低ECU能耗方面的方案。一种方法是采用S12 MagniV混合信号微控制器的单芯片解决方案去控制一些简单的汽车电子系统;另外可以采用我们先进的系统基础芯片(SBC)配合我们的MCU使用,来提高车辆能效。
Intersil 则结合了长期的车载经验及微型投影的技术,无论在laser或LED的光源系统中都有解决方案。TW8835在抬头显示器的架构中扮演一个最核心的角色,因为 TW8835可以直接接收GPS Receiver的commands, 将导航资讯、车速、测速警示等等,透果TW8835的SPI graphic engine 图示出来,由于TW8835可以支援万国字元,连各国街道名称,距离及方向等都可以呈现,因此一颗TW8835就可以成就抬头显示器最复杂的图资。
卜阳春指出,汽车内部将会使用到越来越多的ECU,不同的ECU根据不同的功能需求,执行不同的网络协议,并在各自的网络中运行。CAN协议是其中应用最普遍的网络协议。必须有一个中央模块,具备多个CAN接口,能够起到一个桥梁的作用,将不同协议的CAN网络整合在一起,实现汽车内部网络的互联。富士通半导体 32位微控制器 FR81S系列的MB91520系列,即为满足这样的市场需求而推出。
恩智浦则在汽车互联领域已经推出了Telematics系统。该系统将GPS,GSM,NFC集成在一起,可以实现GPS导航,行驶记录,紧急呼救及道路收费,并且可以及时更新路况信息来达到最优路线选择。另外,恩智浦基于802.11P的技术,实现了ITS的系统,能够实现汽车之间的通信从而实现提前预警。
而作为汽车产业防盗控制系统技术的主要供应商之一,TI的 RF-MCU 产品集成了防盗控制系统技术和 PKE 特性。姜辉说道:“我们正同本土制造商展开合作,将这种差异化功能带入汽车,给终端客户带来更多附加值。我们的汽车级低功耗 CC11x1 产品和低功耗汽车级 MSP430 也能够全面满足车钥匙应用需求,这使 TI 能为汽车应用提供完整的智能钥匙解决方案。”此外,TI还为各种 MSP430 产品系列进行大量投资,将其应用于众多不同的汽车电子领域。
注重安全、驾车体验、经济及娱乐性
目前汽车电子化的程度越来越高,业界也基于新的技术不断提升汽车的舒适性及安全性。为了让汽车制造商生产出使人们更愉快驾驶的更为智能、可靠和安全的交通工具,推进车身控制电子的发展是至关重要的。在人们对驾车体验(包括娱乐性)要求不断提高的同时,如何进一步提高汽车安全性、改善舒适性,并保持系统总成本低,是很多厂商共同追求的目标,也是消费者所期待的。
1.安全舒适
从2014年开始将实施一个全新的全球标准——ISO26262 ASIL标准。英飞凌是该标准制定过程的一个主要参与者,涉及从芯片设计、开发、生产到质量保证等各个环节。从MCU、功率器件到辅助性软件,英飞凌推出了许多符合ISO26262标准要求的芯片(解决方案)。而TI一直是安全关键型产品设计领域的领先者。TI 于 9 月 18 日推出的新产品将充分满足上述市场需求,让客户的开发和认证工作更轻松便捷:1.SafeTI™ 设计套件平台;2.Hercules TMS570 ARM® Cortex™-R4 安全微控制器;3.TPS65381-Q1。智能驾驶、辅助驾驶、主动安全并配合其它汽车电子系统一直是改善汽车舒适性的提高汽车安全性的一种方案。康晓敏介绍道:“我们近期推出了基于全新半导体工艺的77GHz高速雷达,结合我们相应的MCU,可以为业界提供完美的汽车主动安全解决方案。
为了提高汽车的舒适性和安全性,Intersil 不断与客户讨论开发符合市场趋势、整合度更高、设计更简易、成本更低的产品。TW8835能够让倒车 camera、导航、DVD、数位电视、行车电脑、环视系统、行车纪录器皆能接受进来并且显示在萤幕上。与此同时,Intersil的抬头显示器也会为提高汽车安全性增色不少。它可以让驾驶直视前方就可轻易得知导航资讯、汽车行进及警示状态,特色是要简单明了,让驾驶不需思考即可反应。另外,TW8835可以将导航资讯、车速、测速警示透果TW8835的SPI graphic engine 图示出来。此外,Intersil的宽电压输入及高功率Power Management IC、LED Driver、Light Sensor、MCB 及SERDES因为都已经具有-40 到 +105 度C的操作温度及AEC-Q100 认证,让客户在车前或后装市场皆能安心使用。
在卜阳春看来,改善汽车的舒适性和提高汽车的安全性可通过提高汽车电子的智能化程度来达到。智能化的电子控制单元可根据汽车驾驶者或乘坐者的使用情况对汽车系统进行智能调节。例如,道路偏移系统可以在车辆偏离正常行驶路线时自动报警,提醒驾驶者,以提高汽车的安全性。多温区的空调系统,可以让汽车的前后排乘客根据各自的需要,调整前排或者后排的空调舒适度,以提高汽车的舒适性。[#page#]
2.车联网
近年来,汽车娱乐系统取得了飞速发展。一方面,从市场需求来看,用户对多媒体娱乐的要求在逐步增高;另一方面,汽车电子软硬件技术的发展,也使得汽车娱乐系统各种各样应用的实现成为可能。车载信息通信系统的市场发展将会要求和智能手机实现更多的互联应用,图形HMI设计将会变得越来越重要,主机单元将会变成Deck-Less以降低成本。这些功能需求对主芯片的要求是:最好是通用的CPU内核,更加强大的2D和3D图形显示控制功能,还有丰富的通信网络接口。为了满足以上条件,富士通半导体向客户推荐一系列适合于HMI开发,由车载图形SoC和授权工具构成的开发平台。
车载娱乐信息系统在逐渐向数字化的方向发展,越来越多厂商重视汽车的互联性,而现在车联网也成为一个比较热的话题。汽车网络总线如CAN、LIN之类的低速网络已经非常普及,而FlexRay和MOST总线也正努力推向更多的量产车型,甚至包括Ethernet也由传统的计算机网络领域转向汽车网络领域拓展,并且未来将会有很大的发展空间。康晓敏坚信,未来Ethernet将会成为增长最快的网络协议。飞思卡尔已率先推出片上携带Ethernet控制器的汽车级产品MPC5604E,并且携手BMW开发出了基于该产品的整车环视系统。
恩智浦汽车电子事业部大中华区市场经理(汽车多媒体及远程信息服务)甘治国
目前,恩智浦在车联网的重点有两部分的产品及规划:移动互联(ATOP)和ITS(802.11p)。其中恩智浦开发的汽车远端资讯车载单元平台把支援GSM/3G、GPS/GLONASS、多规格应用处理器、NFC、安全验证、CAN、USB、电池管理的整个系统,包括车规即时性软体系统与JAVA开放平台整合在3x3cm的模组上,具体实现传统汽车制造相关企业和新进企业构建汽车规格的汽车互联网。恩智浦半导体汽车电子事业部大中华区市场经理甘治国表示:“在未来的10年中,我们认为决定汽车产业格局的趋势是节能和行动网路。所以这些领域的产品会是我们重点关注的,也是我们汽车电子事业部将来新技术研发的方向。”在未来的智能交通中,除了汽车移动互联之外,以802.11p的Car2X通讯为基础提供车辆间以及与道路设施的即时通讯,是实现「主动安全」的未来趋势。
3.低系统总成本与高度灵活性
目前汽车价格不断降低,对车厂及电子系统的成本提出了更高的要求。半导体厂商一方面不断完善产品的系列来满足客户不同层次产品的需求,另外一方面也通过不断开发集成度更高的产品来达到系统成本的降低。恩智浦的车载网路产品系列,不仅包括独立的收发器芯片,而且开发了中高低集成度的系统基础芯片。所有的客户可以根据自己灵活性及系统成本的要求来选择不同的方案。飞思卡尔也是一直致力于汽车电子半导体器件成本的降低。同时在产品推出时,也在注意总成本的降低和灵活性的提高。
关于低总成本系统,徐辉总监分析道,一个主要推动因素是准确了解客户和市场需求,以便向客户提供经过优化的最佳芯片和解决方案。额外的功能将会给客户遭致额外的成本。成本和灵活性永远是一对矛盾。更高的灵活性将会相应地拉升成本。的确,汽车的功能越来越多,系统越来越复杂,但销售价格却越来越低。为了帮助合作伙伴,富士通半导体则通过以下几方面降低汽车电子系统的总成本:首先,从硬件角度,富士通半导体的的汽车芯片在设计时,大幅提高了外围器件的集成度,即将很多外围的功能集成在芯片内部,尽可能的减少系统中外围器件的数量和尺寸,以降低汽车电子系统的硬件成本。另外,从软件开发角度,富士通半导体尽可能的提供免费的开发工具和与产品接近的参考方案,以帮助客户降低软件研发成本。[#page#]
中国汽车市场潜力巨大
加强研发与合作 把握创新稳抓机遇
中国汽车市场是个大市场,其潜力还有待深挖。中国市场本身而言,汽车电子市场将继续前几年高速发展的趋势。整个汽车行业而言,预计汽车革新中50%以上都来自于汽车电子的创新,换言之,汽车市场发展的主要推动力量来自于汽车电子应用的创新。将来,车内的各种设备都将采用电子控制的方式,取代目前的机械运作方式,自动化操作能力将在汽车中普及,这将对汽车电子的发展产生促进和推动作用。
当然,我们也知道,中国本土汽车电子厂商的能力、总量等均相对较低。这是一种挑战,同时也是一种机遇。随着我国汽车产业的发展,越来越多的汽车厂商开始注重汽车电子产品的研发,这是在本土汽车电子厂商最大的机遇。飞思卡尔作为汽车电子半导体供应商,除与汽车电子系统厂商的合作外,也一直强调与汽车整车厂的合作,希望形成汽车电子半导体-汽车电子系统-整车厂商之间的完美合作,以提高本土整体汽车电子的水平。
另外,新能源汽车电子也会是一个市场机会,中国政府已经制定了许多推动新能源汽车发展的政策。姜辉称:“我们预计在今后几年中,在相应基础设施和税务优惠政策正式出台的情况下,电动汽车和混合动力汽车领域将呈现爆炸性的发展势头。除机械设计之外,电子安全性也是汽车厂商关注的一大重要特性。”TI 认为新能源汽车市场是其 MCU 发展的关键领域之一。C2000 堪称市场上最出色的实时嵌入式控制器,广泛应用于众多非汽车应用中,如高性能电机控制、数字电源和逆变器等应用领域。对此,富士通认为,新能源汽车电子的市场机会在:新能源汽车半导体芯片;面向混合动力汽车产业化的电控技术和产品,例如面向多能源动力总成16位或32位机高性能控制器;面向电动汽车的电控技术和产品,包括电动车电动化总成控制系统;电动车载信息与智能充电控制系统;电动车ITS与车网融合技术和解决方案等。
英飞凌徐总监最后总结,中国厂商在汽车电子领域的机遇主要有:针对传统应用的创新;通过汽车开发流程确保技术商业化,以满足客户在成本、技术和质量方面的要求;新能源汽车,比如纯电动汽车。
中国作为一个很有潜力的市场,相信汽车电子领域的机遇会越来越多。深入挖掘中国汽车市场潜力,加强产品研发与厂商合作,把握技术创新。在全球节能减排风靡的今天,洞悉新能源汽车发展市场,占领先机,中国汽车电子厂商的机遇将源源不断,同时将中国汽车市场发展带向一个新的高度!
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