【編者按】:受到全球市場競爭的緊迫壓力，汽車OEM們處于一個對可靠性、成本效益、以及安全性需求越來越高的環(huán)境中，而且這種需求正持續(xù)不斷地挑戰(zhàn)著整個汽車電子領域。消費者對能夠增強舒適度和安全性的功能需求日益增長，這進一步牽引著汽車中電子部分的增長。 考慮到汽車市場固有的成本壓力，未來勢必將引入更多的中國本土汽車制造商。而隨著中國汽車電子的擴展和成熟，我們預計中國本土制造商的需求將會大幅增長。本文邀請了業(yè)界資深技術專家對未來汽車領域的發(fā)展作綜述性的預測，試圖為工程師們提供宏觀性參考。 功率器件將有較大發(fā)展機會，但仍須謹慎評估電氣和熱性能 作者：飛兆半導體公司車體電子/智能開關總監(jiān) Gary Wagner 汽車對功率產(chǎn)品的需求正在全方位擴展。幾年前，汽車中的功率器件大多數(shù)都是55V到60V的MOSFET，主要用于汽車的動力傳動系統(tǒng)。現(xiàn)在的汽車則采用20V到600V的功率器件。對于動力轉向及制動這類應用，開發(fā)工程師正在尋找具有低導通阻抗的高性能低壓溝道型MOSFET，以降低汽車的功耗。壓電噴射或高強度照明等其它應用需要100V到200V的功率器件和驅動器。而點火IGBT和混合動力電動汽車在使用300V到1000V以上的IGBT。 電動動力轉向讓汽車設計人員能夠改變駕駛者對車輛的感覺。由于提供軟件的不同，相同的系統(tǒng)通過控制可以感覺起來像大型的豪華轎車或緊湊敏捷的跑車。這就要求將幾年前的完全液壓式控制系統(tǒng)改為低阻抗的電機控制系統(tǒng)。在線圈上開關點火應用中，汽車的每個汽缸都有專用的點火線圈，每個線圈帶有高壓點火IGBT。這樣，汽車就不再需要既昂貴又頻生可靠性問題的高壓點火線了。通過改變點火系統(tǒng)的架構，并在線圈中采用電子產(chǎn)品，引擎控制模塊可以獲得更多的關于點火質量和時序的實時信息。 從功率半導體供應商的角度來看，車用電子產(chǎn)品行業(yè)最大的技術挑戰(zhàn)是處理汽車日益增長的功率需求。而隨著汽車中的電子產(chǎn)品越來越多，熱量已經(jīng)成為一個令人頭痛的問題。與此同時，系統(tǒng)日趨小型化，而良好的散熱能力越來越難實現(xiàn)。 以上述的點火線圈為例，點火IGBT位于塑料線圈中，沒有機械散熱器可用。這樣，線圈就被直接安置在靠近排氣管的汽缸上面。這些IGBT的額定工作溫度為175度。相關挑戰(zhàn)在于額定熱量一般與功率半導體器件的大小有關。因此，先進的技術可以生產(chǎn)出尺寸更小的芯片，這些器件的熱阻會更高，芯片尺寸縮小，瞬態(tài)功率處理能力降低。于是，不同于采用了最新最小IC技術的復雜控制芯片，功率器件的電氣和熱性能必須不斷地被評估。 飛兆認為，對中國而言，本土汽車市場潛力巨大，尤其是在功率產(chǎn)品方面。推動這一領域發(fā)展的是座椅、車窗、車鏡和方向盤調節(jié)等電機驅動產(chǎn)品的高速增長。以座椅為例，電動座椅可有多達12個電機，每個都需要1個H橋(即4個晶體管)來控制。加上在寒冷的冬季為座椅加熱用的電子產(chǎn)品，這的確相當吸引功率半導體供應商。汽車中采用電機控制或螺旋管驅動器的應用在大幅增長，比如汽車頂篷、抬頭顯示器(heads up display)、行李箱和油箱蓋開關、可伸縮天線、車鏡、車鎖、頭燈定位、雨刷等等，可以列出一長串。因此，從短期來看，車身電子將是汽車功率產(chǎn)品領域一個急速發(fā)展的方向。 除了車身電子外，下一個熱門應用領域預計是旨在節(jié)能的代用燃料系統(tǒng)，比如電動或混合動力電動汽車。盡管這些代用燃料和混合動力車輛與日俱增，但仍然只占總體汽車市場的一小部分。故而，即使具有增長潛力，但要讓大多數(shù)汽車都采用電力牽引控制尚需一段時日。 所以就目前而言，近期內增長的車用功率電子產(chǎn)品將是電機、螺線管驅動器和控制器。 尋求與應用匹配的網(wǎng)絡協(xié)議，進一步推進汽車性能 作者：Microchip Technology全球汽車市場總監(jiān)Willie Fitzgerald 汽車電子架構師所面臨的最重大挑戰(zhàn)之一是，如何能使汽車中日益增多且種類繁多的電子控制模塊(ECM)以有成本效益的方案連接起來。 車身電子改善了汽車乘客的舒適性和安全性。為了讓汽車制造商生產(chǎn)出使人們更愉快駕駛的更為智能、可靠和安全的交通工具，推進車身控制電子的發(fā)展是至關重要的。通過簡化其操作并且把駕駛員從分心的“一心二用”行為中解放出來，車身電子改進了汽車的安全性因素。 單一的網(wǎng)絡協(xié)議不能滿足整個汽車寬范圍的應用要求。汽車電氣系統(tǒng)所面臨的挑戰(zhàn)在于：在目標預算內定義合適的網(wǎng)絡協(xié)議以實現(xiàn)所渴望的性能。因此，所選擇的網(wǎng)絡協(xié)議必須與合適的應用匹配，在此，對價格/性能的各種要求要進行調整。汽車架構師一旦完成定義，向維持在成本預算內挑戰(zhàn)就是嵌入式系統(tǒng)設計工程師必須滿足的要求。 CAN提供多個主控層，以支持對智能冗余系統(tǒng)的開發(fā)。在這種類型的網(wǎng)絡中，如果一個網(wǎng)絡的節(jié)點有缺陷，那么，網(wǎng)絡仍然能夠發(fā)揮作用。消息通過網(wǎng)絡廣播，然后所有的節(jié)點都接收到該消息，并能夠讀該消息，以確定這個消息是否與它們有關且是否要采取任何行動。在這種環(huán)境中必須確保數(shù)據(jù)完整性，因為系統(tǒng)的所有節(jié)點都采用相同的信息。數(shù)據(jù)完整性還通過誤碼檢測機制以及有缺陷消息的重發(fā)機制獲得支持。 LIN協(xié)議是一種用于較小汽車網(wǎng)絡的整體通信概念。其規(guī)范覆蓋了對協(xié)議和物理層的定義、以及對用于開發(fā)工具和應用軟件的接口的定義。在車輛的開關、智能傳感器和傳動裝置等應用中，無需CAN的帶寬和通用性，LIN就能夠提供有成本效益的通信網(wǎng)絡。這種通信網(wǎng)絡協(xié)議是基于SCI(UART)數(shù)據(jù)格式，采用一主/多從的概念，各個節(jié)點采用單線12V總線和時鐘同步，不需要穩(wěn)定的時基。 由于LIN面向低端應用，兩個因素是關鍵的：與CAN相比，每一個節(jié)點的通信成本必須進一步大幅度降低；不需要CAN的性能、帶寬和通用性。LIN較之于CAN的主要成本節(jié)約源自于：單線傳輸；因硬件或軟件在芯片中，實現(xiàn)成本低；在從節(jié)點中不必采用晶體或陶瓷諧振器。 隨著汽車中ECM數(shù)量的日益增加，汽車電子系統(tǒng)架構師將不斷面臨的挑戰(zhàn)在于，要為“網(wǎng)絡化”的汽車環(huán)境創(chuàng)造一種“最具有成本效益的網(wǎng)絡”，這樣才能推進汽車性能的提高。 汽車網(wǎng)絡系統(tǒng)重要性升級，一體化整車網(wǎng)絡勢在必行 作者：恒潤科技汽車電子事業(yè)部技術總監(jiān)范永健博士(左)和范成建博士 經(jīng)過多年的發(fā)展與完善，汽車網(wǎng)絡技術目前已經(jīng)成為各主流汽車廠商的基礎技術構成。各企業(yè)的網(wǎng)絡協(xié)議標準定義了企業(yè)級物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、傳輸協(xié)議、應用層和故障診斷規(guī)范。不僅如此，為了保證遵守此協(xié)議的軟件的高質量和短的開發(fā)周期，整車廠商通常還規(guī)定了在開發(fā)汽車電子產(chǎn)品時必須使用由專業(yè)軟件供應商提供的協(xié)議棧軟件、相關的開發(fā)工具，以及必須遵守的開發(fā)和測試流程。擁有網(wǎng)絡協(xié)議、協(xié)議棧、測試標準和相關的流程可以使企業(yè)在產(chǎn)品開發(fā)、供應商開發(fā)、產(chǎn)品外包、內部培訓等方面變得更加高效、易于控制和管理。 隨著汽車電子技術的發(fā)展和市場競爭的加劇，目前在轎車上通常有不止一個電控單元(ECU)用于監(jiān)測和控制各子系統(tǒng)。在汽車電子發(fā)展的早期，這些ECU都是各自獨立工作的。這樣就比較容易劃分各子系統(tǒng)的功能，比如動力總成、底盤、車身和娛樂。典型的是發(fā)動機管理和變速器控制屬于動力總成，ABS屬于底盤，空調、中控門鎖和座椅屬于車身；收音機和DVD則屬于娛樂和多媒體系統(tǒng)。 隨著軟件和硬件技術的發(fā)展，尤其是隨著總線技術的引入，比如在上世紀90年代初出現(xiàn)的CAN總線系統(tǒng)，標志著ECU發(fā)展的第二階段。汽車電子網(wǎng)絡技術不僅加快了新技術的應用，同時節(jié)約了成本。比如，多個ECU可以共用一個傳感器發(fā)出的信號，而無需復雜昂貴的接線。由于可以通過網(wǎng)絡實現(xiàn)廣泛的數(shù)據(jù)共享，新功能的增加更加容易，實現(xiàn)成本更加低廉。當前汽車電子功能的多樣化和快速增長都與汽車網(wǎng)絡技術的廣泛應用密切相關。得益于汽車網(wǎng)絡技術的支持，現(xiàn)代汽車電子系統(tǒng)實現(xiàn)了低成本、高度靈活和可裁減性。 目前整個汽車電子系統(tǒng)通常由3~5個網(wǎng)絡構成，它們通常由動力總成網(wǎng)絡(高速網(wǎng)絡)、舒適系統(tǒng)網(wǎng)絡(中低速網(wǎng)絡)和信息娛樂系統(tǒng)網(wǎng)絡(多媒體網(wǎng)絡)構成。它們由網(wǎng)關實現(xiàn)互連，構成一體化整車網(wǎng)絡。在高端技術方面，以Flexray總線為代表的時間觸發(fā)總線技術的發(fā)展成熟將促進與安全相關的轉向控制等功能的發(fā)展。在低端，LIN總線應用將更加廣泛，會出現(xiàn)更多集成了傳感器/執(zhí)行器/LIN的價格低廉的節(jié)點。 中國主流汽車廠商已經(jīng)認識到汽車網(wǎng)絡系統(tǒng)的重要性和它對企業(yè)汽車電子系統(tǒng)的重要支撐作用。有些廠商已經(jīng)在組織建立自己的網(wǎng)絡協(xié)議標準。就像國際知名汽車廠商通用和福特公司一樣，它們通常委托專業(yè)公司完成協(xié)議制定工作以確保協(xié)議專業(yè)、完整和全面。 恒潤科技通過對國際標準和行業(yè)標準的學習分析，以及與知名整車廠商的合作，在協(xié)議制定、培訓、協(xié)議棧開發(fā)、網(wǎng)絡測試方面已有多年的實踐經(jīng)驗，專業(yè)的服務將有助于中國汽車廠商組建企業(yè)的基礎網(wǎng)絡平臺。