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消费者对需求的日益增长牵引着汽车电子的增长

2018-09-09
关键词: 汽车电子

  受到全球市场竞争的紧迫压力,汽车OEM们处于一个对可靠性、成本效益、以及安全性需求越来越高的环境中,而且这种需求正持续不断地挑战着整个汽车电子领域。消费者对能够增强舒适度和安全性的功能需求日益增长,这进一步牵引着汽车中电子部分的增长。

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  考虑到汽车市场固有的成本压力,未来势必将引入更多的中国本土汽车制造商。而随着中国汽车电子的扩展和成熟,我们预计中国本土制造商的需求将会大幅增长。

  功率器件将有较大发展机会,但仍须谨慎评估电气和热性能

  汽车对功率产品的需求正在全方位扩展。几年前,汽车中的功率器件大多数都是55V到60V的MOSFET,主要用于汽车的动力传动系统。现在的汽车则采用20V到600V的功率器件。对于动力转向及制动这类应用,开发工程师正在寻找具有低导通阻抗的高性能低压沟道型MOSFET,以降低汽车的功耗。压电喷射或高强度照明等其它应用需要100V到200V的功率器件和驱动器。而点火IGBT和混合动力电动汽车在使用300V到1000V以上的IGBT。

  电动动力转向让汽车设计人员能够改变驾驶者对车辆的感觉。由于提供软件的不同,相同的系统通过控制可以感觉起来像大型的豪华轿车或紧凑敏捷的跑车。这就要求将几年前的完全液压式控制系统改为低阻抗的电机控制系统。在线圈上开关点火应用中,汽车的每个汽缸都有专用的点火线圈,每个线圈带有高压点火IGBT。这样,汽车就不再需要既昂贵又频生可靠性问题的高压点火线了。通过改变点火系统的架构,并在线圈中采用电子产品,引擎控制模块可以获得更多的关于点火质量和时序的实时信息。

  从功率半导体供应商的角度来看,车用电子产品行业最大的技术挑战是处理汽车日益增长的功率需求。而随着汽车中的电子产品越来越多,热量已经成为一个令人头痛的问题。与此同时,系统日趋小型化,而良好的散热能力越来越难实现。

  以上述的点火线圈为例,点火IGBT位于塑料线圈中,没有机械散热器可用。这样,线圈就被直接安置在靠近排气管的汽缸上面。这些IGBT的额定工作温度为175度。相关挑战在于额定热量一般与功率半导体器件的大小有关。因此,先进的技术可以生产出尺寸更小的芯片,这些器件的热阻会更高,芯片尺寸缩小,瞬态功率处理能力降低。于是,不同于采用了最新最小IC技术的复杂控制芯片,功率器件的电气和热性能必须不断地被评估。

  飞兆认为,对中国而言,本土汽车市场潜力巨大,尤其是在功率产品方面。推动这一领域发展的是座椅、车窗、车镜和方向盘调节等电机驱动产品的高速增长。以座椅为例,电动座椅可有多达12个电机,每个都需要1个H桥(即4个晶体管)来控制。加上在寒冷的冬季为座椅加热用的电子产品,这的确相当吸引功率半导体供应商。汽车中采用电机控制或螺旋管驱动器的应用在大幅增长,比如汽车顶篷、抬头显示器(heads up display)、行李箱和油箱盖开关、可伸缩天线、车镜、车锁、头灯定位、雨刷等等,可以列出一长串。因此,从短期来看,车身电子将是汽车功率产品领域一个急速发展的方向。

  除了车身电子外,下一个热门应用领域预计是旨在节能的代用燃料系统,比如电动或混合动力电动汽车。尽管这些代用燃料和混合动力车辆与日俱增,但仍然只占总体汽车市场的一小部分。故而,即使具有增长潜力,但要让大多数汽车都采用电力牵引控制尚需一段时日。

  所以就目前而言,近期内增长的车用功率电子产品将是电机、螺线管驱动器和控制器。

  寻求与应用匹配的网络协议,进一步推进汽车性能

  汽车电子架构师所面临的最重大挑战之一是,如何能使汽车中日益增多且种类繁多的电子控制模块(ECM)以有成本效益的方案连接起来。

  车身电子改善了汽车乘客的舒适性和安全性。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。通过简化其操作并且把驾驶员从分心的“一心二用”行为中解放出来,车身电子改进了汽车的安全性因素。

  单一的网络协议不能满足整个汽车宽范围的应用要求。汽车电气系统所面临的挑战在于:在目标预算内定义合适的网络协议以实现所渴望的性能。因此,所选择的网络协议必须与合适的应用匹配,在此,对价格/性能的各种要求要进行调整。汽车架构师一旦完成定义,向维持在成本预算内挑战就是嵌入式系统设计工程师必须满足的要求。

  CAN提供多个主控层,以支持对智能冗余系统的开发。在这种类型的网络中,如果一个网络的节点有缺陷,那么,网络仍然能够发挥作用。消息通过网络广播,然后所有的节点都接收到该消息,并能够读该消息,以确定这个消息是否与它们有关且是否要采取任何行动。在这种环境中必须确保数据完整性,因为系统的所有节点都采用相同的信息。数据完整性还通过误码检测机制以及有缺陷消息的重发机制获得支持。

  LIN协议是一种用于较小汽车网络的整体通信概念。其规范覆盖了对协议和物理层的定义、以及对用于开发工具和应用软件的接口的定义。在车辆的开关、智能传感器和传动装置等应用中,无需CAN的带宽和通用性,LIN就能够提供有成本效益的通信网络。这种通信网络协议是基于SCI(UART)数据格式,采用一主/多从的概念,各个节点采用单线12V总线和时钟同步,不需要稳定的时基。