汽车电子：信息娱乐升温 追求安全节能

引言

       当前汽车电子的发展趋势用六个字来总结，就是：安全、舒适、节能。富士通半导体公司产品经理丁洁早称，在汽车中高端市场，更强调汽车的安全和舒适系统，需要更加时尚的HMI(人机界面)设计，比如车距保持系统，智能灯光控制系统，全景辅助驾驶系统，信息娱乐系统等。低端市场更注重节能省油和低成本。

　　近两年来，汽车电子化发展的趋势愈加明显。汽车电子已经成为众多新车上市过程中重点宣传的亮点，从一键式启动、实时导航、智能泊车、移动办公到丰富的网络信息服务，汽车电子的生活化正在逐步影响着整车消费。
　　对于车身电子而言，电动座椅、区域温控空调、自适应前车灯等新产品将随着消费者对于车辆舒适性的追求不断提升，并实现普及率的不断提高。空调、仪表等传统产品升级较快，数字化仪表、自动空调等产品提高了IC在产品成本中的比重。2011年，汽车仪表用集成电路(IC)市场销售额达到12.3亿元，在车身电子市场中的份额达到22.3%。
　　从空间发展来看，全球汽车和汽车零部件制造向中国转移的趋势并未改变，中国将成为全球汽车电子产品产销大国，汽车电子研发也将逐步向中国转移。从产业结构来看，产品制造业比重将逐步降低、软件、系统集成、工业设计、测试、信息服务等行业将迅速发展，Intel(英特尔)、IBM、中国移动等其他行业巨头将逐步向汽车电子领域和汽车信息服务领域渗透，产业综合性将不断提升。　

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安全
安全气囊与MEMS
　　随着消费者安全意识的提高，传统的被动安全系统越来越受到重视，比如安全气囊的装车率持续增加，并且侧安全气囊、安全气帘和腿部的安全气囊也会在越来越多的车型中配备。
　　对于安全气囊和电子稳定系统来说，一个显而易见的趋势是车辆安装的气囊平均数量在快速增加，同时标配ESC(电子稳定系统)的车型在不断增多。ADI公司汽车电子战略市场部应用经理沈飞指出，由此带来的电子系统数量和规模在不断扩充，尤其需要更多的MEMS传感器来感测碰撞的不同部位以及车身姿态。
　　因此，需要更多的MEMS加速度传感器和压力传感器来感测碰撞的不同部位。根据安装位置不同，需要的信号量程和频率响应也不同。这对传感器芯片厂家提出了更高要求。同时，用多种传感器的融合来降低系统复杂度和系统成本，也是另一个趋势。在主动安全领域，需要MEMS加速度传感器和角速度传感器来感测车身姿态。同时，这样的传感器往往安装在振动比较恶劣的位置，所以需要传感器具有很高的振动冲击抵御性。这是对MEMS传感器的一个挑战。
辅助驾驶
　　在辅助驾驶领域，ENCAP已经引入了相应系统的加分项，国内标准也在快速跟上。这个领域将带来雷达、视觉信号处理芯片的又一增长驱动。对于半导体厂商来说，由于系统的核心是通过视觉或者雷达技术检测车辆行驶状态以及周围的环境信息，经DSP处理，然后采取相应的措施。有的只是警报驾驶员，有的则采取一些干预驾驶的措施如刹车等。由于主动安全的核心是信号的采集和处理，所以这对半导体厂商在模拟技术、高频技术以及数字处理方面有很高的要求。
　　Intersil产品市场经理Jonpaul Jandu称，用于高性能、用户界面、显示器和智能通讯的安全方案很重要，例如驾驶辅助应用——如倒车影像显示(RCD)，以避免倒车事故　
主动安全涵盖更广
　　英飞凌徐辉介绍道，主动安全系统将会是未来法规和车型配置的发展方向，如胎压检测(TPMS)、主动防撞、车道偏移报警、盲点监测、电子助力转向、电子驻车制动系统、车辆稳定系统等等。其中TPMS推荐标准已经实施。此外，旨在提高道路车辆功能安全的国际标准ISO26262于2011年底正式颁布，现已受到行业的广泛关注。国内许多整车厂和Tier 1(汽车零部件供应商)已经开始开展相关研究，同时国家相关标准也在讨论和制定中。
　　另外，车灯系统和许多行车法规有直接联系，如白天行车灯、转向灯、尾灯、刹车灯。未来对这些灯的失效检测和保护，都将成为必备功能。
　　凌力尔特公司混合信号产品部产品市场经理Alison Steer认为，使电气系统保持正常运作变得日益重要起来。在如今的汽车里，用于控制从轮胎压力到电动车窗等各项功能的微控制器(MCU)数目超过了50个。现在，消费者对于计算机控制型汽车的依赖程度越来越高，而且针对可靠性的要求也达到了前所未有的水平。当这些组件发生轻微故障时，会造成车主的不方便和抱怨，而且修理费用可能十分昂贵。而严重的故障则有可能危及人的生命。
接入控制系统的增长快于汽车市场本身
　　“就中国市场而言，接入控制系统市场的成长速度会快于汽车市场本身的增长速度。” 恩智浦半导体汽车电子事业部全球销售与市场副总裁Drue Freeman解释道，“因为目前，中国本土多数汽车还没有采用自动锁死技术，市场对安全和防盗的需求高涨。”
　　汽车接入控制系统的主要趋势是：远程免钥匙进入(RKE)和自动锁死技术的集成。NXP目前可为汽车自动锁死系统提供RFID(射频识别)应答器和阅读器，以及可将RKE功能集成到汽车自动锁死应用中的相关IC。
HB LED车灯对驱动器提出要求
　　凌力尔特公司电源产品部产品市场总监Tony Armstrong称，高密度气体放电(HID)灯和高亮度 (HB) LED 前照灯都将对白炽灯泡的统治地位产生冲击。然而，由于HID灯的生产制造成本昂贵，因此一直仅限于高档车辆应用。因此，HB LED车前灯在未来的十年中将拥有最高的增长率。
　　对于汽车照明系统设计人员而言，他们面临的最大障碍之一是怎样优化这种最新一代LED所拥有的全部特性与优势。由于LED通常需要一个准确和高效的电流源以及一种进行调光的方法，因此必须设计能在各种各样的工作条件下满足上述要求的LED 驱动器 IC。此外，其电源解决方案也必须高效、坚固和可靠，同时具备非常紧凑的外形结构以及成本效益性。
　　特别是在驱动HB LED的场合，通过运用一种可同时满足输入电压范围以及所需输出电压和电流要求的转换拓扑结构，LED驱动器IC必须要能够提供适合诸多不同类型LED 配置的足够电流和电压。因此，在理想的情况下，HB LED驱动器IC应具有以下主要特点：
　　● 宽输入/输出电压范围—高达100V;
　　● 高效转换—效率高达 98%;
　　● 严格调节的LED电流匹配—在整个温度范围内匹配误差小于2%。

车载娱乐占半壁江山
智能汽车有三阶段
　　英特尔中国区嵌入式及消费电子事业部嵌入式英特尔架构产品市场经理刘荣称，IT与汽车将逐渐融为一体，智能汽车将在未来成为现实。智能汽车的发展将经历三个主要的发展阶段。
　　第一阶段，主要集中于驾驶诉求的满足，例如位置服务、实时播报动态路况、线路规划、辅助查询、旅游信息等;安全安防，安装防盗监控，紧急救援等;维修维护，定期进行油耗提醒，车辆运行档案等级，预约维护保养等。
　　第二阶段即保障驾乘安全阶段，车里的显示屏会清晰地显示驾乘人员所需的内容，车身会有更多的传感器监控周围的环境;车载信息娱乐系统能够显示出全面的车况信息：车内温度、湿度、一氧化碳含量、胎压检测报告，甚至汽车方圆一公里以内的路面状况都可尽在掌握之中。
　　第三阶段即基于网络服务的阶段，英特尔称之为“联网汽车”阶段。在这一阶段，汽车与汽车之间，汽车与手机、电脑、加油站等设备之间，甚至汽车与人之间都将进行更加自然的交互与沟通。

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汽车互联需要高安全性
　　恩智浦坚信，汽车互联将为驾驭体验带来更高的安全性、更多的便捷以及更好的定制娱乐体验。恩智浦将远程信息技术和car-to-x (汽车对多应用) 通信技术，以及面向汽车门禁、近距离无线通信 (NFC)和多标准数字广播接收的无线技术带到了汽车行业。此外，所有这些接口必须确保安全，能有效杜绝黑客攻击和操纵，同时还须保护隐私。
车载信息与舒适性重要
　　ADI认为，在信息娱乐领域，消费者对信息性和舒适性越来越重视，汽车不仅要有强大的导航仪器，方便召开移动会议的旋转座椅，更渴望有如家用高保真级别的音视频体验，因而会带动高保真音频转换CODEC(编/解码器)、音效处理DSP(数字信号处理器)等器件的进一步发展。例如，音视频转换处理IC需要具备更高的模拟信号表现、更高的信号处理能力，来提升系统音视频体验，但同时还需要保证较高的成本优势。这是这一领域的特殊需求。
　　具体来说，富士通半导体公司产品经理丁洁早认为，在车载娱乐方面，人机界面(HMI)会越来越受到消费者的重视，消费者会更重视人机的互动，而不是简单的系统状态信息输出;显示系统也会从传统的TN/STN屏幕逐渐转向TFT屏;在未来几年，3D的用户界面也很有可能被广泛采用。
　　Intersil认为显示和计算产品值得关注，例如使驾驶员、乘员和车辆与基础设施(抬头显示“HUD”、媒体、导航等)保持联络。Intersil的高集成度LCD控制器/处理器等产品和SerDes技术非常适用于这类应用。
节能环保
节能及提升效率的方案
　　英飞凌的徐辉指出，在环保方面，节能减排，尤其是降低CO2的排放是核心趋势之一，在欧洲已经是法规。针对这个趋势，越来越多的车厂将提高发动机效率，减少电器设备能耗作为主要手段。
　　因此，发动机缸内直喷技术(GDI)将会进一步普及，轻型混和技术在未来的5~10年将是主要的技术方向，如主动式起停控制(START-STOP)。
　　起停控制功能将从现在的手动式变为内置主动式，用户不再手动开启此功能，系统将根据车辆运行情况自动开启，如在等待红灯时，系统关闭发动机;而绿灯时，系统自动启动发动机。由于发动机需要频繁启动，现有的继电器将无法适应，配电盒的半导体化将是发展方向。用智能半导体器件代替继电器，不但可以提高开关次数，减少器件损耗，还可以实现诊断和保护功能，提高系统可靠性。
　　车内感性负载，如电动机、电磁阀，将由现在的简单开关控制方式向脉宽调制(PWM)转变，甚至从现在的支流有刷电机向三相无刷电机转变。通过此种变化，将可以把现有的电机控制效率从不足40%提高至70%~80%，甚至90%。
新能源汽车的电池管理系统
　　凌力尔特认为，混合动力汽车和全电动汽车中，随着电池越来越多地被用作电源，同样需要最大限度地延长其有效使用寿命。电池电量失衡(构成电池组的各电池单元之充电状态的失配)是大型锂电池组所存在的一个问题，其产生根源在于制造工艺、工作条件及电池老化方面的偏差。业界的共识是：当制作大型电池组时，仍然需要进行电池电量测量和电池电量平衡以保持高电池容量，从而获得长久的电池组使用寿命。在这一应用领域，凌力尔特的电池管理系统 (BMS) 产品系列受到了用户的欢迎，而这是目前在汽车应用中已投产和在路上行驶的唯一BMS产品。
　　Intersil也认为，良好的电源和电池管理产品可以减少CO2排放、优化燃油经济性、传动系统和部件的电气化(EPS)、节省重量(电子制动、EPAS)等。该公司的多单元均衡(MCB)产品可帮助电动/混合动力车实现安全和准确的电池管理。
 FPGA以快速、灵活见长
　　Altera公司汽车产品线经理Michael Hendricks认为，当今的汽车电子系统设计人员面临的三个主要挑战是：更快的开发周期、灵活的解决方案和功能安全。　　
        二十年前，汽车领域的技术创新落后于消费领域5～8年。今天，汽车技术创新甚至开始领先于消费领域。
　　汽车OEM难以处理的问题是经济性和供给现实——不同的车辆有数百种模型和选择。OEM现在认识到需要基于灵活平台的模块化系统设计方法，能够在多种车辆模型或者等级(例如，入门、中端、高端和豪华)上进行定制。
　　相应地， IC的特点呈现如下趋势：更快的开发周期、灵活的解决方案，而FPGA能够满足此要求。因为FPGA的优点在于它非常灵活，降低了风险，产品能够更快面市，而且降低了总成本。随着设计复杂度的提高，FPGA、ASIC和ASSP/MCU设计流程变得非常相似，最终，FPGA工艺并不需要经历物理设计、设计规则收敛、投片和制造等过程，而ASIC则需要这些过程。而且，对FPGA进行硬件修改非常直观，而ASSP和MCU设计不支持这一功能。
　    赛灵思(Xilinx)汽车营销和产品规划高级经理Kevin Tanaka也认为，灵活的系统集成的趋势有助于提高设计生产力和系统性能，降低整体系统功耗和材料成本。目前，赛灵思正把其在传统FPGA产品上的优势扩展至“All Programmable”平台，以实现更高的系统集成度和高灵活性。All Programmable产品/平台既可满足当今汽车显示对高清视频和图形系统的需求，又可满足大批量驾驶员辅助(DA)和驾驶员信息(DI)系统对低成本数字信号处理功能、以及更高带宽的要求，从而避免了昂贵而复杂的连线，并为多种车载网络标准提供稳健可靠的支持，实现车载信息娱乐(IVI)系统各组件的协同工作。在此系统中，FPGA往往被用作处理器的协同芯片，提供更多连接或硬件加速功能，以满足客户所需。

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