汽車電子三大熱門方向的技術發展

車聯網

Nexperia對當前電機控制發展趨勢的理解

　　電機控制方面總體趨勢是轉向PWM驅動型無刷直流電機。與線性和有刷電機相比，上述電機具備更出色的整體系統可靠性，效率也更高，可在車輛的整個生命周期內顯著提高性能，節省燃油，并減少二氧化碳的排放量。

　　三相無刷直流電機(BLDC電機)損耗低且熱管理更為簡單，是高功率應用的首選解決方案。MOSFET在動力系統應用中要面對的一項挑戰就是在高溫環境下運行。降低BLDC電機重量和運行噪聲是未來發展的關鍵因素。新興應用還包括車窗、天窗和座椅控制。Nexperia的應對之策就是開發尺寸更小、散熱性能更好且功率密度更高的封裝產品。我們持續發布新的功率MOSFET硅技術，持續幫助客戶提高生產力。

　　例如，BLDC電機控制系統需要使用6個以PWM方式驅動的MOSFET。該系統具備以下優勢：1.重點關注開關損耗和EMC性能;2.平均可節省功耗100 W;3.每行駛100 km可減少約0.24 kg的二氧化碳排放。

　　Nexperia最近推出了LFPAK56D-雙通道MOSFET。LFPAK56D采用Nexperia的尖端銅夾片技術，在單個封裝內集成兩個MOSFET，非常節省空間，且具備同類封裝最佳性能。繼電器仍常用于低功率應用中的速度控制，但由于可靠性和能效較為遜色，已逐漸被功率MOSFET器件取代。使用分立式獨立驅動器通常能夠降低成本，且不影響性能。獨立驅動器還能實現EMC和開關損耗優化。

車聯網的信息安全

　　總體上來說，V2X(vehicle-to-X，這里的X可以是其他的車輛(V2V)，也可以是交通燈等基礎設施(V2I))通信技術進一步提升，以推動未來自主駕駛汽車的發展，確保該通信的安全至關重要。汽車制造商必須能夠確保無線通信不受影響，不然的話，自動駕駛汽車的安全操作能力將受到嚴重的威脅。如果汽車制造商能夠遠程對汽車的軟件進行升級，以確保事關生命安全的系統始終使用最新的軟件版本，這個系統必須擁有非常高級別的安全和加密功能，以防黑客攻擊車輛并制造事故。

　　因此，隨著現代汽車向互聯網汽車演變，允許應用從開放云端下載軟件進行更新和升級，汽車網絡安全變成了關鍵的任務。需要增強安全功能來保護汽車免受網絡惡意攻擊，并確保云端的個人信息安全。

　　瑞薩電子最近推出了針對R-Car汽車計算平臺的全新軟件套裝，以提升下一代互聯網汽車的安全性。軟件套裝部署了嵌入式優化的視覺技術，有助于嵌入式系統具有集成在單一系統中的安全性能，保護汽車免受外部威脅，并具有應急安全功能，即使在出現故障時也能確保持續性的安全運行。

安森美在車聯網三大方向的理解

　　在圖像傳感器方面，其是用于前視、后視、車內和環視。它們用于從簡單的應用(如后視攝像機或DVD記錄儀)到作為先進駕駛輔助系統(ADAS)的一部分。在成像領域的趨勢是像素更高，以提供更精確和更清晰的圖像，從100萬、200萬、400萬到800萬像素。此外，微光成像需求正在增加。其它趨勢包括傳感器融合，其中包括使用圖像、雷達和激光雷達來創建車輛周圍安全的虛擬繭。

　　在雷達方面，幾乎所有3級到5級自動駕駛車輛中，雷達和激光雷達都將與成像結合使用。雷達技術將從24 GHz發展到77/79GHz。在激光雷達方面，一些高端車輛將在2018或2019年將采用機械式激光雷達。但固態激光雷達正在開發中，有關類型或flash掃描的評估仍在進行中。

　　信息安全方面，聯網安全需要使數據輸入、輸出或在車內需要安全和不受到外部非法侵入。這包括通過車輛總線(LIN，CAN，MOST及FlexRay)和通過其他領域如車載攝像機。

　　安森美產品優勢

　　安森美半導體可提供全面的視覺ADAS產品及方案，在汽車圖像傳感器市場的份額近50%，在ADAS市場的份額更是達到70%。我們為市場提供大量百萬像素方案、具有卓越微光性能的產品，開發新一代1080P方案，并提供模塊化平臺幫助設計人員實現快速的原型開發和高效的設計。

京瓷為車聯網做的準備

　　中國汽車行業即將在自動駕駛及電動汽車等領域迎來快速發展階段。面對這樣的新市場，京瓷也做出了相應的準備。目前，面向ADAS，京瓷可提供高品質的電子零部件、車載攝像頭、平視顯示器以及儀表盤用顯示器等各種尖端產品，同時為滿足下一代車載技術的需求，京瓷正致力于研發各種新產品。

　　車載攝像頭

　　京瓷融合了高分辨率鏡片技術、回路設計技術和圖像控制技術，使攝像頭在白天及夜間均可呈現出自然清晰的圖像。從1999年開始，從SUV到普通轎車，京瓷的視頻攝像頭和感應攝像頭在量產中被普遍使用，以其高品質受到了廣泛的好評。

　　今后，我們將利用各種尖端光學技術，研發200萬像素的數碼攝像頭和內置人工智能識別攝像頭，以及其他ADAS相關產品，以此為中國汽車自動駕駛技術的發展做貢獻。

　　毫米波雷達電路板

　　京瓷目前向雷達模塊生產廠家提供帶天線的模塊基板。該基板天線面采用低介電液晶聚合材料(天線圖形加工精度高)，并與貼裝電子部品用的HDI基板混壓制成天線模塊基板。

　　傳感器用陶瓷電路板及封裝

　　作為車載用各類傳感器件和模塊所適用的零部件,京瓷目前可提供各種陶瓷基板和封裝管殼。關于ADAS方面，我們可以提供高可靠性車載攝像頭用陶瓷基板、毫米波雷達用陶瓷天線基板、LiDAR所使用的封裝管殼、各種MEMS用途的封裝管殼等產品。除此之外，LED車頭燈上使用的高可靠性、高散熱陶瓷基板也是京瓷的強項。另外，伴隨著EV時代的到來，京瓷也能提供馬達控制用的IGBT模塊中的敷銅功率基板。

傳統汽車

傳統汽車電源控制的改進

　　在汽車中添加48V電力網，為汽車設計工程師在提升燃油效率、降低二氧化碳排放、提升駕駛性能方面實現創新提供了新的途徑。不過，更高的電壓也對電源系統和電子器件帶來了新的挑戰。

　　這些挑戰包括在更高的電壓下運行、提供明顯更大的電源、支持傳統的12V系統等。為了解決這些挑戰，瑞薩子公司Intersil不僅開發并不斷改良專有的高壓硅工藝技術，而且利用這些工藝制造出解決這些挑戰的先進產品。例如，我們針對48V電力網的最早的產品之一，是我們的100V級半橋驅動器ISL78420，該器件可以承受48V電力網上允許的最差的電壓瞬變。它是專為驅動48V電源電子所需的高性能高電壓MOSFET而設計，提供超過95%的電源轉換效率。此外，我們率先向市場推出了創新的6相雙向降壓或升壓控制器，可以向傳統12V系統和新的48V系統提供3kW的電力。

　　ISL78226控制器可實時自動調節運行的相數，以優化電源轉換效率，滿足不斷變化的系統電源要求。鑒于汽車的操作環境日益嚴格，如果控制單元遭遇一些物理損傷，ISL78226能夠動態地進行重新配置，忽略受損的相，可以使汽車瘸行回家，幫車主節省了昂貴的拖車費。

MEMS傳感器靈敏精確，確保汽車“主動安全”

　　村田在2012年并購芬蘭MEMS巨頭公司VTI后得以進一步擴充其MEMS傳感器領域產品。在汽車電子領域的應用，主要是體現在汽車駕駛過程中對于事故的提前防范，即主動安全。

　　村田的MEMS傳感器廣泛應用于ABS(制動防抱死系統)、ESC(電子穩定控制系統)、ECS(電控懸掛)、EPB(電動手剎)、HAS(斜坡啟動輔助)、TMPS(胎壓監測)、引擎防抖、車輛傾角計量車內心跳檢測等。相比“安全氣囊”等事故發生后的“被動安全”， MEMS傳感器依靠其極高的靈敏安全性能，可以做到“防患于未然”。

　　村田的加速度傳感器、防止翻車的陀螺儀傳感器、壓力傳感器以及可應用在胎壓檢測上的傳感器、還有它們的組合式傳感器，均在汽車主動安全設計上功不可沒。這些傳感器都符合AEC-Q100的標準，具有高精度、高穩定性、高可靠性等特點，在涉及汽車安全的車身電子穩定系統領域尤為突出。

　　在專注于汽車傳統安全應用的同時，村田也同樣在關注著高級輔助駕駛系統(ADAS)以及未來的無人駕駛等新興領域。村田MEMS傳感器在高級輔助駕駛系統，即前車碰撞報警、盲點監測、車道偏離報警以及自動泊車等方面也走在了行業及技術前沿。

汽車電子行業電源解決方案

　　市場需求是行業發展的導向之一。汽車電子智能化、動力優化的發展趨勢離不開消費者對安全、舒適、經濟、娛樂等方面的駕駛需求。在眾多需求中，汽車安全問題是消費者關注的焦點。

　　汽車電子大致可分為車身和車載兩部分。車身多涉及控制設備，如整車控制系統、電機驅動系統、電池管理系統(BMS)等;車載電子大多為獨立設備，如車載通訊系統、車載娛樂系統、空調控制系統等。在各系統中都有用電源模塊的需求，其主要起安全隔離、電壓轉換及供電的作用。汽車電子行業在EMC性能、工作溫度、抗振動性能等方面對電源產品有較嚴苛的要求。所以，其設計和生產均需滿足TS16949體系要求。

　　金升陽較早地組建了國內電源行業唯一符合汽車產品生產要求的SMT/裝配/成品生產線，有DC/DC電源模塊、CAN隔離收發模塊、IGBT驅動器等產品廣泛應用于汽車電子行業。

電源系統面臨的挑戰及新需求

　　未來的電池管理系統(BMS)將必須要有新功能，例如，健康狀況(State of Health)分析、功能狀況(State of Function)分析、智能電池管理、剩余有用壽命計算、電池二次壽命驗證、非侵入式溫度測量、充電狀況(State-of Charge)分析、無需大數據的電池使用壽命預測等。

　　我們與茨維考應用科學大學合作進行科學項目，發明了一個基于鋰離子電池和UltraCaps(EDLC)的混合能源系統。通過一個創新的拓撲結構，我們結合了較低阻抗EDLC和“較高”阻抗電池，以期獲得最合適的系統解決方案。這個拓撲使用超快速電源MOS開關，進行全數字式控制。通過這個系統，我們能夠將鋰離子電池的使用壽命增加一倍，例如用于電動工具的鋰離子電池。這款電源管理系統還可以調節，以便用于輕型電動車(LEV)。

　　48V電源系統的挑戰及解決方案

　　48V電源系統主要挑戰和主要設計目標是使用12kW次級進行快速充電，其次是使得應用具有高能量密度，并且更高的碰撞和壽命時間要求;另一個重點要求是使用標準電池單元尺寸，而無需固定我們準備于未來重新設計和更新的電池單元化學物質;最后一個重點就是應對來自汽車OEM廠商的極大成本壓力。

　　就解決方案而言，Rutronik已經準備好設計和付運所有適合用于48V電力網的產品。我們調整了產品組合，以涵蓋全新48V ECU和車載電源電子應用要求，例如發電機/電機、壓縮機、電機風扇、電動加熱、電子助推器(E-Booster)、真空泵、水泵、后窗加熱、前窗加熱、鼓風機汽油泵、電動助力轉向、傾斜穩定、音頻放大器、外部照明等。

　　參考文獻：

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　　[5]Henry Muyshondt.汽車信息娛樂網絡技術評估[J].電子產品世界,2016(8):20-21.

　　本文來源于《電子產品世界》2017年第8期第7頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。