汽車電子面臨的挑戰

汽車工業發展至今天，汽車已經從純粹的代步工具演變成一個集娛樂、信息和安全與一體的電子機械集合體。有統計顯示，從1989年至2005年，電子設備在整部汽車制造成本中所占的比例，已經由16％增至30％以上，在一些高檔豪華轎車上更是占到整車成本的50％以上。而這樣的比例還將隨著電子技術的發展不斷提高。
　　
市場需求細分

可以把全球汽車電子市場分為發達市場和新興市場。發達市場包括日本、北美和西歐。在這一市場，汽車都裝備了氣囊和引擎電子控制系統等等，傳統機械系統的滲透較為困難，市場已經飽和。例如，在德國居住的每1000人中就有600輛汽車。在這個市場驅動半導體廠商發展的是先進的控制系統在汽車中的普及。現在的氣囊系統是在撞車時避免人受到很大的沖擊力，但人們希望未雨綢繆，所以必須采用主動式的防撞車系統。這就是半導體廠商大展身手的地方，下一代車中將擁有更多的集成電路，比如創新性車載系統，如雷達、攝像機等等。這個市場容量大、車輛產量更多、銷售額高，一輛車中電子產品更為豐富，該市場占到了銷售額的2/3，給半導體行業帶來的年增長率高達1.5％。這個市場上的汽車所需要的復雜性更高，需要保證更高的品質。首先是燃料使用效率，更少的有害氣體排放。其次是汽車的安全性。第三是成本的削減，讓總系統的價格降下來，而且讓維護變得更有效率。車子應該具備更多的安全特性和支持，提供自動駕駛儀，了解信息的來源和應該采取何種措施。

在發展中國家的新興市場市場，增長卻是極為迅速。在這個市場，提高車功率的同時還應該提高汽車的功能，使得發展具有可持續性。可擴展性開發平臺是取勝的基本要素，然后根據需求、價格、性能、優化性能，可以選擇提供不同的復雜性。

圖1 各大汽車制造組織對汽車油耗的要求越來越高
　　
技術發展趨勢

首先以汽車內部的動力鏈為例，如果要滿足中國采用的歐III標準對燃料利用率和尾氣排放的要求，不可能僅僅依靠純機械的方法，采用現代化的引擎管理系統進行智能化控制是必然選擇。這個系統首先需要微控制器作為“大腦”，同時需要眾多傳感器讓其了解周圍的情勢，例如車的姿態、發動機狀態、溫度等等。隨著汽車技術的發展，網絡對于汽車來說極為重要。汽車內部具有敏感功能的眾多節點相互間需要交換數據，便構成了最初的網絡系統CAN，隨著對低成本需求的推動又出現了LIN，這樣可以利用一種控制器來管理數據的交換等，比如FlexRay。

此外消費娛樂需要更大的帶寬，就需要提供數字化管理手段。更重要的是需要強有力的智能執行器操作汽車的發動機、電機、輪胎、氣囊等，幫助人們了解問題、查找問題和解決問題。以剎車為例，如果發生故障就必須關閉，而且駕駛者應該知道如何去解決眼前的問題并安全停車。

最后，一個新的系統根本上要靠品質來解決任何問題，不僅指部件的品質，也包括整個系統軟件的品質。保證車輛的功能安全性，除了進一步在器件中采取存儲器保護之類措施外，還需要研究在系統級上所能采取的措施，即將多種芯片組合起來，來幫助實現更高層次上的功能安全性。駕駛員所受到的訓練是一個方面，汽車本身的改進則是另一方面。安全性的關鍵在于穩定性控制，ABS是第一代產品，ESP/ESC/BSC等則屬于下一種關鍵性的配置。以北美為例，僅僅引入穩定性控制一項，就可以把交通事故死亡人數降低50％。因為汽車可以識別出所發生的情況，采取與駕車人所預期的行為所不同的行為，從而安全進行避讓，這可以算的上是一個里程碑。可以提前為碰撞坐好準備。

這就需要更多的傳感器，包括攝像機、光學傳感器，保持汽車在車道中的行駛，而不至于偏離或駛離路面。要成功運用上述技術，首先要做到的一點是標準化，如雷達、穩定性控制、陀螺等等。其次頭腦要變得更強，現在數據更多，要解決的問題也更多，因此推斷能力必須得到提高。目前的瓶頸是電池，這也是采用多處理器的一個主要動力。因為多核可以在消耗電流不增加的條件下提高處理能力，即利用兩個速度較慢的處理器內核來獲得更強的計算能力。
    
汽車電子面臨的挑戰

挑戰一  新的傳感需求

兩項即將引入的傳感器技術是雷達和攝像機系統。飛思卡爾對這兩種技術的研究包括傳感器和相應的計算機信號處理部分，目前的技術可以讓成本減少4倍。沒有哪種傳感器是萬能的，例如雷達可以精確測距，卻無法進行物體識別，必須有智能算法把多種傳感器的數據綜合起來，讓車變得智能化。同時還須盡量減小整個裝置的尺寸，尺寸越小，使用起來就越方便，未來的傳感器也會集成提高智能化程度的微控制器。另外還有一個標準化的問題。以HVAC系統為例，這種系統有兩種類型，一種為集中式系統服務，一種用于分布式系統。

挑戰二 增加處理器性能

某高檔車94版已經配備了40個ECU，在當時是超乎想象的，到2008年ECU數量增長到60個，包含了LIN和更多的執行器，還有多種信息娛樂設備：音響、放大器、藍牙、移動電話連接與揚聲器等等。每個器件平均的工作速度是2MHz。存儲器容量從1.1MB增加到19MB以上，而晶體管數量也從2100萬個增長到34000萬個。總線帶寬從700kBit/s增加到23Mbit/s。整套系統變得越來越龐大，越來越復雜，設計等方面必須相應得到提高，以便能適應這一發展趨勢。留給工程師的工作很多，在未來20～30年中，汽車和電子工程師們還會面對更多這樣得挑戰。

挑戰三 管理復雜的系統

在R&D方面，車內添置了許多系統，單獨供應商很難提供足夠的研發資金，有些研發單獨完成已經變得不可能。所以我們和業界伙伴甚至競爭對手合作開發產品，這意味著必須照顧到方方面面的需求。這是讓我們能迅速完成創新以滿足市場需求的一個很好的途徑。另一點是標準化，LIN、CAN、FlexRay都是依賴于總線的技術，所以需要像AUTOSAR這樣的平臺化技術。

汽車的復雜性需要不同的工具，汽車OEM可以設計、定義所需要的產品技術，以滿足帶寬、響應速度方面的需求。我們一直與客戶合作，向他們提供設計工具，來定義其汽車，并將需求告訴我們，讓我們有足夠的時間開發出所需要的微處理器。這又是標準化的問題，AUTOSAR、FlexRay、LIN，這些協議都有助于實現一體化，要用平臺化來降低復雜性，同時利用好批量生產帶來的成本優勢。

挑戰四 可靠性需求

汽車必須在室外的極端條件下(溫度、水、振動)正常工作，但在保障高品質的同時也應該使之變得更便宜。提高速度、品質和降低成本并不總能同時得到保證。可靠性不僅僅需要部件可靠，而且也與部件的使用正確與否也有關。如何將其集成到不同的系統中，同樣需要付出許多努力，這就需要企業與客戶合作。