汽車(chē)電子面臨的挑戰

汽車(chē)工業(yè)發(fā)展至今天，汽車(chē)已經(jīng)從純粹的代步工具演變成一個(gè)集娛樂(lè )、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(chē)制造成本中所占的比例，已經(jīng)由16％增至30％以上，在一些高檔豪華轎車(chē)上更是占到整車(chē)成本的50％以上。而這樣的比例還將隨著(zhù)電子技術(shù)的發(fā)展不斷提高。
　　
市場(chǎng)需求細分

可以把全球汽車(chē)電子市場(chǎng)分為發(fā)達市場(chǎng)和新興市場(chǎng)。發(fā)達市場(chǎng)包括日本、北美和西歐。在這一市場(chǎng)，汽車(chē)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(chǎng)已經(jīng)飽和。例如，在德國居住的每1000人中就有600輛汽車(chē)。在這個(gè)市場(chǎng)驅動(dòng)半導體廠(chǎng)商發(fā)展的是先進(jìn)的控制系統在汽車(chē)中的普及?，F在的氣囊系統是在撞車(chē)時(shí)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(dòng)式的防撞車(chē)系統。這就是半導體廠(chǎng)商大展身手的地方，下一代車(chē)中將擁有更多的集成電路，比如創(chuàng )新性車(chē)載系統，如雷達、攝像機等等。這個(gè)市場(chǎng)容量大、車(chē)輛產(chǎn)量更多、銷(xiāo)售額高，一輛車(chē)中電子產(chǎn)品更為豐富，該市場(chǎng)占到了銷(xiāo)售額的2/3，給半導體行業(yè)帶來(lái)的年增長(cháng)率高達1.5％。這個(gè)市場(chǎng)上的汽車(chē)所需要的復雜性更高，需要保證更高的品質(zhì)。首先是燃料使用效率，更少的有害氣體排放。其次是汽車(chē)的安全性。第三是成本的削減，讓總系統的價(jià)格降下來(lái)，而且讓維護變得更有效率。車(chē)子應該具備更多的安全特性和支持，提供自動(dòng)駕駛儀，了解信息的來(lái)源和應該采取何種措施。

在發(fā)展中國家的新興市場(chǎng)市場(chǎng)，增長(cháng)卻是極為迅速。在這個(gè)市場(chǎng)，提高車(chē)功率的同時(shí)還應該提高汽車(chē)的功能，使得發(fā)展具有可持續性?？蓴U展性開(kāi)發(fā)平臺是取勝的基本要素，然后根據需求、價(jià)格、性能、優(yōu)化性能，可以選擇提供不同的復雜性。

圖1 各大汽車(chē)制造組織對汽車(chē)油耗的要求越來(lái)越高
　　
技術(shù)發(fā)展趨勢

首先以汽車(chē)內部的動(dòng)力鏈為例，如果要滿(mǎn)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(jìn)行智能化控制是必然選擇。這個(gè)系統首先需要微控制器作為“大腦”，同時(shí)需要眾多傳感器讓其了解周?chē)那閯?，例如?chē)的姿態(tài)、發(fā)動(dòng)機狀態(tài)、溫度等等。隨著(zhù)汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò )對于汽車(chē)來(lái)說(shuō)極為重要。汽車(chē)內部具有敏感功能的眾多節點(diǎn)相互間需要交換數據，便構成了最初的網(wǎng)絡(luò )系統CAN，隨著(zhù)對低成本需求的推動(dòng)又出現了LIN，這樣可以利用一種控制器來(lái)管理數據的交換等，比如FlexRay。

此外消費娛樂(lè )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(chē)的發(fā)動(dòng)機、電機、輪胎、氣囊等，幫助人們了解問(wèn)題、查找問(wèn)題和解決問(wèn)題。以剎車(chē)為例，如果發(fā)生故障就必須關(guān)閉，而且駕駛者應該知道如何去解決眼前的問(wèn)題并安全停車(chē)。

最后，一個(gè)新的系統根本上要靠品質(zhì)來(lái)解決任何問(wèn)題，不僅指部件的品質(zhì)，也包括整個(gè)系統軟件的品質(zhì)。保證車(chē)輛的功能安全性，除了進(jìn)一步在器件中采取存儲器保護之類(lèi)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(lái)，來(lái)幫助實(shí)現更高層次上的功能安全性。駕駛員所受到的訓練是一個(gè)方面，汽車(chē)本身的改進(jìn)則是另一方面。安全性的關(guān)鍵在于穩定性控制，ABS是第一代產(chǎn)品，ESP/ESC/BSC等則屬于下一種關(guān)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(chē)可以識別出所發(fā)生的情況，采取與駕車(chē)人所預期的行為所不同的行為，從而安全進(jìn)行避讓?zhuān)@可以算的上是一個(gè)里程碑?？梢蕴崆盀榕鲎沧脺蕚?。

這就需要更多的傳感器，包括攝像機、光學(xué)傳感器，保持汽車(chē)在車(chē)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(shù)，首先要做到的一點(diǎn)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(wèn)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(gè)主要動(dòng)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(gè)速度較慢的處理器內核來(lái)獲得更強的計算能力。
    
汽車(chē)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(shù)是雷達和攝像機系統。飛思卡爾對這兩種技術(shù)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(shù)可以讓成本減少4倍。沒(méi)有哪種傳感器是萬(wàn)能的，例如雷達可以精確測距，卻無(wú)法進(jìn)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(lái)，讓車(chē)變得智能化。同時(shí)還須盡量減小整個(gè)裝置的尺寸，尺寸越小，使用起來(lái)就越方便，未來(lái)的傳感器也會(huì )集成提高智能化程度的微控制器。另外還有一個(gè)標準化的問(wèn)題。以HVAC系統為例，這種系統有兩種類(lèi)型，一種為集中式系統服務(wù)，一種用于分布式系統。

挑戰二 增加處理器性能

某高檔車(chē)94版已經(jīng)配備了40個(gè)ECU，在當時(shí)是超乎想象的，到2008年ECU數量增長(cháng)到60個(gè)，包含了LIN和更多的執行器，還有多種信息娛樂(lè )設備：音響、放大器、藍牙、移動(dòng)電話(huà)連接與揚聲器等等。每個(gè)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(wàn)個(gè)增長(cháng)到34000萬(wàn)個(gè)?？偩€(xiàn)帶寬從700kBit/s增加到23Mbit/s。整套系統變得越來(lái)越龐大，越來(lái)越復雜，設計等方面必須相應得到提高，以便能適應這一發(fā)展趨勢。留給工程師的工作很多，在未來(lái)20～30年中，汽車(chē)和電子工程師們還會(huì )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(chē)內添置了許多系統，單獨供應商很難提供足夠的研發(fā)資金，有些研發(fā)單獨完成已經(jīng)變得不可能。所以我們和業(yè)界伙伴甚至競爭對手合作開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，這意味著(zhù)必須照顧到方方面面的需求。這是讓我們能迅速完成創(chuàng )新以滿(mǎn)足市場(chǎng)需求的一個(gè)很好的途徑。另一點(diǎn)是標準化，LIN、CAN、FlexRay都是依賴(lài)于總線(xiàn)的技術(shù)，所以需要像AUTOSAR這樣的平臺化技術(shù)。

汽車(chē)的復雜性需要不同的工具，汽車(chē)OEM可以設計、定義所需要的產(chǎn)品技術(shù)，以滿(mǎn)足帶寬、響應速度方面的需求。我們一直與客戶(hù)合作，向他們提供設計工具，來(lái)定義其汽車(chē)，并將需求告訴我們，讓我們有足夠的時(shí)間開(kāi)發(fā)出所需要的微處理器。這又是標準化的問(wèn)題，AUTOSAR、FlexRay、LIN，這些協(xié)議都有助于實(shí)現一體化，要用平臺化來(lái)降低復雜性，同時(shí)利用好批量生產(chǎn)帶來(lái)的成本優(yōu)勢。

挑戰四 可靠性需求

汽車(chē)必須在室外的極端條件下(溫度、水、振動(dòng))正常工作，但在保障高品質(zhì)的同時(shí)也應該使之變得更便宜。提高速度、品質(zhì)和降低成本并不總能同時(shí)得到保證?？煽啃圆粌H僅需要部件可靠，而且也與部件的使用正確與否也有關(guān)。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(yè)與客戶(hù)合作。