半导体业欲凭基础技术创新驱散2012年产业上空的阴霾（二）汽车电子篇

时间：2012-03-19 18:18:14

关键字：汽车电子 BSP MCU

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[导读]　　2012年中国汽车电子市场6大发展趋势　　1.法规成为技术进步的主要推动力。2012年7月，将出台针对HLL（前大灯水平调节）的强制性法规；整车电磁辐射新测试方式改变等，促使半导体取代传统机电元器件。　　2.节能减

　　2012年中国汽车电子市场6大发展趋势

　　1.法规成为技术进步的主要推动力。2012年7月，将出台针对HLL（前大灯水平调节）的强制性法规；整车电磁辐射新测试方式改变等，促使半导体取代传统机电元器件。

　　2.节能减排迫使整车厂商使用更多电子系统。比如：外灯采用LED，PWM广泛使用于各类电机控制，ABS、EPS、ESP、BCM、ACU等在低端车普及，各个系统效率的提高将带动整车进步。

　　3.驾乘者更加关注汽车安全，电子系统装车率提高。ASIL标准为国内整车厂商接受，将成为行业未来发展的标杆，配套厂正积极开发符合此标准的系统。

　　4.TPMS流行。国标GB/T26149在2011年7月开始执行，各大厂商推出了相关产品，越来越多的新车会有此功能。

　　5.新能源汽车方面，驱动系统从传统工业级进步到汽车级、动态平衡电池管理取代被动模式，车载充电器和整车控制器将进一步技术创新，技术的量变将为1、2年后的市场启动积蓄力量。

　　6.排放法规更加严格，摩托车继续从化油器升级为电喷系统。

　　图1英飞凌（中国）汽车电子事业部总监刘鲁伟

　　图2 富士通半导体汽车市场部经理丁洁早

　　图3 飞思卡尔亚太区汽车及工业解决方案事业部全球产品市场经理郗蕴侠博士

　　英飞凌（中国）汽车电子事业部总监刘鲁伟（见图1）给出了上述分析。此外，他还指出，中国市场的校车项目会带来每年40万-100万辆的需求。

　　富士通半导体汽车市场部经理丁洁早（见图2）指出了推动新能源汽车市场的两个因素：首先，最近油价日益高涨，叙利亚、伊朗，甚至整个中东的局势都不稳定。可以肯定2012年油价会超过150美元，甚至过200美元也是大概率事件。

　　第二，环境压力不断增大，节能减排目标非常艰巨。由于政府对PMR2.5的要求，一些城市开始从2012年测PMR2.5。各种压力都决定中国新能源汽车一定要往前走，即使暂时遇到价格高、基础设施不完善等困难。市场推动者包括半导体、系统、整车厂商，甚至是国家电网、中石油和中石化等商业模式厂商。

　　他对中国新能源汽车的发展趋势阐述道，新能源汽车发展的成败关系到未来的国家石油战略的安全；中国会重点发展与补贴纯电动（EV）和插电式混合动力汽车（PHEV）；纯电动汽车将是最终的发展目标，中短期内将以插电式混合动力车作为重点过渡车型；比亚迪、中国一汽、吉利、长城、长安、江淮等整车厂商都在大力发展插电式混合动力汽车。

　　飞思卡尔亚太区汽车及工业解决方案事业部全球产品市场经理郗蕴侠博士（见图3）强调了驾乘安全的重要性。她援引世界卫生组织的统计数据：全球每年有130万人死于交通事故，受伤的人数更是几倍于上述数字。其中90%的事故发生在发展中国家。因此，众多OEM和半导体厂商将把功能安全作为以后的重要发展方向。

　　新能源汽车技术

　　刘鲁伟透露，HybridPACK2模块的高功率密度、低自感、低热阻及可靠性，已吸引了国内新能源整车厂商的关注。英飞凌近期赢得了国内一家整车厂商采用HybridPACK2功率模块的大型项目，但他没有透露这家厂商的名称。

　　他强调：“新能源汽车对英飞凌是个重大机遇。目前每辆整车中汽车电子产品的价格已达200多美元，而IGBT模块的价格通常为3、400美元。当中国新能源汽车市场起量时，我们的收入用财源滚滚形容毫不夸张，而且重新夺回因瑞萨和NEC电子合并而失去的汽车电子老大的地位不是难事。对于混合动力汽车，还可提供DC/AC逆变器、大功率DC/DC转换、高压电池-低压电池的DC/DC转换、AC/DC充电器和动力电池管理系统（BMS）等大功率技术。”

　　在现有的电机控制中，采用的是MCU加外部RDC（旋转变压器转换单元），成本约6、7美元。CPU需从外部RDC读取角度值，然后查表，搜索sin和cos值。富士通半导体针对EV/PHEV电机控制的200MHzCPU MB91580集成了双RDC，CPU可直接从寄存器中读出上述数值。此前的9步处理流程缩减为5步，处理时间从25μs减到12μs，将电机控制时间比前一代产品缩短了40%。

　　通过电机控制抑制CPU负载率，能同时进行BMS控制和DC/DC控制。BMS系统中的ML5218芯片最多可管理15节动力电池，串联数据采集模块（DCM）可扩展管理30节电池。

　　飞思卡尔2月28日在德国纽伦堡的世界嵌入式大会上，针对空调风机、雨刮器、燃油泵和水泵等平台应用，推出了S12MagniV 16位S12ZVM系列混合信号MCU。这款单芯片电机控制方案集成了MCU、MOSFET栅极驱动单元、电压调节器和LIN物理层。通常实现上述4个功能需要2-4个芯片。另外，S12ZVM系列可将机械或液压系统、标准DC电机替换为BLDC电机。

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　　谈到汽车，无疑安全是第一位的。郗蕴侠指出，汽车工业迫切需要功能安全解决方案。从最初设计系统开始，需要引入功能安全的概念，然后在每一步设计中都要符合功能安全的标准。

　　功能安全是指系统不存在由于电子电气的功能故障而导致不合理的风险。对于汽车电子电气系统，要遵守ISO26262标准与IEC61508功能安全标准。2011年11月，ISO26262标准根据安全风险程度，对系统或系统某组成部分划分出A、B、C、D的汽车安全完整性等级（ASIL），D最高，安全需求最严。随着ASIL等级的增加，针对系统硬件和软件开发流程的要求也随之增强。

　　她表示，飞思卡尔的功能安全SafeAssure计划满足ISO26262和IEC61508标准，及ASIL D要求。支持安全流程、安全硬件、安全软件和安全支持4个领域。其中所需硬件包括MCU、传感器、模拟器件和电源管理芯片；软件有AUTOSAR OS、MCAL等。ASIL D系统设计如图4所示。

　　图4 采用PowerSBC和MCU进行ASIL D系统设计

　　郗蕴侠举了个MCU的例子。MPC5643L（猎豹）是为功能安全设计的MCU，采用了两个CPU，提高处理能力。两个核可并行运算，或一个核工作，另一个核作监控，即锁步模式。内置自测（BIST）和共因失效检测也很重要。例如，温度传感器专门测试MCU内部的温度。

　　为满足ASIL标准，英飞凌的CIC61508安全监控芯片（见图5）可监督MCU的工作，最值得关注的是，它还可监控其它厂商的MCU，“目前全球只有我们能提供这种芯片。”刘鲁伟称。

　　图5英飞凌的CIC61508安全监控芯片结构图

　　中国车主有望很快享受TPMS和ADAS

　　汽车安全系统从最初的被动安全发展到后来的主动安全，现又发展到了安全性预测。这类技术包括胎压监测系统（TPMS）；高级驾驶员辅助系统（ADAS）等。在国外应用已比较成熟，但在中国刚开始起步。

　　据交通安全管理部门统计，因爆胎引发的交通事故占各类事故总数的1/3强，且多是恶性事故。因此，现在TPMS在很多国家已是强制标准配置。中国政府也出台了TPMS建议性标准，可在行驶中随时检测胎压和温度，以尽量保护驾乘者的人身安全。英飞凌可提供TPMS SP37芯片。

　　ADAS系统包含后视停车辅助、多摄像头全景停车辅助、前大灯控制（随动转向、水平调节、远近光调整）、车道偏离预警（见图6）、交通标志识别、前方碰撞预警、行人检测、自动巡航系统等功能。涉及的技术有视频放大、编码、传输、解码、处理和显示系统。

　　图6 车道偏离预警原理示意图。根据几个前视和侧视摄像头输入的图像，与车辆前方的参考物（图中绿色十字）、左侧行车线（红色）、右侧行车线（蓝色）进行实时图像叠加对比，确定车辆是否偏离正常车道。

　　ADI工程师表示：“通过安装后视/前视/侧视摄像头和视觉处理ECU，可用上述ADAS功能提前警示驾驶员，提高行车安全。例如车道偏离预警，根据几个前视和侧视摄像头输入的图像，与车辆前方的参考物（途中绿色十字）、左侧行车线（红色）、右侧行车线（蓝色）进行实时对比，确定车辆是否偏离正常车道。若某段距离的行车线被物体压住或遮挡，摄像头无法识别时，则系统会根据此前的数据进行“惯性”计算，直至捕捉并输入了新图像。”

　　后视摄像头现较普遍，前视通常只能在奔驰、宝马、兰博基尼、保时捷等豪车上见到，且比例也不到30%。不知目前仍嫌小贵的ADAS何时能“飞入”寻常百姓的普通车里？

　　ADI工程师给出了答案：其提供基于VGA或HD分辨率的前视摄像头辅助驾驶的低、中、高端参考方案。Blackfin处理器BF592的低端方案，可实现车道偏离预警功能，成本仅2美元。BF53x/561中端方案可实现车道偏离预警、自动远近光灯和交通标志识别功能，成本十几美元。BF60x高端方案除上述功能外，还包括前方碰撞预警和行人检测。但他没有透露具体成本。

　　目前在国内正与深圳航盛和豪恩电子合作，开发后装市场。需要注意的是，要配合车载多媒体安装，还不能单独安装。

　　其他ADAS方案还有：富士通半导体开发的目前全球唯一能实现三维360度辅助驾驶系统效果的方案，飞思卡尔的MPC5604E芯片，及英飞凌的前大灯控制芯片TLE4206-xG。

　　对于汽车视频应用，目前的LVDS电缆既贵且重。飞思卡尔的以太网控制器和博通的低成本非屏蔽以太网双绞线，将在宝马于2013年推出的基于以太网的新X5车型上出现。宝马宣称：2013年将开启汽车以太网时代。

　　Nvdia（英伟达）表示，将在具有3D功能和渲染能力的Tegra（图睿）车用SoC里采用Spansion的GL闪存，有望应用于奥迪、宝马、兰博基尼、特斯拉等汽车的ADAS和抬头显示仪（HUD）中。

　　GL系列闪存的页面模式读取速度比其他并行NOR闪存高45%，因此，驾驶员在按下数字仪表盘按钮的瞬间，可以快速启动，提升驾乘舒适性。这款产品在2012年德国纽伦堡国际嵌入式系统展会（Embedded World 2012）上进行了展示。

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　　汽车黑匣子

　　处于安全考虑，现在不少车主想把车辆行驶中的各种状态记录、保存下来。为了满足这种需求，韩国Core Logic开发了多款汽车行驶记录仪，俗称汽车黑匣子（见图7、图8和图9）。

　　图7 韩国Core Logic展示的汽车行驶记录仪PC播放器

　　图8 韩国Core Logic开发的汽车行驶记录仪的外观（1）

　　图9 韩国Core Logic开发的汽车行驶记录仪的外观（2）

　　Core Logic业务总监甘东振表示，只有摄像功能的汽车黑匣子价格为800元，带摄像、GPS和Gsensor功能的为1300元。摄像头为双通道VGA或HD分辨率的。除芯片外，还提供包括软件在内的交钥匙解决方案。目前，正与现代汽车合作进行前装开发。