汽车电子勾画未来广阔宏图
汽车电子日趋成为一个独立的产业分支。在汽车商业模式中,主要有整车制造商(OEM)、一级供应商与元器件供应商,他们之间存在着三角关系(图1)。由于汽车产业的分化,这个三角形中的各方独立性正在加强,每个角日益成为一个独立的产业。
其中,元器件的革新成为了汽车革新的主要焦点,Motorola公司的分析表明, 汽车上70%的革新来源于汽车电子,半导体已成为车辆智能化的神经和大脑。英飞凌(Infineon)公司预计:世界范围内的车用半导体用量将增加,从平均每车200美元有望增加到2009年的每车300美元。
世界主要汽车制造大国都对汽车电子的发展提出了乐观的展望。据美国Strategy Analytics调查公司与德国 SiemensVDO(威迪欧)公司推测,汽车电子部分的增长在汽车中的比例越来越大,将从2000年的22%左右增加到2010年的35%左右(图2)。具体到欧洲,2010年时8家OEM厂商将生产7300万辆汽车,电子系统将花费2700亿欧元,占汽车成本的比例为35%;其中半导体将消耗200亿欧元,占汽车总成本的3%;软件为180亿欧元,占总成本的2%。
尽管从世界范围内看汽车的产量增幅不大,趋于饱和,但对车辆本身的技术水平要求更高了,具体体现在以下几个方面:
满足环保的要求。尽管汽车为人们的生活带来了便利,但也成为了污染环境的元凶。为此,几十年来,许多国家都出现过抵制汽车的运动。但事实证明,人们终归离不开汽车,只能使汽车尾气排放等技术不断提高,尽量减低对环境造成的损害。
产品的区别主要由个性化与高技术设备决定。到2010年,定义汽车智能将从技术层面转到设计层面,以满足“个性化时代”的需要。届时,电子、软件与硬件作为“设计元素”,将在未来的汽车中扮演主导的角色。那时,也许两辆车外表相同,但内部是完全不同的功能配置了。
平台战略可增加成本效益。改良的软件与IC性能将缩短轿车制造商的设计周期,从而降低成本。
安全、舒适和发动机性能效率的需求增加。
未来的汽车电子将有如下特色:
由于世界各国对环境保护的投入日益增加,导致整个市场对点火和ECU(电子控制单元)的关注度增加。需要诊断、通信总线、自我保护等方面有更高集成度的半导体,点火IGBT向智能IGBT转变。
各国政府以立法的形式强制汽车供应商安装安全设施,包括安装轮胎压力监控设施、气囊与侧面气囊等。这导致了装有控制电路的传感器数量的增加,以及车体内通讯网络的发展。
过去所谓豪华车才有的性能、装饰与配置,现在在普通的低档、中档车中成为了标准配置。其中使用电源动力的配件需求越来越大,包括用电源可控制调整位置的座椅、后行李仓门自动开启、面包车(van)的滑动门等,对车的牵引控制及四轮的ABS(制动防抱死)等已安装得很普遍了。
可编程汽车需要
汽车可以线上可编程,在产品的寿命之内软件可更新,并有片上诊断识别的功能。16位和32位单片机中,带有重新可编程、片上操作系统和调式系统的功能。第三方合作伙伴支持可扩展的工具。
“汽车就是系统”需要强大的网络
在汽车中采用的模块组件越来越多了,由此可看到汽车市场对通讯总线的需求越来越大,包括低功能和高功能的CAN、LIN(本地互联网络)、FlexRay。车内网络需要智能的总线系统,提出了车辆上系统(system on vehicle)概念。减轻重量和降低功耗。硅芯片取代了传统的降温(heat sink)新产品如TRILITHIC(逐片)、PROFET(片上芯片)、智能电源的ASSP等。
42V功率网络
由于汽车对动力的需求越来越大,会超过目前12V的限制。带42V功率网络特性的IC可用于所有功率产品系列;高功率MOSFET/IGBT模块也被采用。
信息娱乐
增加的信息娱乐应用促进了GSM/GPRS/UMTS芯片组、蓝牙和GPS方案的开发。
高温
对高端半导体尤其是耐温产品的需求量越来越大了。霍尔传感器、微控制器、功率半导体等,希望用于周围的温度高达140~210℃的环境中。
线控(X by wire)技术大大改变了汽车的传统结构。即用线控代替了原来的机械传动机构,出现了导线驾驶,例如线控制动、线控转向、线控换档、电子油门等。图3为英飞凌公司勾勒的线控应用方案。
元器件 传感器
改善的传感器部分使汽车更加智能。传感器有标准传感器、霍尔传感器、微机电系统等。
LED灯
由于LED的反应速度更快,且穿透力更强,亮度高,因此传统车用灯用得不多了,取而代之的是高亮度的LED。更廉价的OLED(有机发光二极管)在未来批量生产后,也有望应用在汽车上。
模拟电路
汽车中的高性能模拟集成电路应用也越来越多。汽车电子俗称是“民品的价格,军品的质量”。对于模拟电路来说,要求也很苛刻。温度范围要求很宽,电压幅度摆动要很大,并能承受经常性振动。
软件
汽车电子部分中,软件增长也受到重视,因为软件的增幅超过硬件(图1)。不过,很多半导体厂商认为软件离不开硬件,还是应以开发硬件为主。安森美认为,这些软件往往是控制型的软件,通过各种总线对门窗等进行控制,使车内不同的系统之间进行通讯,它们还被称为固件(firmware)。但这些软件都不能给公司带来直接的收入,因为这些软件都是用于公司所销售的微处理器,是为支撑硬件而推出的。在一、两个增长比较迅速的新兴市场上(例如信息娱乐/信息通信领域),现在嵌入式操作系统使用越来越多,而且增长还非常迅速。因为安森美是主要的功率电子主要供应商,从该公司角度看硬件增长更快。
随着虚拟制造技术与电子辅助设计技术的发展,汽车设计、制造的确越来越依赖软件了。不过,车用电子设计软件发展并不尽人意。美国AMI半导体公司的CEO Christine King指出,软件工具开发商需要开发“灰色地带”的工具,即增加软硬件工具的可用性。因为传统EDA工具主要满足典型的模拟和深亚微米设计,对工程实际考虑得不够。她同时提出系统开发者必须像一位“艺术家”那样工作,而不是技术人员,因为他们“生活在灰色地带”,那不是由专门的商业工具所能解决的。