汽車電子面臨的挑戰(zhàn)

汽車工業(yè)發(fā)展至今天，汽車已經(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(jī)械集合體。有統(tǒng)計(jì)顯示，從1989年至2005年，電子設(shè)備在整部汽車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(shù)的發(fā)展不斷提高。
　　
市場(chǎng)需求細(xì)分

可以把全球汽車電子市場(chǎng)分為發(fā)達(dá)市場(chǎng)和新興市場(chǎng)。發(fā)達(dá)市場(chǎng)包括日本、北美和西歐。在這一市場(chǎng)，汽車都裝備了氣囊和引擎電子控制系統(tǒng)等等，傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)的滲透較為困難，市場(chǎng)已經(jīng)飽和。例如，在德國(guó)居住的每1000人中就有600輛汽車。在這個(gè)市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體廠商發(fā)展的是先進(jìn)的控制系統(tǒng)在汽車中的普及。現(xiàn)在的氣囊系統(tǒng)是在撞車時(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)式的防撞車系統(tǒng)。這就是半導(dǎo)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(chuàng)新性車載系統(tǒng)，如雷達(dá)、攝像機(jī)等等。這個(gè)市場(chǎng)容量大、車輛產(chǎn)量更多、銷售額高，一輛車中電子產(chǎn)品更為豐富，該市場(chǎng)占到了銷售額的2/3，給半導(dǎo)體行業(yè)帶來(lái)的年增長(zhǎng)率高達(dá)1.5％。這個(gè)市場(chǎng)上的汽車所需要的復(fù)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。其次是汽車的安全性。第三是成本的削減，讓總系統(tǒng)的價(jià)格降下來(lái)，而且讓維護(hù)變得更有效率。車子應(yīng)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(yīng)該采取何種措施。

在發(fā)展中國(guó)家的新興市場(chǎng)市場(chǎng)，增長(zhǎng)卻是極為迅速。在這個(gè)市場(chǎng)，提高車功率的同時(shí)還應(yīng)該提高汽車的功能，使得發(fā)展具有可持續(xù)性。可擴(kuò)展性開(kāi)發(fā)平臺(tái)是取勝的基本要素，然后根據(jù)需求、價(jià)格、性能、優(yōu)化性能，可以選擇提供不同的復(fù)雜性。

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

首先以汽車內(nèi)部的動(dòng)力鏈為例，如果要滿足中國(guó)采用的歐III標(biāo)準(zhǔn)對(duì)燃料利用率和尾氣排放的要求，不可能僅僅依靠純機(jī)械的方法，采用現(xiàn)代化的引擎管理系統(tǒng)進(jìn)行智能化控制是必然選擇。這個(gè)系統(tǒng)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圍的情勢(shì)，例如車的姿態(tài)、發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)、溫度等等。隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)對(duì)于汽車來(lái)說(shuō)極為重要。汽車內(nèi)部具有敏感功能的眾多節(jié)點(diǎn)相互間需要交換數(shù)據(jù)，便構(gòu)成了最初的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)CAN，隨著對(duì)低成本需求的推動(dòng)又出現(xiàn)了LIN，這樣可以利用一種控制器來(lái)管理數(shù)據(jù)的交換等，比如FlexRay。

此外消費(fèi)娛樂(lè)需要更大的帶寬，就需要提供數(shù)字化管理手段。更重要的是需要強(qiáng)有力的智能執(zhí)行器操作汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)、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。以剎車為例，如果發(fā)生故障就必須關(guān)閉，而且駕駛者應(yīng)該知道如何去解決眼前的問(wèn)題并安全停車。

最后，一個(gè)新的系統(tǒng)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(tǒng)軟件的品質(zhì)。保證車輛的功能安全性，除了進(jìn)一步在器件中采取存儲(chǔ)器保護(hù)之類措施外，還需要研究在系統(tǒng)級(jí)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(xiàn)更高層次上的功能安全性。駕駛員所受到的訓(xùn)練是一個(gè)方面，汽車本身的改進(jìn)則是另一方面。安全性的關(guān)鍵在于穩(wěn)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(wěn)定性控制一項(xiàng)，就可以把交通事故死亡人數(shù)降低50％。因?yàn)槠嚳梢宰R(shí)別出所發(fā)生的情況，采取與駕車人所預(yù)期的行為所不同的行為，從而安全進(jìn)行避讓，這可以算的上是一個(gè)里程碑?？梢蕴崆盀榕鲎沧脺?zhǔn)備。

這就需要更多的傳感器，包括攝像機(jī)、光學(xué)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(yùn)用上述技術(shù)，首先要做到的一點(diǎn)是標(biāo)準(zhǔn)化，如雷達(dá)、穩(wěn)定性控制、陀螺等等。其次頭腦要變得更強(qiáng)，現(xiàn)在數(shù)據(jù)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?jiǎng)恿ΑＲ驗(yàn)槎嗪丝梢栽谙碾娏鞑辉黾拥臈l件下提高處理能力，即利用兩個(gè)速度較慢的處理器內(nèi)核來(lái)獲得更強(qiáng)的計(jì)算能力。
    
汽車電子面臨的挑戰(zhàn)

挑戰(zhàn)一  新的傳感需求

兩項(xiàng)即將引入的傳感器技術(shù)是雷達(dá)和攝像機(jī)系統(tǒng)。飛思卡爾對(duì)這兩種技術(shù)的研究包括傳感器和相應(yīng)的計(jì)算機(jī)信號(hào)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(dá)可以精確測(cè)距，卻無(wú)法進(jìn)行物體識(shí)別，必須有智能算法把多種傳感器的數(shù)據(jù)綜合起來(lái)，讓車變得智能化。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(biāo)準(zhǔn)化的問(wèn)題。以HVAC系統(tǒng)為例，這種系統(tǒng)有兩種類型，一種為集中式系統(tǒng)服務(wù)，一種用于分布式系統(tǒng)。

挑戰(zhàn)二 增加處理器性能

某高檔車94版已經(jīng)配備了40個(gè)ECU，在當(dāng)時(shí)是超乎想象的，到2008年ECU數(shù)量增長(zhǎng)到60個(gè)，包含了LIN和更多的執(zhí)行器，還有多種信息娛樂(lè)設(shè)備：音響、放大器、藍(lán)牙、移動(dòng)電話連接與揚(yáng)聲器等等。每個(gè)器件平均的工作速度是2MHz。存儲(chǔ)器容量從1.1MB增加到19MB以上，而晶體管數(shù)量也從2100萬(wàn)個(gè)增長(zhǎng)到34000萬(wàn)個(gè)。總線帶寬從700kBit/s增加到23Mbit/s。整套系統(tǒng)變得越來(lái)越龐大，越來(lái)越復(fù)雜，設(shè)計(jì)等方面必須相應(yīng)得到提高，以便能適應(yīng)這一發(fā)展趨勢(shì)。留給工程師的工作很多，在未來(lái)20～30年中，汽車和電子工程師們還會(huì)面對(duì)更多這樣得挑戰(zhàn)。

挑戰(zhàn)三 管理復(fù)雜的系統(tǒng)

在R&D方面，車內(nèi)添置了許多系統(tǒng)，單獨(dú)供應(yīng)商很難提供足夠的研發(fā)資金，有些研發(fā)單獨(dú)完成已經(jīng)變得不可能。所以我們和業(yè)界伙伴甚至競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手合作開(kāi)發(fā)產(chǎn)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(chuàng)新以滿足市場(chǎng)需求的一個(gè)很好的途徑。另一點(diǎn)是標(biāo)準(zhǔn)化，LIN、CAN、FlexRay都是依賴于總線的技術(shù)，所以需要像AUTOSAR這樣的平臺(tái)化技術(shù)。

汽車的復(fù)雜性需要不同的工具，汽車OEM可以設(shè)計(jì)、定義所需要的產(chǎn)品技術(shù)，以滿足帶寬、響應(yīng)速度方面的需求。我們一直與客戶合作，向他們提供設(shè)計(jì)工具，來(lái)定義其汽車，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(biāo)準(zhǔn)化的問(wèn)題，AUTOSAR、FlexRay、LIN，這些協(xié)議都有助于實(shí)現(xiàn)一體化，要用平臺(tái)化來(lái)降低復(fù)雜性，同時(shí)利用好批量生產(chǎn)帶來(lái)的成本優(yōu)勢(shì)。

挑戰(zhàn)四 可靠性需求

汽車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(yīng)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。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(guān)。如何將其集成到不同的系統(tǒng)中，同樣需要付出許多努力，這就需要企業(yè)與客戶合作。