半導(dǎo)體產(chǎn)品如何推動(dòng)“綠色駕駛”

無(wú)論您駕駛的是電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車還是傳統(tǒng)的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)汽車，在創(chuàng)新思想和產(chǎn)品的幫助下，汽車的電氣化水平正在不斷提高，從而為汽車行業(yè)提高能源利用率帶來(lái)了全新機(jī)遇。

大眾環(huán)保意識(shí)的日益增強(qiáng)、二氧化碳排放的監(jiān)管更加嚴(yán)格、政府補(bǔ)貼和石油價(jià)格波動(dòng)，所有這一切都增加了人們對(duì)節(jié)油汽車的需求。電動(dòng)汽車蓄勢(shì)待發(fā)，日產(chǎn)、戴姆勒和三菱等汽車巨頭今年推出了首批“零排放”電動(dòng)汽車，豐田普瑞斯和本田Insight等混合動(dòng)力汽車正日益普及。

與此同時(shí)，所有汽車制造商仍然承受著如何提高傳統(tǒng)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)汽車燃油效率的巨大壓力，因?yàn)檫@類汽車仍然占據(jù)當(dāng)今全球新車銷量百分之九十以上的份額。歐盟已經(jīng)確立了2015年以前實(shí)現(xiàn)130g / km的碳減排目標(biāo)，并出臺(tái)了一整套嚴(yán)厲的處罰措施，包括對(duì)超標(biāo)排放課以最高每克95歐元的罰款。美國(guó)奧巴馬政府為汽車制造商制定了企業(yè)平均燃油經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)(CAFE標(biāo)準(zhǔn))的最后期限，即2016年實(shí)現(xiàn)34.1 mpg(英里/加侖)的CAFE標(biāo)準(zhǔn)。中國(guó)政府已經(jīng)研究爭(zhēng)取2015年實(shí)現(xiàn)42.2 mpg的燃油效率目標(biāo)。

恩智浦半導(dǎo)體擁有系列廣泛的汽車半導(dǎo)體產(chǎn)品，不僅支持汽車廠商設(shè)計(jì)生產(chǎn)節(jié)油減排的汽車，而且支持傳統(tǒng)汽車、微型及輕度混合動(dòng)力車以及電動(dòng)車方面的節(jié)能創(chuàng)新。恩智浦始終將汽車視為一個(gè)完整的系統(tǒng)——例如，要考慮動(dòng)力系統(tǒng)如何與底盤(pán)、車身電子和信息娛樂(lè)系統(tǒng)配合工作和傳遞信息，同時(shí)幫助汽車企業(yè)采用電子產(chǎn)品取代笨重的機(jī)械和液壓部件，從而提升整個(gè)系統(tǒng)的工作效率。

以下是恩智浦幫助OEM廠商提高燃油效率的五個(gè)例子，包括電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向(EPS)，啟停系統(tǒng)，雙離合器變速器，車身電子和遠(yuǎn)程信息處理。

啟停系統(tǒng)

汽車啟停系統(tǒng)(或稱停車起步系統(tǒng))在每次車輛完全停下(如遇到紅燈或者交通擁堵)時(shí)會(huì)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)車輛恢復(fù)行駛時(shí)，則立即重新啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。根據(jù)實(shí)現(xiàn)方式的不同，汽車啟停系統(tǒng)可以通過(guò)駕駛員松開(kāi)剎車踏板、觸碰加速踏板或者換擋等動(dòng)作或多個(gè)動(dòng)作組合來(lái)觸發(fā)。

啟停系統(tǒng)在停停走走的城市交通中特別有效。Supplier Business估計(jì)啟停系統(tǒng)能夠降低油耗和碳排放達(dá)4-10%。啟停系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用在Micro-hybrid(微型混合動(dòng)力)汽車和一些汽油及柴油發(fā)動(dòng)機(jī)汽車上。在Mild Hybrid(輕型混合動(dòng)力)汽車中，啟停系統(tǒng)通過(guò)“有源升壓”——即在加速時(shí)由電動(dòng)機(jī)向發(fā)動(dòng)機(jī)提供額外扭矩來(lái)增加起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)的動(dòng)力，在汽車減速時(shí)則提供高效的能源再生。目前已引入啟停系統(tǒng)的汽車廠商包括大眾、雪鐵龍、寶馬、豐田、菲亞特、馬恒達(dá)、塔塔汽車、吉利(僅舉幾例)。

對(duì)于啟停系統(tǒng)，關(guān)鍵問(wèn)題是不同的動(dòng)力部件之間的信息傳遞和協(xié)調(diào)。例如，當(dāng)ABS速度傳感器檢測(cè)到車輛停止時(shí)且未掛擋，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元就會(huì)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)?；蛘?，當(dāng)踩下離合器踏板并掛檔時(shí)，起動(dòng)機(jī)被激活，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元?jiǎng)t會(huì)重新啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。

為實(shí)現(xiàn)快速可靠的車內(nèi)通信，恩智浦研發(fā)了可用于CAN和FlexRay網(wǎng)絡(luò)的高性能收發(fā)信機(jī)，以及可滿足發(fā)動(dòng)機(jī)、ABS和變速箱控制單元特殊要求的功率MOSFET。事實(shí)上，恩智浦在當(dāng)今市場(chǎng)上提供品種廣泛的CAN和FlexRay收發(fā)信機(jī)產(chǎn)品系列。此外，恩智浦還提供能夠檢測(cè)踏板位置及ABS速度的MOSFET和傳感器。不僅如此，恩智浦還因生產(chǎn)市場(chǎng)領(lǐng)先的汽車安全防盜芯片而遠(yuǎn)近聞名。這些安全系統(tǒng)可以確保汽車只有在車鑰匙處于正確位置時(shí)啟動(dòng)，無(wú)論此時(shí)鑰匙是在鎖孔中還是在駕駛者口袋中(“無(wú)匙啟動(dòng)”功能)。

此外，恩智浦還可以讓汽車在啟停系統(tǒng)工作時(shí)繼續(xù)播放音樂(lè)。恩智浦音的頻放大器在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)或者重新啟動(dòng)時(shí)可以保持性能不受影響，即使在電源下降到6伏時(shí)也可以享受無(wú)縫的車載娛樂(lè)體驗(yàn)，。

實(shí)現(xiàn)啟停系統(tǒng)的一種好方法是使用一體式起動(dòng)發(fā)電機(jī)(ISA)，它將發(fā)電機(jī)和起動(dòng)機(jī)集成到一個(gè)可逆單元中，單元中安裝一個(gè)功能強(qiáng)大的電子逆變器，可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能的快速切換。這種集成既減輕了車重，提高了效率，還使車輛在減速時(shí)獲得能量，令I(lǐng)SA在城市交通中大顯身手。

ISA逆變器采用三相或多相技術(shù)，只需要阻值很小的電阻開(kāi)關(guān)即可處理非常大的電流，從而降低了能耗。典型的要求包括導(dǎo)通電阻為0.5 mΩ左右而電流處理能力卻超過(guò)200A。恩智浦提供定制的汽車功率MOSFET，采用已知合格芯片緊湊型熱增強(qiáng)無(wú)損耗封裝，令啟停系統(tǒng)的運(yùn)作更加穩(wěn)定有效。

電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)(EPS)

電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)根據(jù)需要提供轉(zhuǎn)向助力。該系統(tǒng)使用電動(dòng)機(jī)，比傳統(tǒng)的液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)消耗燃料更少，原因是不再需要皮帶驅(qū)動(dòng)的液壓泵，液壓泵需要始終運(yùn)行，甚至在發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速、不需要提供轉(zhuǎn)向助力時(shí)仍在運(yùn)行。EPS系統(tǒng)由本田和寶馬首先使用，如今大多數(shù)汽車制造商正在以不同的程度將其應(yīng)用于下一代車輛中。

配備EPS的汽車能夠降低油耗和碳排放約10 g/km[1].此外，由于EPS系統(tǒng)不再需要轉(zhuǎn)向閥和液壓泵、儲(chǔ)油器以及耐壓膠管，因而節(jié)省了車輛空間和重量;同時(shí)由于減少了系統(tǒng)部件，所以節(jié)省了組裝和安裝時(shí)間。

恩智浦研發(fā)的磁阻角度傳感器可以對(duì)轉(zhuǎn)向位置和扭矩進(jìn)行準(zhǔn)確、可靠的測(cè)量，恩智浦的功率MOSFET具有極低的導(dǎo)通電阻RDS(on)，有助于擴(kuò)大電動(dòng)汽車使用EPS的范圍。此外，恩智浦的FlexRay收發(fā)信機(jī)可將不同電控單元連接起來(lái)，讓EPS系統(tǒng)可以快速、實(shí)時(shí)、不受故障影響地工作，確保能夠根據(jù)不同車速施加相匹配的轉(zhuǎn)向力。

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的下一步發(fā)展是線控轉(zhuǎn)向，即采用電子設(shè)備代替驅(qū)動(dòng)控制和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)之間的機(jī)械連接，這將進(jìn)一步降低車重、體積、功耗，甚至因?yàn)椴辉傩枰D(zhuǎn)向柱可以進(jìn)一步提高駕駛者的安全系數(shù)。恩智浦致力于為業(yè)界提供耐用的高質(zhì)量產(chǎn)品和一流的技術(shù)專長(zhǎng)，幫助汽車制造商設(shè)計(jì)快速的車載網(wǎng)絡(luò)，支持汽車行業(yè)向線控轉(zhuǎn)向的方向發(fā)展。

雙離合變速器

雙離合變速器(DCT)過(guò)去只用于賽車，這些年已經(jīng)被大眾等汽車廠商引入到日常車輛上了。由于雙離合變速器可以提高燃油經(jīng)濟(jì)性并帶來(lái)平順的駕駛體驗(yàn)，因此，福特等其他汽車廠商正考慮為主流量產(chǎn)車型配備雙離合變速器。

雙離合變速器，也稱為半自動(dòng)變速器或手自一體變速器，可在短短8毫秒內(nèi)完成升檔[2]，可以踩著踏板享受平順的動(dòng)態(tài)加速度和無(wú)以比擬的駕駛樂(lè)趣。由于可以從發(fā)動(dòng)機(jī)不間斷地傳遞動(dòng)力，雙離合變速器具有出色的燃油經(jīng)濟(jì)性。iSuppli的數(shù)據(jù)顯示，與傳統(tǒng)的5速自動(dòng)變速器相比，雙離合變速器節(jié)能可達(dá)10%。

恩智浦為雙離合變速器研發(fā)了高性能混合信號(hào)系列產(chǎn)品，其中包括精準(zhǔn)的非接觸式傳感器，采用對(duì)振動(dòng)不敏感的磁阻技術(shù)，用于優(yōu)化換擋。在發(fā)動(dòng)機(jī)、車輪和變速器之間確保快速、可靠的信息傳遞是必需的，而恩智浦在FlexRay和CAN系統(tǒng)方面的產(chǎn)品系列和技術(shù)專長(zhǎng)無(wú)疑是打造雙離合變速器的理想之選。

車身電子中的局部聯(lián)網(wǎng)模式

20世紀(jì)90年代之前，汽車的電控單元(ECU)均由單獨(dú)、專用的信號(hào)線相連接。但今天，所有的ECU均由總線系統(tǒng)連接，例如LIN、CAN和FlexRay，帶來(lái)了數(shù)據(jù)可用性和接口標(biāo)準(zhǔn)化方面的顯著優(yōu)勢(shì)，極大地簡(jiǎn)化了布線。另一方面，所有連接到總線的ECU需要持續(xù)監(jiān)測(cè)總線信號(hào)流量并在需要時(shí)立即響應(yīng)，這使其無(wú)法進(jìn)入省電模式。

恩智浦目前正在推廣“局部聯(lián)網(wǎng)”的概念。網(wǎng)絡(luò)中只有部分選定的器件處于活動(dòng)狀態(tài)，而其它節(jié)點(diǎn)則進(jìn)入特殊的低功耗“可選睡眠模式”，這些節(jié)點(diǎn)只響應(yīng)某些特定的預(yù)定義喚醒消息。

恩智浦憑借其在車身電子和車載網(wǎng)絡(luò)方面的豐富經(jīng)驗(yàn)，以及在保持低靜態(tài)電流方面的技術(shù)專長(zhǎng)，研發(fā)出了具有局部聯(lián)網(wǎng)功能的系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片(SBC)。這些系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片與恩智浦其他智能產(chǎn)品結(jié)合，可以將ECU待機(jī)狀態(tài)的電流消耗降低到25μA。鑒于歐盟針對(duì)碳排放超過(guò)130g / km的部分課以每車每克95歐元的罰款，如果每個(gè)ECU能夠降低50 mg / km碳排放的話，汽車廠商就再也不會(huì)為罰款頭痛了。這樣一來(lái)，車身電子的局部聯(lián)網(wǎng)恐怕要比與減排量等重的黃金更有價(jià)值啦!

ECO遠(yuǎn)程信息處理

以上例子主要聚焦于車內(nèi)通信，而汽車與外界的通信在綠色駕駛中也起著非常關(guān)鍵的作用。

遠(yuǎn)程信息處理系統(tǒng)支持節(jié)能路線選擇(eco-routing)——通過(guò)GPRS為駕駛者提供最佳行駛路線方面的信息以改善交通流量，同時(shí)支持道路收費(fèi)定價(jià)系統(tǒng)，鼓勵(lì)駕駛者選擇不擁擠的道路。此外，遠(yuǎn)程信息處理系統(tǒng)可用于聯(lián)網(wǎng)巡航控制： 交管控制中心可以向每個(gè)駕駛者分別提出速度建議。這種新概念通過(guò)預(yù)先通知來(lái)改善交通流量，由恩智浦及歐洲其他領(lǐng)先廠商和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)提供支持。

對(duì)于電動(dòng)汽車，遠(yuǎn)程信息處理系統(tǒng)能提供遠(yuǎn)程監(jiān)控和電池診斷，檢查車輛的“健康狀況”，優(yōu)化其“充電狀態(tài)”。此外，遠(yuǎn)程信息處理還可以向駕駛者提供離他最近的充電站點(diǎn)的最新信息，確保他們及時(shí)充電，從而減輕駕駛者的“行駛里程焦慮癥”。遠(yuǎn)程信息處理系統(tǒng)的其他節(jié)能應(yīng)用還有“生態(tài)動(dòng)力系統(tǒng)”。通過(guò)了解車輛方位以及前方道路狀況，遠(yuǎn)程信息處理單元能夠優(yōu)化電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)的充放電行為，可能的話，還可以優(yōu)化里程擴(kuò)增器的使用。換言之，遠(yuǎn)程信息系統(tǒng)有助于確保車輛電池足夠讓您到達(dá)山頂，并保證在您下山時(shí)為電池充電。

在遠(yuǎn)程信息處理領(lǐng)域，恩智浦研發(fā)了車載單元平臺(tái)(ATOP)解決方案，這是一款外形緊湊、單器件、低成本的交鑰匙解決方案，提供最佳連接性能和超低功耗。ATOP采用多處理器架構(gòu)，符合相關(guān)汽車標(biāo)準(zhǔn)，并已通過(guò)GSM和銀行級(jí)安全認(rèn)證。

的確，行業(yè)觀察家預(yù)測(cè)智能交通系統(tǒng)能改善燃油經(jīng)濟(jì)性并減少CO2排放15%[3].

以高性能混合信號(hào)產(chǎn)品推動(dòng)創(chuàng)新

欲了解更多關(guān)于使用恩智浦高性能混合信號(hào)解決方案推動(dòng)節(jié)能汽車設(shè)計(jì)的信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)http://www.nxp.com/drivingefficiency/

[1] 資料來(lái)源： ZF Lenksysteme

[2] 資料來(lái)源： Volkswagen Direct Shift Gearbox (大眾汽車直接換擋變速箱)

[3] 資料來(lái)源： iSuppli 2008年12月