這將是我們未來的座駕
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這將是我們未來的座駕
作者: Bernard Levine
如果說芯片領(lǐng)域有一道曙光，那就是移動計算。這并不一定說的是無線網(wǎng)絡(luò)，而是汽車電子。
Allied Business Intelligence 研究公司預(yù)言世界汽車半導(dǎo)體市場將從去年的123億美元增長到2007年的170億美元以上。這是很保守的預(yù)言。另一個研究公司Strategy Analytics提供相同的支持觀點(diǎn)：今天電氣系統(tǒng)一般占汽車成本20 %以上。但到2008這個數(shù)字會上升到30%。
下面我們用圖形說明這些新的電子系統(tǒng)會用在何處。在安全方面，有智能氣囊、雷達(dá)、攝像機(jī)、自適應(yīng)導(dǎo)航控制，輪胎壓力監(jiān)測和其它避免交通事故的裝置。你還可以看見一大批新的電子設(shè)施：數(shù)字收音機(jī)、免提手機(jī)和其它無線連接應(yīng)用以及壽命預(yù)測。甚至與還有飛機(jī)上用于判定事故原因一樣的黑盒子。的確，許多今天開發(fā)的有關(guān)安全、方便性和娛樂性以及信息服務(wù)等應(yīng)用，我們已經(jīng)談?wù)摿撕枚嗄?。但是僅僅出現(xiàn)在高端的豪華型轎車和跑車上。現(xiàn)在，由于成本大大降低和集成規(guī)模增加，開始進(jìn)入大批量生產(chǎn)時代。因此需要增加內(nèi)容和市場。
半導(dǎo)體公司將微控制器MCU和數(shù)字信號處理器DSP以及其它功能集成在單一芯片上。并且在硅片上集成更多的無源器件。隨著這些混合型IC的發(fā)展，我們會看到軟件的功能更加強(qiáng)大。Flash和其它非易失型存儲器使汽車制造商可以在汽車進(jìn)入生產(chǎn)線前的最后幾分鐘仍然可以重新編寫程序代碼，甚至還可以在用戶購買后修改程序代碼。專家們期望增加電子電路，以便使傳統(tǒng)的發(fā)動機(jī)更干凈、和效率更高。
當(dāng)然，消費(fèi)者最終決定他們愿意購買何種產(chǎn)品。但是有一點(diǎn)是明確的：隨著成本降低，接受者會更多。
安全
分析家觀點(diǎn)：所有這些安全系統(tǒng)都依賴于先進(jìn)的集成電路（IC），通常 在可以通過編程增加靈活性和提高性能的任何地方，加入嵌入式flash存儲器。Semico研究公司的Tony Massimini說，“更多的嵌入式flash意味著更多的功能和更加復(fù)雜的軟件”。策略分析家Mark Fitzgerald 補(bǔ)充說，“我們需要軟件更加細(xì)化和更強(qiáng)大的處理器”。
1. 輪胎壓力監(jiān)測是另一個避免事故的重要方法，可以避免汽車傾翻悲劇。現(xiàn)有兩種監(jiān)測技術(shù)，一種是新的半導(dǎo)體，包括專用微控制器，在每個輪胎邊沿測量壓力和溫度，通過RF收發(fā)器來傳送信息。必要時激活儀表板上的警告指示燈。另一個系統(tǒng)依靠對現(xiàn)有防抱死剎車系統(tǒng)軟件作微小修改，基于輪胎旋轉(zhuǎn)速度來跟蹤輪胎是否安全。（這種方法適用于一個以上的輪胎氣壓不足，或者汽車行駛在崎嶇的路面，或者負(fù)載不均勻等情況）
2.智能安全氣囊系統(tǒng)根據(jù)乘車人的身體重量和事故的情況調(diào)節(jié)氣囊的展開情況。這需要智能傳感器，即在單一ASIC芯片上集成模擬和數(shù)字功能（如：電壓調(diào)節(jié)），來替代像繼電器和保險管等無源器件。當(dāng)有事故發(fā)生時，即使與汽車其它電器系統(tǒng)失去接觸的情況下，內(nèi)部能量儲存器、電容器、壓縮機(jī)和其它元件仍然可以保持氣囊工作。
3.事故防止系統(tǒng)包括自適應(yīng)導(dǎo)航控制和雷達(dá)，用于識別碰撞沖擊和采取躲避行為。夜視設(shè)備和軍用的相似，安裝在突出的汽車擋風(fēng)板上，提高黑暗情況下的視覺能力，使汽車駕駛員對可能的危險有更多的反應(yīng)時間。攝像機(jī)傳送駕駛員盲區(qū)內(nèi)障礙物的信息，以幫助駕駛員避免事故。攝像機(jī)的視野通過車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)或者發(fā)送器傳送，并顯示在儀表盤。
下面的問題就是保證電子器件相關(guān)的兼容性，Safe-by-Wire工業(yè)協(xié)會正在開發(fā)新的標(biāo)準(zhǔn)汽車總線來控制傳感器和控制器件。
發(fā)動機(jī)和驅(qū)動系統(tǒng)
工業(yè)界需要解決FlexRay 和 TTP 兩個通信協(xié)議的問題，以實(shí)現(xiàn)drive-by-wire。這些系統(tǒng)將用電子功能替代由駕駛員控制的機(jī)械功能， 因此具有很高的可靠性、實(shí)時性的總線架構(gòu)必不可少。
1.對功率需求的日益提高最終導(dǎo)致必須使用42伏電氣系統(tǒng)，以減少現(xiàn)今12伏系統(tǒng)下電流和電線數(shù)量。但是電器供應(yīng)商主張仍然使用12伏系統(tǒng)，只是用IC代替?zhèn)鹘y(tǒng)的繼電器和開關(guān)電路，做少量修改。汽車制造商也喜歡在12伏系統(tǒng)下替換一些元器件，如用MOSFET替代二極管以提供可達(dá)3千瓦的更大功率。即使drive-by-wire系統(tǒng)最終必須使用42伏，汽車的其它部分如前燈也不能工作在如此高的電壓下（汽車前燈的燈絲太脆弱）。因此需要12V/42V雙電壓的混合系統(tǒng)，每輛汽車包含兩個電池。
2.發(fā)動機(jī)磨合依靠新的模擬集成電路IC來檢測發(fā)動機(jī)的巔峰時的性能。在這些情況之外，發(fā)動機(jī)也許會熄火或者點(diǎn)火不良。這種檢測更多地用軟件實(shí)現(xiàn)，所以我們期待Motorola等半導(dǎo)體公司能夠提供動力系微控制器。這種微控制器集成更多的軟件和flash存儲器。DSP處理器跟蹤變量閥門的定時，減少對ASIC的需求。微處理器可以在很大程度上控制柴油發(fā)動機(jī)中燃料噴射過程的同步，使其更潔凈和更安靜。
3. Drive-by-wire系統(tǒng)將用電子系統(tǒng)代替現(xiàn)今的操縱、制動和其它液壓和機(jī)械系統(tǒng)。 雖然目前尚沒有具體時間表何時能夠完全取代，一些drive-by-wire已經(jīng)用在節(jié)流閥和制動器的設(shè)計中，帶有旨在縮短剎車距離的傳感器。這些傳感器探測節(jié)流閥的迅速上升，然后移動制動踏板。當(dāng)駕駛員施加于制動器上的壓力過大時、以及觸發(fā)更大的制動力時，這些傳感器也能夠感應(yīng)出來。
分析家的觀點(diǎn)：擁有自己的研究公司的Randy Frank說，電氣負(fù)載在過去幾年大約每年增加100瓦，并且預(yù)計今后十年繼續(xù)保持這個增長率。換用42伏系統(tǒng)相關(guān)成本的增加—以及制造商不能看到直接收益—導(dǎo)致大多數(shù)制造商盡可能使用低成本替代品來延遲在這方面的投資。這些替代品包括電子水泵和利用功率MOSFET的電子充電器以及其他與12V 總線有效連接的器件。
娛樂和生物識別
1. 黑盒子—飛機(jī)上用于發(fā)現(xiàn)飛機(jī)失事原因的記錄器—正受到汽車相關(guān)人事的歡迎。其推廣可以減少保險費(fèi)用。這種設(shè)備大約是手機(jī)體積的兩倍，可以有規(guī)律的發(fā)送數(shù)據(jù)，記錄里程和駕駛模式以及紀(jì)錄諸如事故前的速度等統(tǒng)計信息。為此需要標(biāo)準(zhǔn)的微處理器和存儲器，還需要GSM和GP在事故發(fā)生時發(fā)送警示信息和不斷地編輯行使數(shù)據(jù)。幾家集成電路制造商已經(jīng)可以提供預(yù)封裝的用于這種黑盒子的無線通信模塊。這些應(yīng)用也許會使各種付費(fèi)管理模式成為可能：租用、根據(jù)駕駛的保險費(fèi)付費(fèi)以及自動收費(fèi)等。
2.數(shù)字收音機(jī)，除了接收信號更清晰以外，還可以提供電子地圖和導(dǎo)航等功能。Philips Electronics等許多集成電路公司正在開發(fā)支持各種數(shù)字廣播標(biāo)準(zhǔn)的電路。以數(shù)字方式控制無線電信號要求功能強(qiáng)大的軟件,并且需要對與調(diào)諧器和放大器接口的電路作相應(yīng)改動。所以，開發(fā)商正在研究智能功率器件，使其可以集成控制邏輯，在同一個芯片上集成微處理器和功率開關(guān)。
3. 導(dǎo)航系統(tǒng)會隨著價格從幾千美元降到幾百美元得到普遍應(yīng)用。Motorola和Analog Devices 等半導(dǎo)體公司正在設(shè)計將DSP、flash 和微控制器功能于一身的芯片以減少成本，其目標(biāo)是設(shè)計一個處理器來完成現(xiàn)在需要六個芯片才能完成的功能。利用附帶的flash 存儲器，技術(shù)人員可以通過下載升級軟件。
4.語音輔助控制幾乎可以控制汽車內(nèi)的所有設(shè)備，包括空調(diào)、反光鏡和移動電話。許多集成電路公司正在開發(fā)具有語音識別功能的電子地圖電路。但是交通工具內(nèi)由于道路、收音機(jī)和談話的背景噪音是開發(fā)的主要障礙。
5. 生物識別點(diǎn)火系統(tǒng) 半導(dǎo)體公司已經(jīng)聯(lián)合軟件供應(yīng)商共同開發(fā)安全和低成本指紋識別系統(tǒng)，用于打開車門和啟動發(fā)動機(jī)。STMicroelectronics 公司的TouchChip生物識別解決方案可以被集成到鎖或者鑰匙中。該系統(tǒng)利用芯片來識別駕駛員的指紋，用來打開車門，并根據(jù)個人的愛好自動調(diào)節(jié)座位，反光鏡和收音機(jī)等。
分析家的觀點(diǎn)Fleck Research公司的Ken Fleck預(yù)言，近期內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)接入和娛樂系統(tǒng)日趨融合，也許會使用藍(lán)牙進(jìn)行連接。Allied Business Intelligence公司的Frank Viquez預(yù)測，雖然藍(lán)牙技術(shù)在汽車中應(yīng)用先期主要用于電話，但接下來會有許多其它應(yīng)用，包括遠(yuǎn)距離車輛診斷，電子地圖服務(wù)以及交通工具間的通信，以及音頻和視頻下載。
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