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集娛樂、信息和安全與一體的電子機(jī)械集合體。有統(tǒng)計顯示，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。
　　
市場需求細(xì)分

可以把全球汽車電子市場分為發(fā)達(dá)市場和新興市場。發(fā)達(dá)市場包括日本、北美和西歐。在這一市場，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，市場已經(jīng)飽和。例如，在德國居住的每1000人中就有600輛汽車。在這個市場驅(qū)動半導(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?，F(xiàn)在的氣囊系統(tǒng)是在撞車時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。這個市場容量大、車輛產(chǎn)量更多、銷售額高，一輛車中電子產(chǎn)品更為豐富，該市場占到了銷售額的2/3，給半導(dǎo)體行業(yè)帶來的年增長率高達(dá)1.5％。這個市場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)的價格降下來，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，提供自動駕駛儀，了解信息的來源和應(yīng)該采取何種措施。

在發(fā)展中國家的新興市場市場，增長卻是極為迅速。在這個市場，提高車功率的同時還應(yīng)該提高汽車的功能，使得發(fā)展具有可持續(xù)性?？蓴U(kuò)展性開發(fā)平臺是取勝的基本要素，然后根據(jù)需求、價格、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汽車油耗的要求越來越高
　　
技術(shù)發(fā)展趨勢

首先以汽車內(nèi)部的動力鏈為例，如果要滿足中國采用的歐III標(biāo)準(zhǔn)對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。這個系統(tǒng)首先需要微控制器作為“大腦”，同時需要眾多傳感器讓其了解周圍的情勢，例如車的姿態(tài)、發(fā)動機(jī)狀態(tài)、溫度等等。隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)對于汽車來說極為重要。汽車內(nèi)部具有敏感功能的眾多節(jié)點相互間需要交換數(shù)據(jù)，便構(gòu)成了最初的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)CAN，隨著對低成本需求的推動又出現(xiàn)了LIN，這樣可以利用一種控制器來管理數(shù)據(jù)的交換等，比如FlexRay。

此外消費(fèi)娛樂需要更大的帶寬，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)動機(jī)、電機(jī)、輪胎、氣囊等，幫助人們了解問題、查找問題和解決問題。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題并安全停車。

最后，一個新的系統(tǒng)根本上要靠品質(zhì)來解決任何問題，不僅指部件的品質(zhì)，也包括整個系統(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器保護(hù)之類措施外，還需要研究在系統(tǒng)級上所能采取的措施，即將多種芯片組合起來，來幫助實現(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，就可以把交通事故死亡人數(shù)降低50％。因為汽車可以識別出所發(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主要動力。因為多核可以在消耗電流不增加的條件下提高處理能力，即利用兩個速度較慢的處理器內(nèi)核來獲得更強(qiáng)的計算能力。
    
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)。飛思卡爾對這兩種技術(shù)的研究包括傳感器和相應(yīng)的計算機(jī)信號處理部分，目前的技術(shù)可以讓成本減少4倍。沒有哪種傳感器是萬能的，例如雷達(dá)可以精確測距，卻無法進(jìn)行物體識別，必須有智能算法把多種傳感器的數(shù)據(jù)綜合起來，讓車變得智能化。同時還須盡量減小整個裝置的尺寸，尺寸越小，使用起來就越方便，未來的傳感器也會集成提高智能化程度的微控制器。另外還有一個標(biāo)準(zhǔn)化的問題。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ECU，在當(dāng)時是超乎想象的，到2008年ECU數(shù)量增長到60個，包含了LIN和更多的執(zhí)行器，還有多種信息娛樂設(shè)備：音響、放大器、藍(lán)牙、移動電話連接與揚(yáng)聲器等等。每個器件平均的工作速度是2MHz。存儲器容量從1.1MB增加到19MB以上，而晶體管數(shù)量也從2100萬個增長到34000萬個?？偩€帶寬從700kBit/s增加到23Mbit/s。整套系統(tǒng)變得越來越龐大，越來越復(fù)雜，設(shè)計等方面必須相應(yīng)得到提高，以便能適應(yīng)這一發(fā)展趨勢。留給工程師的工作很多，在未來20～30年中，汽車和電子工程師們還會面對更多這樣得挑戰(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)，單獨供應(yīng)商很難提供足夠的研發(fā)資金，有些研發(fā)單獨完成已經(jīng)變得不可能。所以我們和業(yè)界伙伴甚至競爭對手合作開發(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)新以滿足市場需求的一個很好的途徑。另一點是標(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、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)計工具，來定義其汽車，并將需求告訴我們，讓我們有足夠的時間開發(fā)出所需要的微處理器。這又是標(biāo)準(zhǔn)化的問題，AUTOSAR、FlexRay、LIN，這些協(xié)議都有助于實現(xiàn)一體化，要用平臺化來降低復(fù)雜性，同時利用好批量生產(chǎn)帶來的成本優(yōu)勢。

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)正常工作，但在保障高品質(zhì)的同時也應(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得到保證?？煽啃圆粌H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。