在传统的3C领域之外,如果要说当今还有哪一个市场无论增长潜力还是市场规模都足以引起业界关注的话,那一定非汽车电子莫属。从汽车大规模商用化的第一天起,人们就希望它能更加安全、舒适且易于操控,然而只是在近年来电子技术发展的带动下,汽车各方面性能才得以迅速提升,电子系统在整车中的重要性也日益突出,产业呈现出蓬勃发展的局面。
这一市场机遇也使得汽车电子成为业界投资热点,市场竞争开始加剧。2007年,在中国汽车产业高速发展的直接推动下,中国汽车电子产品销售额达到 1215.7亿元,年同比增长超过40%,远远高于全球平均增长水平。对于中国本土汽车电子系统制造商而言,如何加强与产业链上下游环节之间的密切合作,针对汽车应用环境条件提高产品性能与可靠性,将是其取得成功的关键。
车载娱乐系统将是汽车电子增长主动力
未来几年,中国汽车电子市场在汽车产业发展及国产汽车产品升级的推动下保持快速发展态势,但由于汽车产量逐渐趋于稳定,汽车电子市场规模的基数不断增大,市场增长速度将逐渐放缓。市场调研机构赛迪顾问的一项调查显示,以产品结构划分,动力和底盘系统普及率已经很高,其市场发展主要靠汽车产量增加以及汽车产品升级,所以车身电子和车载电子产品的发展将会更快。在下一轮抢占整车市场的竞赛中,汽车舒适性和安全性是用户关心的重点,汽车装配电子装置的性能将成为厂商竞争的主要战场之一。随着主动安全系统、自巡航系统、车载信息系统技术等新技术的逐渐成熟、成本不断降低,这些技术将成为市场的热点,普及率逐渐增加。虽然难以出现井喷式增长,但多样化产品应用必将进一步刺激中国汽车电子市场的发展。
Tony Armstrong:LED车前灯应用将从2009年起呈现出很高的成长率,我们已在欧洲和美国新车型上发现了其身影。
“我们认为中国汽车市场成长速度最快的应用之一将是汽车娱乐系统,其复合年增长率(CAGR)为9%左右,”凌力尔特公司产品市场经理Tony Armstrong在接受本刊采访时表示。“具体来说还可以细分为5个子门类,即纯音频系统、前排座位信息娱乐、后排座位信息娱乐、嵌入式导航系统和应急汽车智能信息服务系统。虽然2006年中国在汽车娱乐系统占全球市场份额只有区区3%,但到2015年预计将略高于10%。”
自上个世纪80年代后期以来,凌力尔特公司一直为汽车制造商供应电源IC,产品广泛应用于诸多汽车电子系统,包括传动系统、车身及便利设施、安全、车内网络、信息娱乐系统、LED照明、引擎控制单元、防抱死刹车系统、废气消除系统和防撞雷达等。该公司与中国汽车电子系统厂商合作也有十多年,其用户包括比亚迪、奇瑞、一汽、东风等整车制造商。
“2007年我们看到乘客舒适系统和安全系统在汽车中的使用率均呈上升势头,而且其增长率有望在2008年持续攀升,”Armstrong继续说道。“不过我们尤其认为,LED车前灯应用将从2009年起呈现出非常高的成长率,我们已经在欧洲和美国汽车制造商的2008和2009年度车型上发现了它们的身影,相信中国的汽车制造商也将紧跟这一发展潮流。”
富士通微电子公司产品经理丁洁早认为,汽车电子未来的发展趋势还在于智能语音识别控制、车内影音下载以及智能交通系统。“2008年我们公司预计在汽车电子领域的收入将会有至少30%的增长,对中国汽车电子厂商而言,汽车空调、汽车娱乐和导航控制系统都将会有非常大的发展潜力。”
方案与供应商选择需更加谨慎
由于汽车应用环境的特殊性,汽车电子系统制造商在选择元器件时必须非常谨慎,同时还要考虑诸多周边影响因素。Armstrong指出,宽工作电压范围再加上大瞬态电压和宽广温度变化,导致电子系统面临着十分恶劣的工作条件,与此同时,随着元件数量的增加,可用空间日趋狭小,空间的限制和温度要求等因素作用下,效率的重要性日渐凸显。以稳压器为例,在低输出电压和中等电流水平(几百mA以上)条件下,仅仅采用一个线性稳压器来产生系统电压将不再是一种切实可行的方法,所以过去几年出于散热考虑,人们开始逐渐采用开关稳压器来取代线性稳压器。虽然开关电源会带来额外的复杂性和EMI方面的问题,但是相比之下,其优点(包括效率的提高和占板面积的缩小)显得更加重要。因此一个好的汽车开关稳压器其规格需要针对3V至60V的宽工作输入电压范围来拟订,60V额定值为14V系统(通常被箝位于36~40V的范围内)提供了一个适当的裕度。另外在大多数汽车系统中,于一个宽负载范围实现高效功率转换也是必不可少的。
尽管开关稳压器产生的噪声高于线性稳压器,但是其效率指标却比后者优越得多。在许多敏感应用中,只要开关电源的工作是可以预知的,就能够很容易地控制噪声和EMI水平,这一点已经得到了证实。在标准模式中,如果开关稳压器以一个恒定的频率进行开关操作,而且开关脉冲的边缘是干净和可预测的,则EMI将得到最大限度的抑制。小封装尺寸和高工作频率能够实现小巧而紧凑的电路板布局,从而最大限度减少了EMI辐射。另外,如果开关稳压器能够与低ESR陶瓷电容器一起使用,则还可以实现输入和输出电压纹波的最小化。
美国国家半导体公司亚太区电源管理产品市场营销经理吴志民表示,对于汽车电子系统制造商而言,他们理想的方案就是没有任何ppm故障,而且成本最好最低,汽车的节能系统尤其要能够在高温环境下工作。为了节省成本,许多汽车生产商都想尽量削减散热装置方面的开支,但电池组散发的热能会令四周的温度上升,而集成电路工作时也会散发热能,令芯片接面温度上升。因此在选择电管管理芯片合作商时必须要看其是否拥有先进的制程技术,对汽车市场是否有深湛的认识,对产品质量的控制体系是否完备。
“提高电源转换效率不但可以节省更多能源,而且由于只需加设小型散热器便能解决散热问题,令电源管理模块变得更为轻巧。PowerWise系列高效电源管理产品能通过备用模式将静态电流减至最少,换言之,汽车停泊不用时,电池不会有漏电情况出现,而且在极寒冷的天气下仍可正常启动,”吴志民举例道。“国家半导体多年来一直致力为汽车厂商提供各种集成电路,而且已建立一套完善的质量检查制度。以制程技术为例来说,我们的技术全部符合ISO及AEC的认证标准。”
通过多年的模拟IC开发,凌力尔特认识到最成功的产品更多是与制造商客户密切合作的结果。“我们最初向客户提出的问题并非‘你们想要什么类型的IC’或 ‘所需的规格是什么’,而是‘该项目的目标是什么?你们试图解决的问题是什么?’”Armstrong补充道,“因为IC设计师看待问题的角度与系统设计师有所不同,他们常常会提出一些制造商甚至不知道去要求的创新解决方案,如果在系统厂商与IC设计人员之间开展思路开放式的合作,那将能够造就出性能最佳、成本最低和可靠性最高解决方案。”
混合动力汽车需更多器件支持
随着能源紧缺以及环境的恶化,绿色环保的新能源车备受关注,而在新能源车中,市场发展最快的是混合动力汽车,消费者对节能和环保的需求使得混合动力汽车 (HEV)成为汽车工业未来的发展方向之一。丁洁早认为,混合动力汽车的产量在全球将会有快速增长,富士通微电子现正在开发适合于混合动力汽车的ECU。
虽然以百分比来看,油电混合动力车的数量尚不及全球汽车年度总产量的1%,但Armstrong坚信半导体元器件在这种车辆中的发展机会会更多一些。“这在很大程度上归因于大量的电池组被用作主要能源或辅助能源。由于此类系统需要面对高环境温度,因此所使用的IC额定工作温度高达150℃。”
“毫无疑问,混合动力汽车必须采用大量半导体元件,才可支持功率密度极高而又保证安全的电池系统,大幅缩短充电时间,提高动力传动系统的能源效率,这些重要功能以及其他更为复杂的功能都由模拟集成电路负责执行,”国家半导体的吴志民对Armstrong的观点表示赞同。“模拟电路必须能够在高电压及高功率密度的环境下操作,例如变速箱的温度会高达175℃,而控制电动马达的电子控制系统可能要在125℃的温度环境下操作。”
据吴志民介绍,混合动力汽车主要倚靠内燃机提供动力,同时采用全新的动力传动系统。一部分混合动力汽车会采用IGBT之类离散式组件,另一部分则采用高级的电池管理系统、效率极高的高精度电流感应系统及智能型控制系统。在混合动力汽车应用中,准确感测温度以及准确监控电流和电压等重要控制功能都由高精度运算放大器、AD/DA、温度传感器以及电源管理芯片等基本的模拟电路负责执行,例如采用NiMH电池的混合动力汽车能否顺利充电就取决于感测的温度是否准确。
不过他认为,从长远来说混合动力汽车可能只是一个短期方案。有人预测在2020年后,电动、燃料电池和氢燃料车辆商用进程或会超过混合动力车。对于汽车电子系统制造商来说,这些应用可能就是他们下一个应关注的领域。
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