广告

半导体技术使汽车设计发生大规模变革

2020-11-20 10:20:32 安森美半导体汽车战略及业务拓展副总裁Joseph Notaro 阅读:
半导体技术的飞速发展,包括高性能宽禁带(WBG)器件在商业上的可用性不断提高,以及EV动力总成的迅速发展,从一代车辆到下一代车辆的设计常常发生重大变化。半导体领域的持续创新使汽车厂商能够减少排放/增加电动汽车的行驶里程,提高自主性并减少关键电子系统的尺寸和重量,从而使最新一代的汽车对购车大众更具吸引力。

安森美半导体进入汽车半导体领域已有20多年的历史了——确切地说是半个多世纪!在这段时间里,汽车发生了不可估量的变化,而且,在大多数领域,变化的步伐正在加快,因此需要更多创新的技术方案以支持汽车行业的转型。d2wednc

如果回想20年前,购车大众的愿望和决策标准几乎与车辆本身一样发生了变化。在千禧之交,消费者主要对汽车的性能、发动机尺寸以及汽车的品牌感兴趣。如今,这些特性,尤其是信息娱乐和“联接”特性、排放水平、安全性和质量已成为决策标准的重中之重。d2wednc

安全性一直是购买汽车的消费者的考虑因素,但人们的期望已经改变。二十年前,安全特性主要是被动的,例如安全气囊和压溃区,而现在,安全性更主动,通过采用技术以主动预防事故。d2wednc

现代汽车配备传感器来监视车辆运行的几乎每个方面,其内部和外部环境,驾驶员以及所有乘客,驾驶员和乘客监视是相对较新的进展。20年前的主要传感器仅监视车轮的旋转,从而允许引入早期系统来控制制动和牵引力。如今,即使在入门级车型上,车辆也包含多达一百多个传感器。d2wednc

据IHS Markit,今天的车辆具有更长的预期寿命,这在很大程度上要归功于现代车辆所采用的技术和控制系统。这些系统不仅可以提供更平稳的换档,更低的排放以及更好的能效和安全性,而且还可以防止导致车辆过早磨损的过度驾驶。因此,车辆的平均预期寿命从千禧之交的9.6年增加到现在的12年左右。此外,现代先进驾驶辅助系统(ADAS)防止四分之一以上的碰撞(根据Boston Consulting Group的研究),从而进一步延长了车辆的使用寿命。d2wednc

汽车行业的快速变化步伐

汽车领域的变革步伐从未如此之快。虽然可以购买新的内燃机(ICE)车辆的日子已经指日可数了,但这些车辆的创新仍在继续,以提高安全性、能效并消除其产生的污染。汽车的未来显然是在电力领域,轻度混合动力汽车(MHEV)、插电式/混合动力汽车(PHEV/HEV)和电池电动汽车(BEV)的销量正在增长,尽管许多人希望这一增长比目前更快。d2wednc

车辆的几乎每个方面都在发生变化–汽油动力传动系统正在变成电动的,这本身就推动了整个车辆结构的进一步变化,要求电动机在电动助力转向(EPS)以及冷却风扇等领域取代机械驱动的泵。实际上,许多机械、机电和液压系统已被完整的电气/电子系统所取代。由于这些新方案通常比以前的方案更小、更轻、更高效,更可靠,因此它们也用于ICE车辆,以减少化石燃料车辆的排放。d2wednc

除了提高能效外,汽车厂商还坚定地关注其车辆的安全性。研究表明,所有事故中超过90%可归因于驾驶员,因此汽车厂商的安全工作集中在协助驾驶员并最终接管驾驶的系统上,这在一段时间内是一种功能,直到车辆完全实现自动驾驶。d2wednc

半导体在车辆中的重要性

车辆中的创新有五分之四与电子相关,因此依赖某种形式的半导体器件。因此,根据McKinsey and Company的一份报告,汽车厂商每年在半导体器件上的支出约为240亿美元。尽管汽车领域每年以约8%的速度增长,但某些领域的增长速度更快,特别是ADAS和自动驾驶(18%)、LED照明(24%)和电动汽车(42%)。d2wednc

d2wednc

图1:半导体是现代汽车电子系统的基础d2wednc

车辆包含的电子含量比以往任何时候都多,美国汽车工程学会(SAE)二级EV约有580美元主要用在图像传感器、雷达传感器、分立开关器件、电源模块和照明。然而,随着LiDAR以及传感器融合、宽禁带(WBG)器件和激光照明技术的加入,预计这在4级EV中将增加两倍至1,760美元。d2wednc

在普通车辆中,三分之二的半导体成分来自模拟器件、功率器件和传感器。上述每个产品领域由越来越多推出的ADAS系统、进一步的汽车功能电子化和精密的照明系统推动着增长。d2wednc

d2wednc

图2:每辆车的半导体含量,按汽车类型【来源:iSuppli】d2wednc

半导体技术的飞速发展,包括高性能宽禁带(WBG)器件在商业上的可用性不断提高,以及EV动力总成的迅速发展,从一代车辆到下一代车辆的设计常常发生重大变化。半导体领域的持续创新使汽车厂商能够减少排放/增加电动汽车的行驶里程,提高自主性并减少关键电子系统的尺寸和重量,从而使最新一代的汽车对购车大众更具吸引力。d2wednc

汽车半导体技术进入未来

就全自动驾驶而言,视觉和雷达传感器是同样重要的感知技术,因为许多系统——防撞、盲点检测、车道保持、标志识别、自动紧急制动(AEB)等——都依赖于车辆检测并识别周围环境的能力。车舱中越来越多地使用视觉传感器来监视驾驶员和乘员,从而进一步提高了舒适性和安全性。实际上,自动驾驶汽车可含多达40个这样的传感器。d2wednc

d2wednc

图3:未来的车辆将包含几十个基于视觉的传感器d2wednc

未来,更多的车辆将拥有包含图像传感器、超声波传感器、雷达和激光雷达(LiDAR)的系统,通过传感器融合提高有效性、冗余性和鲁棒性,而互补技术将协同工作以确保在所有环境条件下都能完美运行。d2wednc

在动力总成系统中,在恶劣环境下的能效和可靠性将仍是主要重点。消费者单次充电的成本和续驶里程与电动汽车的成功紧密相关,碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)将在提供前所未有的能效水平方面发挥重要作用,尤其是在动力总成和车载充电系统中。尽管分立方案是众所周知的,但将电源开关IGBT和MOSFET及其相关的栅极驱动器以及温度和电流检测集成在一起的模块方案——如功率集成模块(PIM)或智能功率模块(IPM)——将显著地优化系统。d2wednc

照明将得益于越来越强大的智能,基于LED的系统将继续提供更高能效的工作以及更大的功能。自适应大灯将智能地为驾驶员照亮前方的道路,同时确保迎面而来的驾驶员不会眼花。重点将转移到尾灯上,先进的基于LED的灯将变成动画,提供更清晰的方向指示,并且刹车灯将调节其强度以反映制动力,从而提高道路安全性。将来,全自动驾驶汽车不仅将使用车灯去“看”,而且还将作为与外界交流的一种方式。d2wednc

车辆中最重的物品之一是将所有单独的模块化子系统连接在一起的布线。随着越来越多的电子系统被添加,并且由于数据内容呈指数增长,数据速率和数据量激增,这些过时的线束变得更重、更昂贵并且完全不足。车载网络(IVN)将提供传输数据所需的带宽,同时又足够精密,以确保所有与安全相关的消息都以高优先级且无延迟地传输。d2wednc

车辆复杂性不断提高,与其他车辆和周围基础设施(如智能城市)的通信变得普遍,车辆架构将发生变化。以太网很可能会成为主导的IVN技术,从而促进从基于信号的通信向面向服务的体系结构的过渡。d2wednc

总结

汽车和汽车行业正在发生不可估量的变化。许多机械和液压系统将被提高能效、安全性和舒适性的电子等效物所取代。半导体将是这些进步的关键,并且随着电动汽车的兴起,半导体将成为所有汽车中最重要的器件。安森美半导体将继续在这更安全、更绿色的未来发挥重要和有价值的作用,安森美半导体的图像传感器已经每小时挽救9条生命,或每年挽救81,000条生命!d2wednc

  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
  • 汽车EMC电磁兼容试验中的问题如何解决? 在巨大算力的支持下,不仅提升了整车操控的流畅性,还使得车辆具备全生命周期的硬件升级进化能力。由于数据量的提升,高速数据连接成了智能汽车里面的必要的选择。汽车和整个社会的电气化时代已然来临,现代汽车环境内外均出现了各种EMI相关的问题。
  • 利用CMOS触发器“标签外”用法实现精密电容传感器 当涉及到药品时,“标签外”一词表明了某种药物(经常被发现)的不同于最初开发的实际而有益的用途。电子元器件也会出现这种情况,例如古老的CD4013B双D CMOS触发器。尽管将4013标记为传统的双稳态逻辑元件,但它却能用作模拟器件而具有极好的标签外潜力。
  • Melexis发布先进的磁性位置传感器芯片 Melexis今日宣布,推出全新的绝对磁性位置传感器芯片MLX90376,具备强大的杂散场抗干扰能力(SFI),适用于360°旋转汽车应用。
  • 如何有效抑制电源设备的输入冲击电流 电源在汽车领域应用广泛,为保证电源设备稳定工作需要在输入端并联电容。输入电容会使电源设备在启动过程中产生较大的输入冲击电流,可能使保险丝熔断。本文将介绍如何进行抑制电源设备输入冲击电流的设计与应用。
  • SCT2450Q高功率密度全集成同步降压DCDC转换器 SCT2450Q输出电流高达5A,输入电压范围为3.8V到36V。采用峰值电流控制模式,支持具有典型25uA低静态电流的脉冲跳过调制(PSM),在轻载或待机条件下实现高效率。同时支持输入输出低压差LDO工作模式。SCT2450Q具有频率扩频FSS,以减少传导EMI。提供逐周期限流保护和过流打嗝(hiccup)保护,为实际应用的安全性提供了多重保障。
  • 芯海科技车规精品聚力“2022张江汽车半导体生态峰会” 芯海科技基于自身近20年的模拟信号链技术创新和积累,切入汽车电子MCU垂直细分领域,逐步构建可持续发展的系列化、平台化的汽车电子产品生态。
  • 芯海科技与TÜV莱茵开展战略合作,信号链MCU赋能汽车产 芯海科技拥有优秀的研发设计水平和专业技术团队,凭借在功能安全领域的技术优势和丰富经验,TÜV将与芯海科技紧密合作,帮助其确保芯片产品的安全性和可靠性,提升在汽车市场上的综合竞争力。
  • 意法半导体发布车规音频功放芯片,为紧急救援、远程信 FDA803S和FDA903S是意法半导体FDA(纯数字放大器)系列中最新的单通道全差分10W D类音频功率放大器。目标应用包括紧急道路救援、远程信息处理等需要音频通道产生最高10W标准输出功率的语音、音乐或提示消息的任何汽车系统。
  • 安霸领先业界发布用于自动驾驶的集中式4D成像毫米波雷 安霸傲酷自适应AI毫米波雷达软件和高能效的5纳米制程的CV3 AI域控制器主芯片首次实现4D成像毫米波雷达原始数据的集中式处理和前融合。
  • 两轮车搭载车载信息娱乐系统 我们都很熟悉智能手机、手持视频游戏、PC显示器和汽车信息娱乐系统上的TFT显示器。两轮车的最新TFT显示器整合并展示一系列重要的驾驶信息(路速、发动机转速、燃油水平和能效、发动机和环境温度、变速指示器、胎压、牵引力控制和导航),让您一目了然。
  • 面向3D物体检测和碰撞预测的自动驾驶汽车仿真测试 汽车OEM及其关键技术合作伙伴已经在开发和测试真正的自动驾驶汽车——5级自动驾驶汽车——这种汽车可以在没有人类驾驶员的情况下沿着开阔的道路行驶。这在一定程度上是通过由机器学习算法驱动的传感器融合技术实现的。
  • Melexis推出多功能双锁存器和开关芯片 Melexis今日宣布发布一款适用于相对位置和速度传感应用的通用型可编程3轴锁存器和开关芯片MLX92352。该器件采用灵活的磁性设计,支持双路输出,且不受间距影响,输出可设置为速度、脉冲或方向。凭借其卓越的EMC和ESD性能,这款无PCB器件为汽车和工业应用节省了空间和总模块成本。
广告
热门推荐
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了