半导体使汽车设计大规模变革
2020-12-29 13:41
 安森美半导体进入轿车半导体范畴已有20多年的前史了——切当地说是半个多世纪!在这段时间里,轿车产生了不可估量的改动,而且,在大多数范畴,改动的脚步正在加速,因而需求更多立异的技能计划以支撑轿车行业的转型。

  假如回想20年前,购车群众的期望和决议计划规范简直与车辆自身相同产生了改动。在千禧之交,顾客首要对轿车的功用、发动机尺度以及轿车的品牌感兴趣。现在,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议计划规范的重中之重。

  安全性一直是购买轿车的顾客的考虑要素,但人们的期望现已改动。二十年前,安全特性首要是被迫的,例如安全气囊和压溃区,而现在,安全性更主动,经过选用技能以主动防备事端。

  现代轿车装备传感器来监督车辆运转的简直每个方面,其内部和外部环境,驾驭员以及一切乘客,驾驭员和乘客监督是相对较新的发展。20年前的首要传感器仅监督车轮的旋转,然后答应引进前期体系来操控制动和牵引力。现在,即便在入门级车型上,车辆也包括多达一百多个传感器。

  据IHS Markit,今日的车辆具有更长的预期寿数,这在很大程度上要归功于现代车辆所选用的技能和操控体系。这些体系不只可以供给更平稳的换档,更低的排放以及更好的能效和安全性,而且还可以避免导致车辆过早磨损的过度驾驭。因而,车辆的平均预期寿数从千禧之交的9.6年增加到现在的12年左右。此外,现代先进驾驭辅佐体系(ADAS)避免四分之一以上的磕碰(依据Boston Consulting Group的研讨),然后进一步延长了车辆的运用寿数。

  轿车行业的快速改动脚步

  轿车范畴的革新脚步从未如此之快。虽然可以购买新的内燃机(ICE)车辆的日子现已指日可数了,但这些车辆的立异仍在持续,以前进安全性、能效并消除其产生的污染。轿车的未来显然是在电力范畴,轻度混合动力轿车(MHEV)、插电式/混合动力轿车(PHEV/HEV)和电池电动轿车(BEV)的销量正在增加,虽然许多人期望这一增加比现在更快。

  车辆的简直每个方面都在产生改动–汽油动力传动体系正在变成电动的,这自身就推进了整个车辆结构的进一步改动,要求电动机在电动助力转向(EPS)以及冷却电扇等范畴替代机械驱动的泵。实际上,许多机械、机电和液压体系已被完好的电气/电子体系所替代。因为这些新计划一般比曾经的计划更小、更轻、更高效,更牢靠,因而它们也用于ICE车辆,以削减化石燃料车辆的排放。

  除了前进能效外,轿车厂商还坚定地重视其车辆的安全性。研讨标明,一切事端中超越90%可归因于驾驭员,因而轿车厂商的安全作业会集在帮忙驾驭员并终究接收驾驭的体系上,这在一段时间内是一种功用,直到车辆彻底完成主动驾驭。

  半导体在车辆中的重要性

  车辆中的立异有五分之四与电子相关,因而依靠某种方法的半导体器材。因而,依据McKinsey and Company的一份陈述,轿车厂商每年在半导体器材上的开销约为240亿美元。虽然轿车范畴每年以约8%的速度增加,但某些范畴的增加速度更快,特别是ADAS和主动驾驭(18%)、LED照明(24%)和电动轿车(42%)。

 

安森美半导体,轿车半导体

图1:半导体是现代轿车电子体系的根底
  车辆包括的电子含量比以往任何时候都多,美国轿车工程学会(SAE)二级EV约有580美元首要用在图画传感器、雷达传感器、分立开关器材、电源模块和照明。但是,跟着LiDAR以及传感器交融、宽禁带(WBG)器材和激光照明技能的参加,估计这在4级EV中将增加两倍至1,760美元。

  在一般车辆中,三分之二的半导体成分来自模仿器材、功率器材和传感器。上述每个产品范畴由越来越多推出的ADAS体系、进一步的轿车功用电子化和精细的照明体系推进着增加。

 

安森美半导体,轿车半导体

图2:每辆车的半导体含量,按轿车类型【来历:iSuppli】     半导体技能的飞速发展,包括高功用宽禁带(WBG)器材在商业上的可用性不断前进,以及EV动力总成的迅速发展,从一代车辆到下一代车辆的规划常常产生严重改动。半导体范畴的持续立异使轿车厂商可以削减排放/增加电动轿车的行进路程,前进自主性并削减要害电子体系的尺度和分量,然后使最新一代的轿车对购车群众更具吸引力。

  轿车半导体技能进入未来

  就全主动驾驭而言,视觉和雷达传感器是相同重要的感知技能,因为许多体系(防撞、盲点检测、车道坚持、标志辨认、主动紧急制动(AEB)等)都依靠于车辆检测并辨认周围环境的才能。车舱中越来越多地运用视觉传感器来监督驾驭员和乘员,然后进一步前进了舒适性和安全性。实际上,主动驾驭轿车可含多达40个这样的传感器。
安森美半导体,轿车半导体 图3:未来的车辆将包括几十个根据视觉的传感器
  未来,更多的车辆将具有包括图画传感器、超声波传感器、雷达和激光雷达(LiDAR)的体系,经过传感器交融前进有效性、冗余性和鲁棒性,而互补技能将协同作业以保证在一切环境条件下都能完美运转。

  在动力总成体系中,在恶劣环境下的能效和牢靠性将仍是首要要点。顾客单次充电的本钱和续驶路程与电动轿车的成功严密相关,碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)将在供给史无前例的能效水平方面发挥重要效果,尤其是在动力总成和车载充电体系中。虽然分立计划是众所周知的,但将电源开关IGBT和MOSFET及其相关的门极驱动器以及温度和电流检测集成在一起的模块计划(如功率集成模块(PIM)或智能功率模块(IPM))将显著地优化体系。

  照明将得益于越来越强壮的智能,根据LED的体系将持续供给更高能效的作业以及更大的功用。自适应大灯将智能地为驾驭员照亮前方的路途,一起保证迎面而来的驾驭员不会目炫。要点将转移到尾灯上,先进的根据LED的灯将变成动画,供给更明晰的方向指示,而且刹车灯将调理其强度以反映制动力,然后前进路途安全性。将来,全主动驾驭轿车不只将运用车灯去“看”,而且还将作为与外界沟通的一种方法。

  车辆中最重的物品之一是将一切独自的模块化子体系衔接在一起的布线。跟着越来越多的电子体系被增加,而且因为数据内容呈指数增加,数据速率和数据量激增,这些过期的线束变得更重、更贵重而且彻底缺乏。车载网络(IVN)将供给传输数据所需的带宽,一起又满足精细,以保证一切与安全相关的音讯都以高优先级且无推迟地传输。

  车辆复杂性不断前进,与其他车辆和周围根底设施(如智能城市)的通讯变得遍及,车辆架构将产生改动。以太网很可能会成为主导的IVN技能,然后促进从根据信号的通讯向面向服务的体系结构的过渡。

 总结

  轿车和轿车行业正在产生不可估量的改动。许多机械和液压体系将被前进能效、安全性和舒适性的电子等效物所替代。半导体将是这些前进的要害,而且跟着电动轿车的鼓起,半导体将成为一切轿车中最重要的器材。安森美半导体将持续在这更安全、更绿色的未来发挥重要和有价值的效果,安森美半导体的图画传感器现已每小时抢救9条生命,或每年抢救81,000条生命!
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