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英飞凌:从产品本位到理解整个系统的思维方式转变

发布时间:20-02-14

 

图为本文作者:英飞凌汽车电子事业部总裁Jochen Hanebeck

全球汽车电子市场在未来仍将保持持续增长地势态。 2013年全球生产了约8 】400万辆汽车,在未来5年内,全球汽车产量将有望突破一亿辆。

在当代的汽车技术创新中, 80%左右的创新离不开半导体,因此,汽车工业的发展与半导体技术进步息息相关。在二氧化碳减排法规日益严格的背景下,半导体元器件——如英飞凌公司的产品——将为汽车电子行业在今后数年内的汽车产业的两大基本发展趋势注入澎湃动力:

1. 通过提升常规传动效率、动力系统部件电气化、混和动力及纯电驱动的市场普及率的提高来减少排放。

2. 汽车数据的安全和安保变得日益重要,推动了汽▕车安全和安保的融合。

数十年来,英飞凌在基于硬件安保解决方案领域积累了深厚的技术专长。现在,英飞凌正在运用这些技术专长,确保联网汽车的数据通信尽可能的▓安全和安保,为有朝一日实现无人自动驾驶奠定基础。从目前联网型半自动化驾驶汽车技术入手,英飞凌将从汽车电子的系统架构来做更进一步深入的探◘讨,这意味着什么呢?

英飞凌致力于提高汽车的能效、安全性和智能性。从智能传感器到单片机再到功率芯片以至于功率模块,我们已经开发了门类齐的、高质量的半导体元器件系列产品以及相应的半导体制造技术。凭借我们对汽车电子系统应用的深刻理解,我们完全有能力与客户一起来共同探讨可能的、系统级应用的细分方案。这样一来,通过与客户合作,我们可以共同开发出能满足汽车系统供应商(一级供应商)或汽车制造商(原始设备制造商)的所有要求的解决方案,让我们的客户有机会在市场上实现差异化竞争。我们提供了众多解决方案,从面向客户的产品设计支持,一直到开发有助于客户降低其未来系▂▃▅▆█统的成本并提高性能的创新解决方案,不一而足。

减排

半导▎▏体技术为△降低汽车的二氧化碳减排做出了巨大贡献。特别是,︱︳英飞凌能帮助客户提升动力总成系统的效率和用电装置的能效,我们产品贯穿于从起停功能直到纯电驱动动力系统的技术解决方案中。在这方面,汽车制造商与半导体元器件制造商之间的密切合作对未来技术发展至关重要。我们正在看到了一种新的模式:在电驱动┑过程中,电能必须从电池通过功率半导体、来驱控执行器以推动车轮运转。作为全球功率半导体市场领袖,英飞凌旨在通过为客户提供创新解决方案,继续来引领这一潮流。

在降低常规传动汽车的污染物排放上有许多种不同技术。其中包括直接燃油喷∞射、车体减重、起停功能、7/8/9多速传动、能量和热管理以及减轻风阻力和摩擦等。基于半导体技术创新,单单使用先进的EPS(电动助力转向)系统、自动起/停功能和胎http://www.bcbj8.com 压监测系统等,便可将每公里二氧化碳排放量减少10克以上。此外,泵、风扇和压缩机等均有节能潜力可挖。如今,平均来讲,一部汽车里,有五分之二的此类发动机辅助装置仍由发动机皮带带动,因而在发动机运转时这些装置始终都处于运转状态。这些辅助装置的电气化可实现它们仅在有需要时被开启。此外,这些电机的控制还可以作进一步优化。现阶段,平均每部车里有大约二十八个电机,其中至少还有七个电机是由继电器开关控制的。为这些电机加装智能电子装置就可以使电机根据需要调节输出功率,从而提高系统能效。采用英飞凌现有的产品组,如单片机、传感器、桥式驱动器、MOSFETS、稳压器和收发器等,都可以很容易地开发出这样的智能电子装置。

在减排目标实现过程中、最主要的技术挑战将是要让电驱动汽车在技术上稳健和在经济上划算。到目前为止,尽管全球电动汽车生产的数量还相对较少, 但这些电动汽车的驱动方式却⊙千差万别,反映在从110V到700V(工作电压)的不同电压等级,以及不同的逆变器拓扑结构或集成方案等。通过‖|与汽车厂家和汽车系统供应商密切合作,英飞凌致力于打造极其经济划算又极其高效的电驱动技术的半导体解决方案。

到2012年,欧洲地区的二氧化碳排放量预计从今天的120克/公里将降至95克/公里。

未来将是零排放的纯电动汽车的天下,在这个领域,英飞凌与汽车厂家及其系统供应商合作Ⅻ伙伴展开了积极合作,在支持现有各种减排技术的基础上,我们也正在研究和开发更加高效的半导体技术,如碳化硅(SiC)半导体和氮化镓(GaN)半导体产品。

如今,归功于当今先进的半导体技术,宝马i3电动汽车性能卓绝,宝马i3配备了基于英飞凌IGBT功率模块HybridPACK™ 2以及采⊕用ↆ了英飞凌32位TriCore™架构的AURIX单片机的控制系统,使整车可实现高达125千瓦功率输出。此外,宝马i3借助英飞凌的其他半导体元器件进一步提高了汽车的舒适性↘和安全性,如安全气囊控制模块和LED照明模块,这些器件能确保汽车电子的系统电能消耗最低,从而将电能用到一项主要功能上:行驶。

安全又安保

2011年颁布的ISO26262标准将汽车安全重新定义为功能安全。ASIL D是最高功能安全等级,新的标准对汽车系统开发人№员提出了艰巨的挑战。ASIL(汽车安全完整性等级)体系涉及到若干汽车功能☎系统,这些ㄨ功能系统都必须满足新标准的要求,其中比如制动系统、安全气囊、转向系统、变速箱、电机和电池管理以及驾驶辅助系统等。像未来的驾驶辅助系统将有助于实现预见性驾驶,但随之而来是$与日俱增的海量数据处理,数据首先必须安全可靠地在⊿汽车内部传输,这些数据还将可能在车与车之间传输。

我们认为,安全和安保是一个清晰的市场发展趋势。随着通信系统带宽不断提高,对半导体元器件的需求亦日益增长。特别是在联网汽车日渐盛行的情况下,像英飞凌这样的半导体制造商必须提供帮助,以确保有关汽车安全的关键应用运行的绝对完好而且不受任何干扰;必须对联网汽车增加安保功能,防御黑客云豹系统 攻击。因此,汽车产业将需要保护通信通道的解决方案。英飞凌Aurix家族32位微处理器,除可以满足于未来动力总成系统的要求之外,也为应对未来安全安保应用开发了专门的功能。AURIX架构包含了最多三颗独立的32位TriCoreTM处理内核和一颗加密处理器内核。这样采用AURIX处理器,就可以很容易地满足汽车应用的最高安全标准。与此同时,AURIX所实现的处理能力比当今市场上性能最强大的微处理器高出一倍多。基于安全和安保架构设计、集成了TriCoreTM的性能和杰出的实时处理能力,AURIX家族微处理器是诸多的汽车电子应用中最理想的平台,包括电机控制器、动力总成控制系统、电动汽车和混合动力汽车控制系统,以及车身系统、制动系统、电动助力转向系统、安全气囊和驾驶辅助系统┘等。

具备优秀的实时处理能力和众多安全又安心的特性,AURIX家族满足了动力总成系统以及功能安全应用的高要求。较之于经典的锁步架构,其架构将ASIL-D安全系统的开发工作量减少了30%。

从产品到系统

透过我们对汽车系统应用的理解,结合我们半导体技术专长,英飞凌正在开发的产品将能更精准地满足特定应用要求,具有为客户提供各种可选方╥案和多功能选项的优势。我们希望在这一过程中为客户创造℡清晰的增加值。微信赛车群 谨在此举两个例子,以说明我们称之为“从产品到系统&rdqu┕o;的理念。亦即从产品本ぷ位到透视整个系统的理念变革:里程表控制和基于雷达的自动测距系统。

就车速检测而言,其中一个比较有趣的方案就是充分利用已经安装在其他汽车控制和检测系统上的电子元器件。在很大程度上,这为汽车厂家节省了附加功能#软件所需的额外费用。

具有保护机制的单片机中必须包括“安全硬件扩展(SHE)”和其下一代的“硬件安全模块(HSM)”基本单元。 英飞凌的TriCoreTM微处理器家族均已集成了SHE或HSM单元。 许多汽车厂家已经或将要求把SHE(如在AUDO MAX中)或HSM(如在AURIX中)运用到诸如汽车防盗系统、发动机控制组件以及知识产权保护等应用中去。由于这些模块在英飞凌微处理器中属于“标准”配置,因此采用英飞凌微处理器的系统无需额外的硬件单元来实施。

AURIX硬件安全模块(HSM)是该单片机内的一颗可信单片机,可用作面向安全应用、密钥和数据等的平台。譬如,未来,将能以加密▉形式保存从而保护里程数据。

随着集成有SHE或HSM功能的单片机不断面市,以及☆应对汽车内部通信对安全的诉求,未来诸如“安全”里程显示等应用将成∪为可能。在这样╣的环境中,功能安全与数据安全之间的联系也更密切,从而为未来汽车实现更多安全功能奠定基础。

我们认为,到本世纪20年代末,所有新生产的汽车都将能够实现信息安全。在信息娱乐系统、紧急呼叫系统ↂ和车车互联通信等领域中,除了用于车内电子控制装置的单片机之外,还需要独立的单片机来负责确保汽车与外部世界之间的通信安全。英飞凌已经推出了一款可支持SIM功能的安全单片机,该产品业已获得AEC-Q100汽车质量标准认证。

对于测距应用,英飞凌提供了77-GH∫z雷达信号发送/接收ミ元器件。这些产品采用硅锗工艺生产,使用外形小巧且能够支持高频技术的eWLB(嵌入式晶圆级球栅阵列)封装,降低了系统成本。从AURIX 32位多核单片机家族衍生出的支持ADAS应用的微处理器产品具备了和雷达应用接口的特殊功能。在大多数的应用中,相对于用附加的DSP芯片、外接SRAM和ADC组成的方案〢,我们的近距离雷达系统方案实施起来更加经济。

系统框图所示为中长距离雷达系统:77-GHz雷达信号发送/接收元器件(基于硅锗工艺、采用外形小巧且支持高频技术的封装)和来自A▒URIX家族的 ADAS型号产品(具备适用于雷达应用的特殊功能)降低了系统成本;不再需要实现附加DS..✿。✿P-IC、外接SRAM和ADC-IC。

((结语))

通过对汽车应用系统理解和对客户产品及市场的了解有助于创造增加值。

通过对汽车应用系统的深刻理解和对客户产品及市场的透彻了解,英飞凌作为™合作伙伴可以保证为其客户创造增加值。我们立足于汽车应用系统的思维和我们基于汽车应用系统专长的半导体产品,将助力于客户在未来及更长远的时期内赢得市场竞争优势。

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