电子系统集成：汽车技术创新的驱动力

电子系统集成 汽车技术创新的驱动力电子系统集成 汽车技术创新的驱动力 日期 日期 2010 10 31 来源 东方汽车网来源 东方汽车网 已阅读 已阅读 859 次次 返回返回 关闭关闭 打印打印 汽车电子市场概览汽车电子市场概览 据业内资深专家预测 未来近据业内资深专家预测 未来近 90 的汽车创新将来自于电子技术 这的汽车创新将来自于电子技术 这 其中的其中的 80 将通过软件技术的升级实现 电子理论和应用的快速发展 使将通过软件技术的升级实现 电子理论和应用的快速发展 使 得很多技术创新成为可能 摩尔定律指出 电子处理能力和内存容量每得很多技术创新成为可能 摩尔定律指出 电子处理能力和内存容量每 18 个月将增长一番 对于电子供应商 这意味着 个月将增长一番 对于电子供应商 这意味着 研发和更新速度高于比其他产业研发和更新速度高于比其他产业 例如 每三年推出一款新的微型电例如 每三年推出一款新的微型电 脑脑 人们期望电子系统在尺寸缩小成本降低的同时 功能不受影响 人们期望电子系统在尺寸缩小成本降低的同时 功能不受影响 系统设计面临着挑战 即如何对日益复杂的功能进行可靠的处理 系统设计面临着挑战 即如何对日益复杂的功能进行可靠的处理 根据李德电子研究根据李德电子研究 ReedElectronicsResearch 公司的预测 公司的预测 2007 年年 全球除信息娱乐系统之外的汽车电子市场规模为全球除信息娱乐系统之外的汽车电子市场规模为 354 亿美元 在汽车行业 亿美元 在汽车行业 电子技术的增长最快 到电子技术的增长最快 到 2015 年将几乎占据一辆车总价值的三分之一年将几乎占据一辆车总价值的三分之一 见见 图图 1 电子技术扮演着系统集成者的角色 为智能化安全系统 或者说认知电子技术扮演着系统集成者的角色 为智能化安全系统 或者说认知 型安全系统的发展铺平了道路 车辆上各系统间的智能网络型安全系统的发展铺平了道路 车辆上各系统间的智能网络 通过通过 CAN FlexRay 或者其他总线通信或者其他总线通信 提高了系统性能 并促使新系统的诞生 提高了系统性能 并促使新系统的诞生 ESC 就是一例 它曾被部分专家誉为自安全带以来最重要的汽车安全技术 就是一例 它曾被部分专家誉为自安全带以来最重要的汽车安全技术 如今 诸如雷达和摄像头之类的环境传感器可以与车辆上的其他系统如今 诸如雷达和摄像头之类的环境传感器可以与车辆上的其他系统 分享传感数据 从而增强安全功能 并带来先进的驾驶辅助系统分享传感数据 从而增强安全功能 并带来先进的驾驶辅助系统 见图见图 2 软件技术的不断升级是电子技术发展的驱动力 到软件技术的不断升级是电子技术发展的驱动力 到 2005 年 每辆汽年 每辆汽 车的软件千字节呈平稳上升趋势车的软件千字节呈平稳上升趋势 见图见图 3 在可预见的未来 电子技术在底 在可预见的未来 电子技术在底 盘和驾驶辅助系统上的应用将持续增长 那些提供高质量电子部件和系统 盘和驾驶辅助系统上的应用将持续增长 那些提供高质量电子部件和系统 并在性能和成本上能够通过集成来增加产品价值的供应商 将是整车制造并在性能和成本上能够通过集成来增加产品价值的供应商 将是整车制造 商们的首选 商们的首选 系统集成的进程系统集成的进程 系统集成是一个不小的挑战 为运行诸多车载系统 汽车上往往装备系统集成是一个不小的挑战 为运行诸多车载系统 汽车上往往装备 了超过了超过 80 个独立的电子控制单元个独立的电子控制单元 ECU 减少 减少 ECU 的数目对制造商来说的数目对制造商来说 意味着系统降低复杂性 减少部件 简化线束 减轻重量 以及降低成本 意味着系统降低复杂性 减少部件 简化线束 减轻重量 以及降低成本 在这个领域 丰田汽车的举动受到密切关注 因为该公司提出 在在这个领域 丰田汽车的举动受到密切关注 因为该公司提出 在 2020 年年 之前 通过对车辆进行重新设计 将使之前 通过对车辆进行重新设计 将使 ECU 的数量从的数量从 80 多个减少至多个减少至 4 个 个 这四个超级这四个超级 ECU 将操控动力传动系统 安全将操控动力传动系统 安全 底盘系统 车身底盘系统 车身 舒适系统和舒适系统和 仪表仪表 信息娱乐系统信息娱乐系统 见图见图 4 要实现四个超级要实现四个超级 ECU 需要一系列步骤来实现系统集成 需要一系列步骤来实现系统集成 步骤步骤 1 通过 通过 CAN 或或 FlexRay 网络来连接网络来连接 ECU 步骤步骤 2 把所有 把所有 ECU 安装到一个盒子中 例如 把陀螺仪传感器安装到一个盒子中 例如 把陀螺仪传感器 偏偏 航率传感器航率传感器 集成到集成到 ABS 防抱制动系统防抱制动系统 控制器中 控制器中 步骤步骤 3 集成硅 集成硅 即集成电路或即集成电路或 IC 图图 6 是是 TRW 通过各步骤实现从多控制单元到通过各步骤实现从多控制单元到 4 个主个主 ECU 的全面计划 的全面计划 这个例子的重点是主动和被动安全系统的整合 由多传感器提供支持 通这个例子的重点是主动和被动安全系统的整合 由多传感器提供支持 通 过协同工作 主动安全系统帮助驾驶者和车辆避免碰撞的发生 而被动安过协同工作 主动安全系统帮助驾驶者和车辆避免碰撞的发生 而被动安 全系统则在发生碰撞时为驾乘人员提供保护 预计在全系统则在发生碰撞时为驾乘人员提供保护 预计在 2020 年推出单个安全年推出单个安全 域域 SafetyDomain ECU 目前的争论主要集中在软件的集成上 图目前的争论主要集中在软件的集成上 图 6 中提到的许多技术也展示中提到的许多技术也展示 了硬件 如传感器是如何被集成到多传感器组中 或者包含到了硬件 如传感器是如何被集成到多传感器组中 或者包含到 ECU 包中 包中 实例之一 即实例之一 即 TRW 的的 ESC 偏航率传感器已经被集成到偏航率传感器已经被集成到 TRW 安全气囊控安全气囊控 制单元中 该集成产品已得到市场应用 制单元中 该集成产品已得到市场应用 角色转换 角色转换 从单纯供应商到智能合作伙伴从单纯供应商到智能合作伙伴 为了能完全实现安全电子的系统集成 开发商和供应商必须在以下三为了能完全实现安全电子的系统集成 开发商和供应商必须在以下三 个主要领域有所作为 传感 控制 执行 个主要领域有所作为 传感 控制 执行 传感传感 传感技术的进步 为汽车安全的发展开辟了一个新天地 许多里程碑传感技术的进步 为汽车安全的发展开辟了一个新天地 许多里程碑 式的安全系统 如式的安全系统 如 ESC 通过偏航率和转向角等惯量传感技术的使用 极 通过偏航率和转向角等惯量传感技术的使用 极 大地加强了对车辆的控制 如今 惯量传感已经在现有的数据输入中增加大地加强了对车辆的控制 如今 惯量传感已经在现有的数据输入中增加 了其他维数 例如 轮速数据通过车辆上的了其他维数 例如 轮速数据通过车辆上的 ABS 和牵引力控制系统传感器和牵引力控制系统传感器 获得 获得 通过增加由雷达和视觉系统所收集的数据 环境传感技术形成一个有通过增加由雷达和视觉系统所收集的数据 环境传感技术形成一个有 关车辆周围状况关车辆周围状况 前方 后方及侧面前方 后方及侧面 的更全面的数据报告 使得以多种方法的更全面的数据报告 使得以多种方法 来提供驾驶辅助成为可能 来提供驾驶辅助成为可能 雷达传感器提供了各种天气及道路状况下 较长 较宽区域内的探测 雷达传感器提供了各种天气及道路状况下 较长 较宽区域内的探测 基于摄像头的视觉系统用于监测车辆前方和后方的路况 是雷达探测系统基于摄像头的视觉系统用于监测车辆前方和后方的路况 是雷达探测系统 的补充 视觉监测系统得出的数据将与雷达系统的数据相融合 以确认先的补充 视觉监测系统得出的数据将与雷达系统的数据相融合 以确认先 前所得出的路况图片的准确性 在前所得出的路况图片的准确性 在 TRW 的系统中 这些数据每隔的系统中 这些数据每隔 30 40ms 将被收集和交叉检查一次 我们也称之为将被收集和交叉检查一次 我们也称之为 数据融合数据融合 DataFusion 数据融合系统的一个例子是自动紧急制动数据融合系统的一个例子是自动紧急制动 AutomaticEmergencyBraking 简称 简称 AEB 只有当系统检测到一个碰 只有当系统检测到一个碰 撞事件可能发生时 撞事件可能发生时 AEB 系统才启动 该系统可用来降低碰撞的严重程度 系统才启动 该系统可用来降低碰撞的严重程度 有助于保护驾乘人员 如果系统完全剥夺驾驶者对车辆的控制 则设计是有助于保护驾乘人员 如果系统完全剥夺驾驶者对车辆的控制 则设计是 有困难的 以有困难的 以 AEB 为例 设计者能否百分之百地确定 忽略驾驶者的操控为例 设计者能否百分之百地确定 忽略驾驶者的操控 而自动施加全部制动力是正确的 来自雷达和摄像头的前方路况探测数据而自动施加全部制动力是正确的 来自雷达和摄像头的前方路况探测数据 能有助于制动系统更好地作出判断 提高准确率 能有助于制动系统更好地作出判断 提高准确率 传感系统正变得越来越复杂 例如 惯量传感数据可以与雷达及摄像传感系统正变得越来越复杂 例如 惯量传感数据可以与雷达及摄像 头数据结合起来 然后反馈到车辆的头数据结合起来 然后反馈到车辆的 CAN 网络 从而建立一个有关不安全网络 从而建立一个有关不安全 道路状况的完整报告 随后 系统可以进行干预 对驾驶者发出警告 或道路状况的完整报告 随后 系统可以进行干预 对驾驶者发出警告 或 者提供驾驶辅助 以确保车辆控制的稳定性 者提供驾驶辅助 以确保车辆控制的稳定性 控制控制 显然 今天的车辆比以往的任何车型都更智能 现代轻型乘用车的这显然 今天的车辆比以往的任何车型都更智能 现代轻型乘用车的这 一变化 关键得益于由电脑控制的 与一变化 关键得益于由电脑控制的 与 CAN 网络共享的电子部件的技术进网络共享的电子部件的技术进 步 如前所述 电控系统的井喷式增长 使得车载步 如前所述 电控系统的井喷式增长 使得车载 ECU 的数量迅速增加 的数量迅速增加 下一代车载通信网络下一代车载通信网络 FlexRay 也应运而生 与以往的通信网络相比 也应运而生 与以往的通信网络相比 FlexRay 速度更快 具有更大的灵活性 速度更快 具有更大的灵活性 除了复杂性和成本外 产品设计过程中所要考虑的其他要素包括 系除了复杂性和成本外 产品设计过程中所要考虑的其他要素包括 系 统布置 重量 以及能量消耗的增加 减少统布置 重量 以及能量消耗的增加 减少 ECU 模块 有助于减轻已经超模块 有助于减轻已经超 负荷的负荷的 12V 电压系统的压力 通过更多地使用电压系统的压力 通过更多地使用 ECU 来减少甚至取消车辆来减少甚至取消车辆 上的部分线束 是减轻重量并减少燃油消耗的有效方法 与此同时 工程上的部分线束 是减轻重量并减少燃油消耗的有效方法 与此同时 工程 设计面临的挑战是 通过硬件 软件和数据网络的捆绑 更高效地利用控设计面临的挑战是 通过硬件 软件和数据网络的捆绑 更高效地利用控 制系统 确保先进的集成安全系统成为可能 制系统 确保先进的集成安全系统成为可能 由于汽车将使用越来越少的模块来操控越来越多的功能 整车制造商由于汽车将使用越来越少的模块来操控越来越多的功能 整车制造商 势必更加关注安全和设计可靠性 零部件供应商所面临的挑战包括热管理 势必更加关注安全和设计可靠性 零部件供应商所面临的挑战包括热管理 芯片集成度 高可靠性基板的开发 以及对车辆内部和外部环境状况的关芯片集成度 高可靠性基板的开发 以及对车辆内部和外部环境状况的关 注 把各种功能集成到一个紧凑的注 把各种功能集成到一个紧凑的 ECU 壳体中 需要先进的半导体封装技壳体中 需要先进的半导体封装技 术 包括具有更高电子集成水平的系统级芯片设计 由于部分术 包括具有更高电子集成水平的系统级芯片设计 由于部分 ECU 的布置的布置 靠近车辆的发热区域 因此 开发能够适应环境变化 性能稳定的电子部靠近车辆的发热区域 因此 开发能够适应环境变化 性能稳定的电子部 件极为重要 件极为重要 执行器执行器 在执行器领域 发展趋势是使用更多的电子控制技术 并在部件中增在执行器领域 发展趋势是使用更多的电子控制技术 并在部件中增 加电机 加电机 TRW 已经把这种概念成功地运用到其主动安全系统电子驻车制动已经把这种概念成功地运用到其主动安全系统电子驻车制动 中 中 电子架构的未来趋势电子架构的未来趋势 TRW 的理念是基于的理念是基于 AUTOSAR 开发可扩展的 灵活性的电子架构 开发可扩展的 灵活性的电子架构 以实现电子部件的集中化 以实现电子部件的集中化 AUTOSAR 架构是建立在软件标准化的概念上 架构是建立在软件标准化的概念上 系统因此可以在不同的硬件上成功运行 一个通俗的比喻就是 一台普通系统因此可以在不同的硬件上成功运行 一个通俗的比喻就是 一台普通 的个人台式电脑的个人台式电脑 硬件硬件 可以安装不同公司的程序可以安装不同公司的程序 软件软件 同样的道理 一个 同样的道理 一个 汽车汽车 ECU 硬件硬件 可以装载整车制造商自有程序 或其他来源的软件 例如 可以装载整车制造商自有程序 或其他来源的软件 例如 由第三方机构开发的交通信号监测软件 可以安装到由第三方机构开发的交通信号监测软件 可以安装到 TRW 的的 ECU 中 中 可扩展性对于巴西 俄罗斯 印度和中国可扩展性对于巴西 俄罗斯 印度和中国 合称合称 BRIC 金砖四国金砖四国 这样的发