汽车电子市场稳步增长 安全与舒适性应用力扛大鼎

    回想一下二十年前的老式汽车，当时几乎所有的机械和液压系统都利用激励器驱动。而现在，随着大量电子部件和系统进入汽车，许多传统的机械系统正被取而代之。有些高档汽车具有多达70个电子控制单元(ECU)，以及多达60个传感器和六个以上的安全气囊，这意味着今天的汽车更复杂、更安全和更易被操控，其智能水平仍在不断提高。英飞凌科技(中国)有限公司汽车电子高级市场经理刘鲁伟在接受本刊采访时指出，平均而言，如今一辆汽车的计算能力几乎相当于阿波罗13号宇宙飞船的计算能力。系统和车辆设计的复杂程度在不断增加。他说：“半导体过去是、现在仍然是汽车电子创新的基础，而且潜力巨大，特别是在安全和舒适性应用方面。

    随着汽车电子技术的快速渗透，以及半导体解决方案逐步取代机械组件，预计全球汽车半导体市场今后几年内的增长率将达到10%左右。根据市场研究公司Strategy Analytics今年5月的一项研究报告，2005年，全球汽车集成电路市场的总销售额大约为164亿美元。此外，汽车电子市场的快速扩张和价格竞争，使得中国的汽车市场也变得日趋复杂。为此，许多跨国半导体公司都在中国设立了设计中心并不断加强与中国高校间的合作，结合其在欧美和日本市场的长期经验和技术积累，向本地客户提供解决方案和技术支持。

    老牌厂商主导技术创新

    MCU、传感器和模拟IC是构成汽车电子解决方案的主体，其中尤以MCU为核心。可以用一个简单的例子来说明这种关系，就是利用传感器检测可能遇到的意外情况，由MCU根据传感器的信号来判断是否做出反应，在需要时通过控制模拟IC来激活对应措施。飞思卡尔、英飞凌、NXP半导体、TI、NEC、Fairchild、Microchip、Atmel、ST等都是活跃在汽车电子领域的主要半导体供应商，同时也是引领技术发展的创新先锋。

    作为一家全球性的半导体领导厂商，特别是在汽车电子领域，NEC在中国市场拥有一系列的产品应用，例如仪表盘、汽车音响、车身控制系统等。“目前我们的仪表盘MCU在中国市场占有30%~40%的份额，大部分的仪表盘供应商选用我们的产品，其中既有中国本土的汽车零部件厂商，也有全球性的巨头。许多全球性的汽车电子零部件公司也选用我们的MCU或者CD LSI产品来开发汽车音响。”该公司的应用工程师孟骏说。

    目前NEC正致力于在中国市场推广一个用于实时控制应用的高端车身控制MCU系列——V850ES/Fx3。该款产品提供了通用外围功能与CAN网络的出色集成。它的最大ROM及RAM容量分别为1MB和60KB，最小指令执行时间可以达到20.83ns(工作在48MHz，3.5V到5.5V时)，其中的几款产品集成了可以用来连接外部存储器如ROM或RAM及外围I/O的外部总线接口功能。该款产品提供了特殊的节电模式，从而可以在不同的条件下有效地管理功耗。

    而从全球份额来看，飞思卡尔在全部汽车半导体领域居第一位，在汽车MCU领域居第二位，在传感器领域位居第三，在模拟IC领域居第八位。从产品来说，目前该公司正在动力传动、车身、底盘及安全系统等各种领域发动攻势。除传感器及模拟IC的业务不断扩大外，其32位和16位MCU的销售也在快速增加。虽然8位MCU的市场出现了萎缩的倾向，但是该公司凭借其最新的低成本8位MCU正在扩展该市场。该公司表示，今后有望实现增长的领域是集各种技术于一身的单封装产品。比如，将用于开闭车窗的马达使用的驱动IC与16位或18位MCU集成在一个封装内的产品。此类单芯片封装产品的业务目前正在扩大，今后有望出现大量需求。

    英飞凌是欧洲最大的汽车半导体制造企业，2005年占全球市场销售总额的比例达到9.3%，销售额同比增长了11.9%。目前英飞凌开发、制造和提供面向各类汽车应用的创新半导体解决方案，其中包括动力传动系(发动机和传动控制)、车身和舒适系统(照明控制、车门控制模块和座椅控制模块)、安全系统(防抱死系统、安全气囊、胎压监测等)和信息娱乐系统(信息浏览、无线通信和全球定位等)。

    据悉，该公司已和中国本地合作伙伴开发出适用于摩托车的电喷(EFI)参考设计。利用该解决方案，中国的摩托车制造商能够提高产品的燃油经济性，同时减少废气排放，甚至达到欧洲三号的排放标准。考虑到中国每年要生产1，800万辆摩托车，此举能够切实帮助中国改善空气质量。该解决方案也适用于小排量的经济型汽车。“另外，我们推出的SP30在单一芯片中集成了MCU、胎压传感器、温度传感器和重力传感器。这样，我们就能大大减小胎内模块的体积，简化设计，每个轮胎内模块只有SP30和收发器两颗芯片。”刘鲁伟说。

    ST在2005年汽车半导体全球市场的份额为9%，在中国市场的份额为10%。该公司大中国区汽车产品部高级经理刘建宏表示，未来五年全球市场规模将增长一倍，中国等地区市场的增长速度会更快。他说：“动力总成应用在未来几年仍将在电子控制单元(ECU)中占最大比例。但是，我们同时预期车身应用、安全与娱乐等方面也将有合理的增长。乘客安全与汽车的环境影响带来许多挑战和难题，这方面正在涌现出许多解决方案。”刘建宏还介绍，汽车电子的发展趋势是向数字化处理的方向前进。在各种技术中，可以把不同的工艺如Bipolar、CMOS和Power集成在同一个硅片上面的组合比单一工艺技术具有明显的优势。

    Microchip向汽车模块嵌入设计师提供范围广泛的嵌入式解决方案。从具有集成模拟与数字外设的高性能MCU到低功耗模拟IC解决方案。“我们的创新性技术和移植策略为我们的汽车客户提供最具成本效益的解决方案，特别是在舒适/方便模块、倒车辅助、仪表板和其它司机信息模块等领域。”该公司汽车产品部门的市场总监Willie Fitzgerald表示，Microchip为市场提供的关键产品包括8位和16位MCU、16位DSC、标准模拟器件和串行EEPROM。面向整体汽车半导体市场的关键应用是引擎管理、仪表板、车门模块、舒适/方便模块和倒库辅助模块。其丰富的8位和16位MCU架构产品具有很强的兼容性，如核心外设、管脚、软件和开发工具等，支持无逢移植开发环境，可降低风险。 [!--empirenews.page--]

图3：Willie Fitzgerald：8位和16位MCU/DSC为Microchip在中国汽车半导体市场提供了最大的商机

    Atmel也在积极参与中国汽车电子市场，向中国市场大量销售用于车身电子的芯片，用于转向灯、定时器、雨刮器控制、仪表板照明调光器和车灯故障检测等基本功能模块。“目前，我们在中国市场销售的主要产品是基于转移我们在欧洲进行开发的成果，以供应在中国的汽车厂家。第二部分来源于汽车门禁和TMPS系统的配件市场，如RF接收器和发射器。最近我们正在与许多为中国市场开发产品的中国厂商打交道。现在已签订了第一份成功的设计订单。”该公司汽车市场经理Klaus Schweizer说。他预计，中国汽车市场的快速增长将带动更多的本地研发活动，而这些活动将得到他们的大力支持。

    另据该公司高级汽车射频市场经理Marcel Hennrich介绍，Atmel今年推出了新款LIN系列通讯IC，主要用于车身电子应用。该系列产品包括单机式收发器和LIN SBC(系统基础芯片)，具有较高的集成度。在年底以前，该公司还将推出新的LIN MCM系列，把获得成功的Atmel AVR家族中的专用汽车8位MCU集成到一个封装之中，以提供最高的集成度。这将使得客户能够设计出非常小的和具有成本效益的解决方案。

    除了半导体原厂，也有一些具有较强整合设计能力的第三方机构活跃在汽车电子领域。如国际分销巨头——安富利旗下的电子元件部就非常看好中国汽车电子市场。针对中国汽车电子市场竞争激烈而又欠有序的状态，该公司组织销售人员和技术市场人员组成专门的技术市场团队深入了解市场状况和客户需求，为方案设计部门提供方向参考。目前该公司建立了功能健全的汽车电子支持团队，分别在上海和班加罗尔设立了两个汽车电子研发部门，为客户提供类产品级的汽车电子解决方案，包括车身控制、灯控模块、仪表控制和主动安全等。由于该公司代理了全球大多数汽车领域的领先半导体供应商，如英飞凌、飞思卡尔、瑞萨、NXP半导体、ADI、ST、美信、Osram等，因此该公司可以利用其代理优势，依托其独特的元器件分销性质，可在方案的每个功能模块的元器件选型中采用具有最佳性价比优势的产品。

图1：Strategy Analytics预测2009年全球汽车IC市场将达200亿美元

    三大总线标准短期内共存互补

    在广受关注的汽车总线标准方面，随着制造商的生产效率、政府安全法规和各种舒适便利应用日趋增多，对电子控制架构和汽车网络协议性能提出了更高的要求，这些发展趋势正在推动FlexRay技术的发展和应用，虽然其最早的设想是实现汽车线控(X-by-wire)。FlexRay总线实现的初期功能是迈向全自动驾驶的第一步。NXP半导体公司业务发展经理Toni Versluijs表示：“简单地说，将来的汽车将需要更高带宽的总线，及确保迅速响应紧急任务的确定性协议。FlexRay的10Mbps带宽、内置容错功能和确定性正是针对这些需求而设计的。FlexRay还能够兼容多种网络拓扑，并具有可扩展性来应对新的工程挑战。”

    他表示，未来业界已采用了十几年的CAN和LIN总线仍能继续获得采用，事实上，采用FlexRay未必会对LIN应用(如雨刷和电控车窗)产生太大的影响。因为这些都仅限于局部控制，无需与汽车其余部件进行大量通信，而且只需要很低的数据带宽。同时，CAN也注定会在将来的汽车控制架构中扮演重要的角色。虽然CAN无法满足现代汽车对总带宽的要求，但其灵活的工程设计至少会暂时提供符合实际的解决方案。英飞凌的刘鲁伟亦指出，今后几年内LIN和CAN仍将是中低数据速率应用的标准总线系统，但是明显具备更高数据速率的FlexRay总线系统能够为安全相关应用和动力传动系统应用带来大量的好处。英飞凌正在开发面向这些应用的集成化解决方案，并且预计在不远的将来可以实现更高的数据速率。

    从被动安全到主动安全的转变

    汽车安全性近年来已经得到了很大提高，无论是政府法令的保障还是消费者对更安全的汽车的偏爱都证实了这一点。汽车制造商多年来一直在通过使用安全带和气囊来降低汽车事故造成的死伤，如今它们正在转而利用技术来防止事故的发生。例如，采用LED的尾灯和后窗刹车灯，以及LED前灯，比普通的灯泡具有更高的亮度和寿命。在奔驰S级汽车上，24/77-GHz雷达指引系统在改善安全性方面发挥着重要作用。刹车辅助、泊车辅助、Pre-Safe、Distronic Plus和Adaptive Brake功能使用七个雷达传感器来大大提高安全水平。凭借这些功能，该级汽车可以侦测到即将发生的碰撞，使司机能够采取规避动作。

    为了改善交通安全，日产汽车开发出了距离控制辅助系统，用于帮助司机控制与前车之间的距离。该系统利用前保险杠上的雷达传感器判定与前车之间的距离，以及二者之间的相对速度。如果司机松开油门，或者没有踩油门，该系统就自动执行刹车。如果该系统判定需要刹车，仪表盘上面就会亮起指示灯，同时发出声音信号。此时油门就会自动抬起，以利于司机改踩刹车。

    在目前比较热门的胎压监测部分，由于曾经发生多起因胎压不足而产生的交通事故，美国已经通过立法，要求自2007年起在当地市场销售的汽车，都必须加装TPMS系统。而该法案的实施预料将使该系统需求量由2003年的33万组增加至2007年的1，720万组，平均增长率可达30%。胎压监测应用的传感器、无线通讯组件供应商主要以国外厂商如英飞凌、NXP及飞思卡尔等巨头为主，也有不少台湾厂商在积极布局该市场，提供相关模块与系统设计解决方案，如环隆电气、敦扬科技、车王电子和坤德等。

    此外，为了进一步改善安全性能，美国政府研究人员正在考虑无线基础设施能够带来的安全好处，这些设施将大大改善驾车环境，并使道路更加安全。迄今为止，无线技术在汽车中的应用一直囿于蜂窝电话。但这种情况可能会发生变化，这些研究人员正在进一步研究利用Wi-Fi技术建设沿线车站的安全基础设施。美国运输部(DOT)车辆基础建设整合(VII)计划寻求利用无线连接来避免撞车。基站将通知和提醒其它站及司机，有车辆正在接近路口或者盲角。该系统也可以提供交通速度和密度方面的数据，使路边信号能够让司机在进入公路之前了解拥堵情况。 [!--empirenews.page--]

    在业界厂商以构建最高级别的安全驾乘环境为最终目的的技术竞赛中，各种新兴的安全系统解决方案争奇斗艳、层出不穷。可以预见，将来最先进的智能传感系统将使汽车拥有像人类第六感一样的高度智慧，从而将汽车的安全性提高到一个前所未有的高度，并主要以事故的预防为出发点。

    中国汽车电子产业面临的挑战

    未来，半导体行业对汽车业的贡献和重要性将进一步提升，因为汽车半导体在未来仍是创新、质量和可靠性以及汽车安全的基础。从中国本地市场的角度，目前无论是半导体厂商还是参与汽车电子系统研发的本地公司都比较少而且力量薄弱，数量和资源投入还达不到一定规模。这一方面与汽车电子严苛的品质要求有关，另一方面则归因于很少有公司愿意将资金投入到研发过程中，因为他们认为汽车电子市场的蛋糕还不够大。

    英飞凌的刘鲁伟认为，中国的汽车行业将迅速和国际接轨，当今世界汽车行业非常重视的质量问题，也是未来中国汽车行业必须高度重视的问题。另外，如何“以具有吸引力的价格提供具有最高质量水平的创新技术”也是整个产业值得思考的问题，他并表示，“通过规模经济对现有系统进行成本优化或实现节约仅在某些方面可行，单靠供应商对技术创新进行融资是不能长期维持的。我认为未来的成本优化应该是汽车价值链中所有相关方进行紧密合作。”

图2：刘鲁伟：多年来英飞凌一直和中国汽车行业有着割舍不断的联系

    还有一些阻碍中国汽车电子产业发展的因素包括该领域中校企联系不够以及中外标准体系的不一致等问题。对于前者，目前一些大学和科研院所的研发还只停留在实验室里，而企业与学校的联系十分有限，企业有资金，但投入到大学和科研机构的却并不多；另外，中国整车厂多为合资公司，而中国的从事汽车电子系统设计的公司对国际标准体系的了解不够，因此，就造成了中国系统厂商设计出来的产品很难打入这些整车厂。这说明在快速扩张的中国汽车电子产业，使工程管理人员和工程师迅速与国际体系接轨并获得最新信息以支持其决策，仍然是一个挑战。