2010年的汽車電子熱點(diǎn)應(yīng)用趨勢預(yù)測

中國的汽車產(chǎn)業(yè)在今年很有可能觸及或跨越年產(chǎn)銷一千萬輛這個(gè)門檻，事實(shí)上在實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)以前，中國就已經(jīng)成為僅次于美國的全球第二大汽車市場。在當(dāng)前的汽車中，汽車電子系統(tǒng)所占的比重越來越大，很多特色化的功能都是依賴汽車電子技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的，如果說在制造數(shù)量上我們已經(jīng)占據(jù)了非常重要的位置，那么具體到汽車電子行業(yè)，我們又該如何和國際同行們實(shí)現(xiàn)同步呢？在本世紀(jì)第一個(gè)十年的最后兩年，有哪些汽車電子應(yīng)用會(huì)成為熱點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)這些應(yīng)用又將面臨哪些挑戰(zhàn)？筆者就此問題遴選了幾大熱點(diǎn)應(yīng)用采訪了相關(guān)的一些業(yè)內(nèi)專家，希望可以對中國從事汽車電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的讀者有所幫助。這些熱點(diǎn)應(yīng)用包括自適應(yīng)汽車前照燈、LED尾燈和HID前燈、智能化的無鑰進(jìn)入系統(tǒng)、可視和雷達(dá)倒車系統(tǒng)等。

AFS為保障駕駛安全增添砝碼

　　車燈對保障駕駛安全所起到的作用是顯而易見的，而在實(shí)際應(yīng)用中，傳統(tǒng)的前照燈系統(tǒng)存在著諸多問題。例如，現(xiàn)有近光燈在近距離上的照明效果不佳；還有對于車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)存在的照明暗區(qū)以及車輛在雨天行駛時(shí)地面積水的反射眩光問題，現(xiàn)有前照燈系統(tǒng)都不能很好的解決或改善。自適應(yīng)汽車前照燈（Adaptive Front Lighting System, AFS）系統(tǒng)所帶來的變革則可以幫助駕駛者輕松面對這些問題。

　　所謂AFS就是指能自動(dòng)改變兩種以上的光型以適應(yīng)車輛行駛條件變化的前照燈系統(tǒng)。據(jù)飛思卡爾全球汽車市場總監(jiān)Steven Nelson先生表示：“目前，市場上的AFS有很多類型，包括從相對便宜的水平系統(tǒng)到所謂的燈光“彎曲”應(yīng)用。水平系統(tǒng)基于車輛的載重調(diào)節(jié)燈光的垂直瞄準(zhǔn)，這類系統(tǒng)在歐洲受到了管制。更先進(jìn)的“彎曲”應(yīng)用則可以根據(jù)車輛載重、加速/減速、方向盤角度、天氣條件等信息，動(dòng)態(tài)地更改燈光瞄準(zhǔn)或光束模式。這類系統(tǒng)一般由步進(jìn)馬達(dá)控制。”舉例來說，如在彎道行使時(shí)，傳統(tǒng)前燈的光線因?yàn)楹蛙囕v行駛方向保持一致，所以難免存在照明的暗區(qū)。一旦在彎道上存在障礙物，極易引發(fā)交通事故，此時(shí)AFS則會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)光型的光線，給彎道以足夠的照明。

　　瑞薩電子（上海）有限公司汽車電子市場中心總經(jīng)理崛田慎吉先生表示：“有兩類控制可以改變前大燈的方向。一類需要真正轉(zhuǎn)動(dòng)短焦距前大燈，另一類不是轉(zhuǎn)動(dòng)前燈，而是轉(zhuǎn)動(dòng)反光鏡。但無論哪種情況，都需要增加電機(jī)和變速箱。決定轉(zhuǎn)動(dòng)角度的輸入信號為轉(zhuǎn)向角、車輛速度信號、方向燈以及倒轉(zhuǎn)開關(guān)等。”對傳感信號的處理、前大燈角度的計(jì)算以及對電機(jī)的控制等是由MCU、傳感器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器來完成的。現(xiàn)有的汽車電子系統(tǒng)已經(jīng)可以采集轉(zhuǎn)向角信號、車速等信息并具備了方向燈和倒轉(zhuǎn)開關(guān)等器件，而對電機(jī)的控制則與其它電機(jī)沒有區(qū)別。崛田慎吉還表示：“AFS在設(shè)計(jì)上的挑戰(zhàn)主要在于定義規(guī)格、進(jìn)而決定AFS如何工作以及MCU軟件的設(shè)計(jì)。在AFS方面，瑞薩的MCU已經(jīng)在許多日本汽車上應(yīng)用了五年之久。瑞薩能提供16位MCU/M16C系列和R8C系列，以滿足客戶的不同需求。”

　　對于AFS下一步的發(fā)展趨勢，崛田慎吉認(rèn)為在未來的AFS中，一些汽車制造商正在考慮集成圖像識(shí)別功能，以檢測行人、車輛和路邊障礙物。在此應(yīng)用中，需要帶有圖像識(shí)別功能的32位處理器。瑞薩適用于自適應(yīng)巡航控制（ACC）和車道偏離警告系統(tǒng)（LDWS）的產(chǎn)品SH7774同樣適用于未來的AFS。在更新的系統(tǒng)中也開始采用LED轉(zhuǎn)向燈，在這類系統(tǒng)中，有一系列可以操縱的LED來提供水平、彎曲等功能，因此不再需要馬達(dá)支持。

LED、HID在汽車車燈應(yīng)用中大放異彩

　　據(jù)凌力爾特公司電源產(chǎn)品市場經(jīng)理Tony Armstrong介紹，發(fā)光二極管（LED）被應(yīng)用于汽車尾燈已經(jīng)有十多年的歷史。而安華高科技光電子產(chǎn)品部汽車LED產(chǎn)品市場經(jīng)理Boon-Hooi Lim先生表示：“已經(jīng)有越來越多的汽車在整個(gè)車尾組合燈具（RCL）（包括停車燈、轉(zhuǎn)向燈、尾燈和反光燈等）中使用LED。”Tony Armstrong還介紹：“高強(qiáng)度放電燈（High Intensity DischargeLamp, HID）燈包括所有在普通照明中使用的高強(qiáng)度氣體放電燈，而用于汽車中的HID主要指HID氙氣燈，通常被用作汽車前照燈。”

　　為什么要在汽車車燈中使用LED，世強(qiáng)電訊的專家表示：“與傳統(tǒng)的車用信號燈（如白熾燈）等相比，LED具有節(jié)能、壽命長、免維護(hù)、防爆、易控制和環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，加上LED自身獨(dú)立的冷光特性，使得燈具的外形不會(huì)因?yàn)殚L期受熱而變形，從而提高整套燈具的壽命。而且隨著技術(shù)的革新和市場的興起，當(dāng)前困擾LED的發(fā)光功率和成本這兩大瓶頸問題也都將得到解決。”

相對于LED的尾燈應(yīng)用，散熱問題對于前燈應(yīng)用來說依然沒有完全解決。凌力爾特的Tony Armstrong就表示：“HB LED車前燈的供電確實(shí)必需特別關(guān)注熱設(shè)計(jì)，原因是它們通常需要50W的供電功率。”安森美半導(dǎo)體資深應(yīng)用工程師Brian Blackburn透漏：“某些系統(tǒng)采用了風(fēng)扇來對LED頭燈進(jìn)行冷卻。但這種類型的冷卻對于LED頭燈的長期可用性來說，并非好事。”世強(qiáng)的專家就此問題表示：“多個(gè)LED集中在有限的空間中，將造成散熱困難，LED模塊溫度升高，會(huì)導(dǎo)致LED的壽命降低，并加速LED的光衰、影響LED驅(qū)動(dòng)器等元件的效率和可靠性（一般元件的工作溫度需控制在80℃以下）。溫度升高，還使LED輸出的光波長發(fā)生變化，改變顏色特征，有可能影響汽車照明。”他表示：“解決散熱問題，從生產(chǎn)廠家的角度來講，可以采用新材料，采用新的封裝技術(shù)，增大PN結(jié)的散熱面積等；從設(shè)計(jì)者應(yīng)用者來講有幾個(gè)方案可選擇，包括選擇高質(zhì)量的解決方案；進(jìn)行熱量控制，當(dāng)溫度升高時(shí)減少電流，以降低功耗；還有選擇進(jìn)行合理的熱設(shè)計(jì)等。”

功能日益強(qiáng)大的智能進(jìn)入系統(tǒng)

　　遙控門鎖（RKE）、無鑰門禁（PKE）是目前各類車型上最易見到的智能進(jìn)入系統(tǒng)，防盜是研發(fā)這些系統(tǒng)的初衷，現(xiàn)在它們的功能正變得越來越豐富。比如在PKE系統(tǒng)上增加汽車尋找和RES（遠(yuǎn)程啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)）功能。恩智浦半導(dǎo)體汽車電子大中華區(qū)高級市場經(jīng)理張建臣先生表示：“這些都是在北美非常流行的汽車接近系統(tǒng)功能，也是他們認(rèn)為在下一代PKE系統(tǒng)中應(yīng)該增加的。”

　　據(jù)Microchip汽車產(chǎn)品部門亞太區(qū)的市場經(jīng)理Stephen Chan介紹：“PKE應(yīng)答器是高端汽車的主流配置，現(xiàn)在也開始在普通汽車中快速普及。使用PKE應(yīng)答器,用戶只需攜帶應(yīng)答器就可以開啟車門，不必再手動(dòng)按動(dòng)應(yīng)答器上的按鈕。”PKE系統(tǒng)由基站和應(yīng)答器單元組成。基站單元用125kHz頻段發(fā)送命令，PKE應(yīng)答器則通過外部UHF發(fā)送器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的命令接收和響應(yīng)發(fā)送，或者在相同的125kHz頻段上使用內(nèi)部回傳功能實(shí)現(xiàn)短距離應(yīng)用。他還表示：“PKE系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師需要解決的挑戰(zhàn)性任務(wù)是在任何可能的工作條件下可靠地檢測基站命令，同時(shí)保持所有其它設(shè)計(jì)參數(shù)不變，如電池電能使用率以及天線的物理尺寸等。”

　　而為了在PKE上實(shí)現(xiàn)汽車尋找和RES功能，下一代的PKE需要將射頻鏈路擴(kuò)展為雙向射頻通信（315/434MHz），最大通信距離要達(dá)300米。有了雙向射頻鏈路后，鑰匙端可以從汽車端取得反饋信號，同時(shí)向汽車發(fā)送命令。硬件方面，需要根據(jù)不同算法和系統(tǒng)程序從8位到32位MCU中選取合適的MCU。Microchip的PIC16F639就是一款功能強(qiáng)大、容易編程（只有35個(gè)單字節(jié)指令）、基于CMOS閃存的8位微控制器，只需增加一個(gè)應(yīng)答器模擬前端就能使該器件適用于PKE系統(tǒng)。它采用Microchip公司強(qiáng)大的PIC MCU架構(gòu)，在20引腳封裝中集成了KeeLog兼容的加密模塊、PLVD、雙比較器和256字節(jié)的EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。

　　對于雙向PKE來說，系統(tǒng)安全性、功耗和通信距離是最主要的三大挑戰(zhàn)。RES功能需要涉及發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元（ECU），因此安全性非常重要，恩智浦公司的張建臣先生強(qiáng)烈建議使用與鎖車系統(tǒng)相同的算法來確保安全性。雙向射頻通信將導(dǎo)致更大的功耗，這與傳統(tǒng)的RKE技術(shù)有根本的區(qū)別。采用傳統(tǒng)的SAW發(fā)送器技術(shù)時(shí)距離只有約30米。在新的應(yīng)用中，必須選擇基于PLL的專用收發(fā)器芯片。恩智浦公司是發(fā)動(dòng)機(jī)防盜鎖止系統(tǒng)（IMMO）和PKE市場中領(lǐng)先的半導(dǎo)體供應(yīng)商，基于恩智浦解決方案從PKE可以很容易升級到的更加智能的進(jìn)入系統(tǒng)，這些方案采用相同算法、相同技術(shù)并且相同的ECU接口。而NXP解決方案的一些關(guān)鍵特性也能夠幫助設(shè)計(jì)師應(yīng)對以上提到的三大挑戰(zhàn)：1. 集成的HITAG2/AES128算法以確保汽車安全。2. 通過低頻鏈路實(shí)現(xiàn)電池再充電功能可以解決功耗問題。3. 致力于完善射頻技術(shù)的產(chǎn)品種類，采用Frac-N PLL實(shí)現(xiàn)發(fā)送器、接收器和收發(fā)器可確保長距離通信。

可視和雷達(dá)混合倒車系統(tǒng)讓您不必回頭、倒車無憂

　　現(xiàn)在的雷達(dá)倒車系統(tǒng)已經(jīng)可以為駕駛者提供許多幫助，但它并不完美，由于電磁波的散射特性，如果地面有尖銳的突起或存在橫在半空的棱角狀物體，現(xiàn)有的系統(tǒng)并不能有效地察覺，因此許多老司機(jī)都告誡新手在倒車的時(shí)候一定要回頭看一看實(shí)際的情況。如果為倒車系統(tǒng)增加可視功能，駕駛員在倒車時(shí)不必回頭就可對車后的情況了然于胸

OmniVision的專家表示：“使用多個(gè)傳感器的可視泊車系統(tǒng)已經(jīng)非常成熟。在英菲尼迪（Infinity）的EX和寶馬七系上都使用了4~5個(gè)攝像頭，最終綜合輸出這4~5個(gè)攝像頭采集到的圖像來實(shí)現(xiàn)可視的泊車功能，圖像看起來就像是從高處俯視得來的一樣。”他進(jìn)一步表示：“傳感器的分辨率可以是VGA到百萬像素水平。如果是VGA，可能會(huì)需要4~5個(gè)攝像頭；如果是百萬像素，2~4個(gè)攝像頭就夠用了。而且成本效益更好的CMOS圖像傳感器將在可視和雷達(dá)混合系統(tǒng)中代替昂貴的CCD傳感器。”O(jiān)mniVision能夠以最低的BOM成本提供彩色高動(dòng)態(tài)范圍CMOS傳感器。由于具備極低的感光度和進(jìn)行了專門的改進(jìn)該公司的攝像頭可以實(shí)現(xiàn)晝夜全天候工作。

　　不過，增加類似的功能，對成本的把握非常重要，因?yàn)樗吘共皇潜夭豢缮俚墓δ埽M(fèi)者愿意為其付出多少金錢也是車廠需要考慮的因素。ADI的DSP和嵌入式處理器產(chǎn)品技術(shù)市場經(jīng)理?xiàng)顭畋硎荆骸耙務(wù)撘粋€(gè)倒車系統(tǒng)的成本，必須了解一個(gè)前提，那就是在車輛正常行駛的過程中，泊車的時(shí)間所占的比例是非常小的，通常不會(huì)超過1%。所以，無論是以視覺為基礎(chǔ)還是雷達(dá)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)（或者二者的結(jié)合），如何利用系統(tǒng)在其余99%的時(shí)間內(nèi)的處理能力就成為了問題的關(guān)鍵。”

　　他進(jìn)一步表示：“基于以上前提，一個(gè)成本優(yōu)化的系統(tǒng)，必須具備靈活性和可擴(kuò)展性。靈活性是指除了系統(tǒng)最基本的功能（倒車圖像、雷達(dá)顯示和告警）以外，還需要具備系統(tǒng)供應(yīng)商所獨(dú)具的一些差異化的功能，如系統(tǒng)能夠?qū)V角鏡頭造成的失真進(jìn)行線性化補(bǔ)償（魚眼校正），能夠通過自動(dòng)曝光，自動(dòng)對焦，自動(dòng)白平衡等改善圖像質(zhì)量，能夠通過圖像系統(tǒng)和雷達(dá)系統(tǒng)的組合判斷是否告警以及告警的級別，能夠通過多攝像頭的方式實(shí)現(xiàn)車輛俯視合成圖像，以提升用戶體驗(yàn)。可擴(kuò)展性是指系統(tǒng)可以通過不增加成本或增加很少成本的方式實(shí)現(xiàn)除了倒車輔助以外的其他功能，比如在車輛上通過安裝前置的CMOS傳感器/雷達(dá)的方式，實(shí)現(xiàn)車道偏離告警，自動(dòng)巡航控制，行人監(jiān)測，夜視等功能；通過在車輛內(nèi)部安裝傳感器的方式實(shí)現(xiàn)乘員的狀態(tài)監(jiān)測；通過在車輛兩側(cè)安裝傳感器，實(shí)現(xiàn)盲點(diǎn)監(jiān)測。也就是說通過擴(kuò)展在車輛正常行駛過程中的多種功能，以及提升在泊車過程中的用戶體驗(yàn)，系統(tǒng)供應(yīng)商可以大大增加產(chǎn)品的附加值，卻不需要增加太多的成本。”

　　如何更好的融合這兩種不同的系統(tǒng)，以向駕車人提供一個(gè)更準(zhǔn)確的駕車參考，避免事故發(fā)生，減少生命財(cái)產(chǎn)損失，對系統(tǒng)供應(yīng)商來說是非常大的挑戰(zhàn)。如何在不同場景下對這兩種系統(tǒng)的輸入進(jìn)行有效的綜合判斷，給出一個(gè)最接近實(shí)際情況的結(jié)果，是體現(xiàn)不同系統(tǒng)供應(yīng)商功力的重要標(biāo)準(zhǔn)。一個(gè)典型的例子是正午陽光直射的情況下，車尾正對陰暗的車庫門倒車，由于CMOS攝像頭自動(dòng)曝光的介入，車內(nèi)顯示屏可以清晰的顯示車庫外的景象，卻無法看清車庫內(nèi)的障礙物，這時(shí)就需要借助雷達(dá)的探測結(jié)果，對障礙物的距離和方位進(jìn)行探測，對這兩個(gè)結(jié)果進(jìn)行判斷，并給駕車人適當(dāng)?shù)奶崾尽?/P>

　　基于系統(tǒng)必須具有靈活性和可擴(kuò)展性的討論，系統(tǒng)中的主處理器必須具有非常高的處理能力，豐富的接口，以及能滿足低成本到高性能不同需求的代碼兼容的內(nèi)核以確保代碼可重用。ADI的楊燁先生表示：“通常的ASIC芯片由于其固有的限制，很難同時(shí)滿足上述的要求，而一個(gè)通用的處理器卻可以很好的完成這樣的任務(wù)。”ADI的Blackfin處理器提供了從低端400MHz單核到高性能的500MHz雙核處理器，提供了一系列符合汽車工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并且代碼兼容的處理器系列，供客戶針對不同的系統(tǒng)成本和規(guī)格需求進(jìn)行選擇。Blackfin家族成員所具備的豐富接口，可以無縫連接CMOS、LCD和雷達(dá)傳感器，內(nèi)置的支持多層圖像疊加，色域轉(zhuǎn)換的硬件加速單元，使客戶可以自由靈活的擴(kuò)展系統(tǒng)，而不需要外部擴(kuò)展額外的外圍芯片。而且ADI所擁有的豐富的第三方網(wǎng)絡(luò)可以提供一系列的關(guān)鍵算法，客戶可以直接利用以縮短產(chǎn)品上市時(shí)間，更可以以此為基礎(chǔ)擴(kuò)展自己所獨(dú)有的功能。

　　除了以上提到的這些應(yīng)用，還有一些應(yīng)用也非常有特點(diǎn)。比如電動(dòng)防夾車窗、比如可加熱后視鏡等，它們都能以較低的成本有效的為架乘者提供方便和提升駕乘的安全性。又比如可提前啟動(dòng)或者可預(yù)先設(shè)定溫度的智能空調(diào)，對于炎熱地帶或者寒冷地帶的用戶就特別有用，可以讓他們一進(jìn)入車中就享受到舒適的溫度。總之，提高汽車的舒適度與安全性是汽車電子廠商和設(shè)計(jì)師持續(xù)創(chuàng)新的原動(dòng)力；在可以預(yù)見的未來，汽車電子的熱點(diǎn)也將圍繞著這兩個(gè)主題展開，而是否能以市場接受的成本將這些創(chuàng)新變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)則是他們最終能否從熱點(diǎn)成為賣點(diǎn)的關(guān)鍵所在。