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汽車電子打造安全、舒適、環保汽車的行車環境
 

【作者: ADI】   2013年04月30日 星期二

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汽車相關的話題近年來總能在全球媒體佔據很大的版面,一則經濟不景氣的當下全球汽車市場面臨不斷的震盪,二則全球對新能源汽車寄予太多的期望,新能源汽車的話題總是能吸引廣泛的關注。而對於汽車生產和製造需求大增的今天來說,還有汽車高速成長帶來的社會話題——汽車產業高速成長帶來的經濟效益以及因此帶來的城市擁塞、環境污染以及交通安全等等。


新技術在汽車上的應用正在成為解決這些問題的關鍵。傳統汽車製造商希望利用創新的技術在日趨激烈的市場競爭中搶佔先機,甚至連“外行”的Google也悄無聲息地展開了數十萬公里無人駕駛汽車的實驗。新能源汽車被視為解決汽車高速成長帶來的環境問題和石油消耗困境的靈丹妙藥,而電池管理和馬達驅動技術已經成為決戰未來新能源汽車市場的關鍵。


設計更安全、更智慧的汽車

毫無疑問,在交通事故頻發的今天,汽車安全是汽車消費的關注焦點。同時,汽車作為一種給人們生活帶來極大便利的交通工具,其本身的駕駛便利性也是汽車市場競爭的熱門議題之一。除了前文所述Google的自動駕駛汽車,目前部分高階汽車已經具備了自動泊車功能,而通用汽車前不久更宣佈他們正在開發一種新技術,利用這種技術的汽車將自動尋找空車位並全自動完成泊車過程。汽車智慧化已然是當今汽車發展的重要趨勢。


基於視覺的先進駕駛人輔助系統(ADAS)可以從多方面大大提高行車安全性和汽車智慧特性。透過安裝後視/前視/側視攝影機和視覺處理,ECU可以實現多種功能來幫助駕駛人提前防範風險。受歡迎的應用包括車道偏離告警、遠光近光調整、交通標誌識別、停車輔助、後視/環視、防撞等。業界市場調查機構資料顯示,目前有70%的汽車具備後視功能,30%的高階汽車具備前視功能,到2015年這一比例預計會達到60%。



圖一 : 先進駕駛輔助系統在汽車主動安全中有廣泛應用。
圖一 : 先進駕駛輔助系統在汽車主動安全中有廣泛應用。

在被動安全方面,包含正面氣囊的輔助防護安全系統(SRS)已經成為很多中階轎車的標準配置。隨著側面安全氣囊、簾式安全氣囊等氣囊數的增多,SRS正在向更先進的氣囊系統發展。未來的趨勢是低階轎車中將兩個正面氣囊作為標準配置,而中高階轎車中將出現六個或更多氣囊,同時安全氣囊還將趨向於智慧化和整合化兩個方面發展。


來自iSuppli公司的汽車研究專題報告顯示:2011年先進駕駛輔助系統市場將達到16.5億美元的營收,比2010年的10.5億美元大增57%,2012年成長率則將上升到63%。作為全球汽車電子技術的領導廠商,ADI的觀察是,目前全球主要的汽車供應商和OEM廠商都在利用ADI公司的領先高性能信號處理技術,在汽車上實施並部署各種基於雷達和視覺的先進駕駛人輔助系統。


這些能為汽車帶來極大安全提升的技術正在從高階車“專利”向中低階車普及,而更低成本的電子元件解決方案將大大縮短這一過程。例如,ADI在2011年年中推出的高整合度AD8283汽車雷達類比前端晶片就是這樣的一款產品,它在單一晶片中包含接收路徑信號調節和資料擷取電路,讓雷達系統可以接收更多數量的發射信號並進行解碼,更重要的是該晶片使汽車廠商能以低廉的成本實現以前在高階車中實現的車載雷達系統。ADI公司的匯聚式處理器Blackfin能夠提供成熟可靠的高性能視訊處理解決方案,適用於從單功能到多功能的各種系統,ADI新一代處理器中整合的視覺前置處理器能夠顯著減輕處理器的負擔,從而降低對處理器的性能要求,並進一步降低系統實現成本。此外,ADI最佳化的編譯器和“圖像工具箱”演算法庫能夠大幅地提高效率和MIPS,基於軟體的結構有助於使用者快速推出與眾不同的終端產品。同時,ADI豐富的產品線還提供視訊解碼器/編碼器、視訊多工器/開關和視訊放大器,為客戶提供系統的解決方案。


不斷進步的半導體技術為廠商提供更多領先選擇。例如在被動安全和主動安全設計中應用廣泛的MEMS產品上,ADI下一代MEMS產品整合度會更高,如把陀螺儀和低g加速度感測器整合在一起等等,高整合MEMS(如加速度感測器和陀螺儀整合於一身的ADXRS8XX,以及低g值和高g值的加速度感測器整合在一起的ADXL2XX已經在研發中。


電池管理技術是新能源汽車的關鍵

電池技術是新能源汽車的重要驅動力。目前,新能源汽車中的電池對新能源汽車的發展帶來很大的挑戰。如如何改善電池的充電時間、使用壽命、減輕電池的重量,增加電池的續航能力、降低成本、保證使用安全等等問題,都是新能源汽車迫切需要而且必需要解決的問題。


最近隨著業界對電池電量計算的準確度要求不斷提高,越來越優異的電池製程技術的出現,結果使得電池充放電曲線更加平坦,所以電池管理晶片需要擁有更高的測量準確度。另外,由於鋰電池的失效特性,電池管理系統的可靠性和安全性至關重要。國內廠商開始關注系統級的安全性設計,以及ISO26262標準的引入。在電池管理晶片領域,主流半導體廠商均在晶片中整合了越來越完備的故障報錯機制、資料校驗機制、以及冗餘監控機制,以?明客戶實現更高等級的系統級安全。


此外,很多廠商開始關注效率更高的主動式電池均衡性,以降低電池管理模組的發熱,節省電量消耗,這幾個新的技術趨勢也是目前ADI在電池管理晶片領域致力的方向。這些問題的解決,意味著消費者所擔心的電池系統安全性、電池的使用壽命以及成本等一系列問題隨之迎刃而解,將加快新能源汽車的普及速度。


在新能源汽車中的鉛酸電池控制上是提高能源效率關鍵的其中一環,在此一領域,ADI在歐美佔有超過95%的市場佔有率。除了鉛酸電池外,ADI也已經推出一系列可應用在混合動力車及純電動車上面的鋰電池監控和保護系統產品,該系統整合鋰電池安全監控器,可以?明使用者實現故障安全電路,並為之建構安全環境的安全監控元件。這款全新的監控器為設計師提供了他們開發完整電池監控和保護系統前端所需的最終解決方案。AD7280A /8280為整合式解決方案,可監控六個電池單元的電壓和溫度輸入,增強型的菊鏈連結口,可彈性匹配不同電池節數的電池包架構。該元件由電池組供電,可以針對過壓、過溫或欠壓這三種狀況中的任何一種提供共用式或單獨式警示。


在馬達控制部分,ADI的旋轉變壓器解碼器AD2S12xx系列,提供12至16位元的角度解析度以及高至3000轉/秒的跟蹤速度,廣泛應用於永磁同步馬達驅動器。對於電源管理方面的挑戰,ADI正在開發鋰離子電池監測技術,包括快速準確地監測和安全地控制混合電動汽車中使用的鋰離子電池組所要求的所有功能。與現有的晶片方案不同,這種新的電池監測技術具有非常全面的功能,包括電壓和溫度測量、故障警示輸出及電池平衡能力並具有同類最高的技術指標。由於無需使用多重隔離器就可將元件堆疊在高壓環境中,該技術可節省系統成本。


結語

隨著更多的安全和智慧配置成為汽車的標準配備,當前廠商所面臨的挑戰在於如何以最低的成本使產品具有最小的尺寸、最高的可靠性,以及在更高、更低溫度工作條件下的強固性和易於配置等特性。ADI公司作為MEMS、RF、放大器、轉換器和DSP領域的全球技術領導者,可為實現這樣的系統提供領先的技術,幫助汽車製造商以低成本、更小的尺寸和更短的開發時間克服了這些挑戰。


被動和主動安全系統開始與汽車中的其它電子系統融合,汽車正變得越來越自主、越來越智慧。借助雷達、視覺檢測等先進駕駛人輔助系統的應用,反應速度遠比駕駛人更快的電子系統將能接管控制權,降低事故的發生頻率和嚴重程度,並大大提升駕駛體驗。作為領先的汽車電子解決方案供應商。ADI公司在未來一年中將陸續推出更多具有創新特性和獨特優勢的技術解決方案,這些領先的解決方案也將在更多的汽車中得到普及。


(本文由ADI美商亞德諾公司提供)


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