英飞凌新年首谈汽车电子行业四大创新动力

汽车电子的发展潮流势不可挡，对于半导体技术的依赖也越来越显著。英飞凌作为欧洲最大、全球第二的汽车电子半导体供应商，为全球汽车市场的发展注入了勃勃生机。2014财年，英飞凌全球营收约为43.20亿欧元，其中汽车电子事业部贡献最大，收入19.65亿欧元，占据近50%的比重。 新年伊始，英飞凌汽车电子事业部系统应用副总裁Hans Adlkofer接受记者采访，畅谈了汽车电子行业的发展趋势，以及骄人的业绩背后，英飞凌的市场策略。 汽车电子行业的发展主要有哪些创新动力？Hans Adlkofer表示，二氧化碳减排、新能源汽车、自主驾驶和车联网是产业发展的四大驱动力，同时也对汽车半导体技术提出了很高的发展要求。 半导体是实现二氧化碳减排目标不可或缺的帮手 对比各国汽车排放历史水平及未来目标（图1），可以发现该领域的挑战非常严峻。特别是在中国，根据国家发布的《乘用车燃料消耗量限值》规定，到2015年我国生产的乘用车平均燃料消耗量要降至6.9升/百公里，2020年要进一步降至5.0升/百公里。

图1，各国汽车排放历史水平及未来目标。
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欧洲现在已经达到了130克，即6.9升的排放标准。这其中可以借鉴的经验包括涡轮增压以及其他一些节能减排的功能，例如EPS、胎压监控或是启停，这三个最主要的功能已经在欧洲车辆上得到了高比率的实施。 Hans Adlkofer表示，从机械化转到电气化，半导体是必须的过程。传统汽车有很多小型电机，以前通过皮带传送进行驱动，因而始终处于开启状态，造成了极大的能源浪费。这些电机的电气化或是电子化管理是将来的趋势之一，通过电动控制，使其在需要的时候才启动，自然是节能减排的一个主要途径。此外，水泵、真空泵的智能电气化也能够进一步降低二氧化碳的排放量。 通过小型电机的电气化以及一些功能组合，能够更好地减小外形并控制整车的布局。除此之外，还可以通过监控功能实现电机的控制更智能、更安全。针对小型电机的控制，英飞凌基于ARM Cortex-M3处理器、非易失存储器、模拟和混合信号外设、通信接口以及MOSFET栅极驱动器，将高性能微控制器集成到了单芯片上。传统设计需要独立的微控制器、桥式驱动器以及LIN（本地互联网络）收发器，而英飞凌将组件数量从以往的150多个锐减至30个以下，在3cm2的PCB空间内集成了电机控制的所有功能和相关外部组件，使电机电子集成更接近真正的机电一体化设计，便于客户更好地进行整体系统设计。 【分页导航】 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载 {pagination} 半导体技术在新能源汽车市场大有可为 在欧洲，宝马、雷诺等都已纷纷投身于电动汽车的开发中。传统的柴油机方面较为明显的趋势是：小型车加载48V启停系统，大型车则采用插电式混合动力的方案。据Hans Adlkofer介绍，欧洲在降低二氧化碳排放的创新技术包括：直接燃油喷射、7/8/9多速传动、小型化、起停功能、电源管理、热管理，以及通过车体减重、减少轮胎损耗和减轻风阻力和发动机摩擦等。 为了达到最低的排放，实现2020年的排放目标，除了传统概念上的二氧化碳排放技术之外，欧洲的做法是将排放量标准根据不同车型分成三档：小型车平均需要达到90克/公里，中型车需要达到100克/公里，大型车则可能要达到130克/公里。 英飞凌可以提供到从最简单的弱混（比如12V或者是48V的系统），到中混、强混、纯电动所需的方案，不管是MOSFET还是其他模块，英飞凌可以针对任何功率和任何用途提供相关的产品和解决方案。 谈到动力总成系统的电气化，Hans Adlkofer表示，最令人瞩目的变化就是每辆汽车的半导体元件成本增加了一倍（图2）。传统汽车中，平均每辆车中的半导体总量约为三百美元，而混合动力或是纯电动汽车中，半导体的元件成本则超过六百美元，几乎增长了一倍以上。新增的半导体元件主要包括传感器、单片机和功率器件，其中，功率器件（如MOS管、IGBT）占比重最大，约为76%。目前，英飞凌已经可提供90%左右的针对新能源汽车所需的半导体产品。

图2，2015年每辆汽车的半导体元件成本（美元）。
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面向全球的电动汽车市场，Hans Adlkofer认为半导体公司与车厂之间的合作非常重要，要想真正让整个电动车系统达到最高效、最安全的目标，直接和车厂合作进行系统开发非常重要，只有在前期参与设计并一起完成系统开发，才能真正实现电动汽车的高能效。 从燃料电池到混动再到纯电动汽车，英飞凌与全球各大车厂都有相关合作。得益于英飞凌的75颗半导体元件，宝马i3和i8实现了高效的电力传动，使用的产品包括：单片机AUDO、IGBT功率模块HybridPACK 2、EiceDRIVER产品、CoolMOS高压MOSFET等，以及安全气囊控制装置、LED照明模块、转向锁定、挡风玻璃雨刷和座椅安全带卷筒等。 【分页导航】 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载 {pagination} 自主驾驶将通过辅助驾驶功能逐步实现 “自主驾驶并非一蹴而就，更多在于逐步地通过辅助驾驶的功能得以实现（图3）。例如现在常见的倒车影像、热门的自动泊车，以及今后将会实现的紧急自动制动等，通过这些辅助驾驶功能的实现来达成最终的自主驾驶目标。”Hans Adlkofer表示。 要实现自动紧急制动的功能，首先需要远程的车距警告，根据第三方Strategy Analytics的调查，市场对该功能的出现持期待态度，因此车距告警系统也将成为英飞凌未来重点投入的方向。为了实现这方面的功能，英飞凌很早就投入了相应的技术研发，推出了首款高性能的77 GHz雷达解决方案，目前已有美国、欧洲和亚洲的多家汽车供应商选择了这款产品。 除此之外，还有驾驶员疲劳预警、拥塞领航等众多驾驶辅助系统将一一实现，英飞凌将通过一系列的创新产品和解决方案，在这一市场上占据优势。

图3，驾驶辅助系统。
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【分页导航】 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载 {pagination} 车联网——安全是重中之重 一直以来，汽车都是不与外界进行交流的封闭系统。而汽车未来的发展方向就是成为一个开放的系统，作为物联网的一部分与外界进行交互，这将对汽车整体系统的设计产生很大影响。最大的挑战在于从全封闭到全开放的实现过程中，每一个功能都会有黑客进攻的风险。 Hans Adlkofer认为，车联网目前还没有非常统一的标准，有关研发只能沿用现有消费电子的研发标准，这其中有很大的安全风险。他特别强调，安全并不是在现有的汽车设计中加入加密芯片就能实现，而是必须从整体系统架构和设计概念开始就重视安防功能。 英飞凌着眼于从整车的系统级架构（图4）来进行安全保护，通过系统级的分析进行设计并完成安全验证，从而实现整体系统的安防。在这方面，英飞凌的智能卡与安全事业部已有二十多年的安全保护经验，有助于在车联网领域进行安全保护功能的开发。

图4，英飞凌可提供的系统级解决方案。
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现在全球平均每一辆车里会有70~80个控制器，分析其具体功能，可根据其安全等级进行不同的加密或是安防措施。图5中带有黄色星标的都是英飞凌认为必须重点进行安防保护的系统，针对发动机控制系统、安全气囊以及车上的舒适性功能、驾驶员信息处理等系统，英飞凌致力于提供前沿的产品和系统解决方案，保护重要信息的传输、上传、下载，以达到联网后的安全防范。

图5，打造汽车系统级安全架构。
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Hans Adlkofer特别强调，随着车联网的发展，一个比较显著的趋势是许多非传统汽车行业的厂商开始进入这一领域，而英飞凌在这方面有独到优势，可通过产品级和系统级的支持，帮助客户实现汽车领域的高质量和高性能要求。 【分页导航】 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载 {pagination} 中国已成为英飞凌全球业务量最大的国家 Hans Adlkofer谈到，当前社会的三大核心需求是高能效、移动性、安全性，为了应对这三大挑战，英飞凌将旗下部门划分为四大事业部，首先是汽车电子事业部；第二个是工业功率控制事业部，主要针对高电压、高能效领域，比如风能、太阳能；第三个是电源管理和多元化市场事业部，主要针对消费类电子；第四个是智能卡和安全事业部。 英飞凌的四大事业部全面覆盖了这三大需求。作为一家高科技公司，截止到去年9月，英飞凌有21000项专利与应用，在全球有21个研发机构和12个生产基地。值得一提的是，欧洲一度是英飞凌全球业务量最大的地区，但是2014财年，亚太成为其全球最大的业务中心。特别是中国市场，2013财年和2014财年分别增长8%和20%，现已超过德国，成为英飞凌全球业务量最大的国家。 就中国新能源汽车的发展前景，Hans Adlkofer表示，中国的纯电动汽车和插电式汽车拥有全球最强有力的政府补贴，现在纯电动汽车能够做到和普通汽车一样甚至更低的价格，这是消费者接受新能源汽车的主要因素之一。但具体是采用纯电动还是混合动力的方式，还需视具体情况而定。例如重型卡车更适合混合动力的方式，相对小型或轻型的车则比较适合纯电动的方式，这两种类型将会共存。

图6，2014财年各事业部营收情况。
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三大策略持续关注汽车电子领域 据Hans Adlkofer解读，英飞凌在汽车电子市场的策略包括三方面，首先是节能环保，这不仅是全球趋势，也是驱动整个汽车产业发展的核心；其次是安全性，这是汽车产业的基石，之前更多的是被动安全，而现在整个产业都在向主动安全方面发展；第三方面就是智能化，除了让驾乘者更为舒适的功能，未来正趋于向自动驾驶和车联网的方向发展。英飞凌将会重点在这三方面持续推出创新的技术和产品，从而支持汽车行业的发展。 “当今的汽车行业，电气化已经成为必然的趋势，对半导体技术的依赖程度也在不断加剧。不论是动力总成、车身，还是信息娱乐系统、安全系统，英飞凌恩能为所有相关系统或功能提供相应的产品和系统解决方案。” Hans Adlkofer表示，“从半导体器件级的角度来看，英飞凌的传感器能够感应不同的信息，单片机能够进行数据运算，功率器件则能够提供所需要的电能。” Hans Adlkofer给出的这组炫目的数字足以证明英飞凌在汽车电子市场的领先地位：几乎每两辆新车中就有一辆使用了英飞凌的单片机；英飞凌几乎每天向汽车电子市场提供超过100万颗传感器；目前，平均每辆车使用了20颗传感器，其中4颗来自英飞凌；英飞凌在发动机控制应用领域排名第一；英飞凌是排名第一的轮速传感器供应商和排名第一的侧面安全气囊压力传感器供应商…… 【分页导航】 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载