安全+環(huán)保:中國(guó)汽車電子設(shè)計(jì)理念大勢(shì)所趨

2012年06月18日 09:24 來源:互聯(lián)網(wǎng) 作者:軼名 我要評(píng)論(0)

  電子發(fā)燒友網(wǎng)訊:本文主要跟汽車半導(dǎo)體廠商們一起聊聊中國(guó)新一代汽車電子的設(shè)計(jì)方向以及最新解決方案。隨著時(shí)代發(fā)展、生活節(jié)奏的加快以及人們思想境界的提升,中國(guó)新一代汽車電子的設(shè)計(jì)方向也必然會(huì)指向“安全”和“環(huán)保”這兩大風(fēng)向標(biāo)!

  正值中國(guó)汽車市場(chǎng)飽受經(jīng)濟(jì)危機(jī)沖擊之時(shí),提高汽車的安全性能以及綠色環(huán)保這兩大趨勢(shì)也驅(qū)動(dòng)著新一代汽車的發(fā)展,并指引汽車廠商生產(chǎn)出與消費(fèi)者的意向最相符、具有特色的下一代汽車。

  為降低能耗和減少溫室氣體的排放,綠色環(huán)保在汽車電子的設(shè)計(jì)上的應(yīng)用是大勢(shì)所趨。除了利用許多傳統(tǒng)技術(shù)使汽車更加符合環(huán)保要求外,各種汽車能源的替代形式,無論是替代燃料(如甲醇、乙醇等)汽車,還是混合動(dòng)力(油電組合)汽車(HEV)或純電動(dòng)汽車(EV),都已成為汽車廠家的最優(yōu)先考慮設(shè)計(jì)項(xiàng)目。

  對(duì)經(jīng)濟(jì)的預(yù)期,使得消費(fèi)者對(duì)汽車新功能的需求首先以安全為導(dǎo)向。能保障司機(jī)、乘客和行人安全,有效降低事故發(fā)生的高級(jí)安全系統(tǒng),比如無需增加太多成本的先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng),將是一個(gè)快速增長(zhǎng)汽車電子領(lǐng)域,并對(duì)汽車的差異化設(shè)計(jì)產(chǎn)生重要影響。除了安全氣囊等被動(dòng)安全系統(tǒng)外,未來越來越多的汽車還將采用基于視覺的主動(dòng)安全系統(tǒng),包括后視系統(tǒng)、車道偏離告警系統(tǒng)、司機(jī)注意力告警系統(tǒng)、前燈控制系統(tǒng)、防碰撞系統(tǒng)以及能夠在各種照明條件下檢測(cè)并分辨物體的自動(dòng)巡航控制系統(tǒng)等。

  混合動(dòng)力減能耗

  長(zhǎng)期來看,汽車設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵趨勢(shì)是減少能源消耗和氣體排放。從節(jié)能的角度來說,現(xiàn)在已有不同“綠色汽車”設(shè)計(jì),其中一些設(shè)計(jì)能讓消費(fèi)者以更少的預(yù)算滿足他們的需要。比如,啟動(dòng)/停止(Start-stop)功能便是一個(gè)價(jià)錢合理的節(jié)能功能。這種功能使內(nèi)燃機(jī)在汽車遇上紅燈或者堵車時(shí)便會(huì)自動(dòng)暫停運(yùn)作。整個(gè)啟動(dòng)/停止功能涉及的額外成本僅為300元美金,但能節(jié)省3%到10%的燃料,效果十分顯著。如果汽車在交通非常擁擠的城市中行駛,甚至可以節(jié)省高達(dá)25%的燃料。

  另一種情況是,汽車越輕,需要的燃料越少。如今一輛典型的汽車擁有多達(dá)100個(gè)電子控制模塊(如ABS、ESP、自動(dòng)車窗、為兒童準(zhǔn)備的后座娛樂系統(tǒng)等等),所有模塊都通過銅線實(shí)現(xiàn)相互間的通信。如果采用FlexRay以及類似技術(shù)通過單個(gè)總線系統(tǒng)來運(yùn)行,完全摒棄銅線,則能使車體重量大幅減輕。NXP的車載網(wǎng)絡(luò)總線產(chǎn)品(包括CAN/LIN總線收發(fā)器)具有更低的功耗、更好的EMC和ESD性能,是滿足這類應(yīng)用需求的理想方案。

  采用替代燃料的汽車和EV/HEV是汽車綠色設(shè)計(jì)的一個(gè)重要部分。與傳統(tǒng)汽車相比,HEV的汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)需要更多的電氣管理系統(tǒng),帶來了電源管理的新挑戰(zhàn)。

  “對(duì)于EV/HEV,其面臨的主要設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)是保持電池能量密度(每公斤封裝電池質(zhì)量的kW-hr容量);然后就是如何設(shè)計(jì)高效的逆變器,如何設(shè)計(jì)高效的DC/DC轉(zhuǎn)換器以便為12V負(fù)載供電,以及如何以廉價(jià)方式制造以上器件,而且實(shí)現(xiàn)最小的重量和尺寸。”飛兆半導(dǎo)體的汽車市場(chǎng)高級(jí)經(jīng)理RoyDavis表示。

  飛兆半導(dǎo)體的車身電子/智能開關(guān)業(yè)務(wù)部總監(jiān)GaryWagner進(jìn)一步解釋道:“具體而言,功率技術(shù)方面存在的挑戰(zhàn)包括:降低封裝硅器件(或其它半導(dǎo)體)的成本;減少封功率級(jí)的占位面積;減少開關(guān)器件的損耗;提高散熱性能并同時(shí)提高硅器件(或其它半導(dǎo)體)和封裝的工作溫度,以及使用更新的開關(guān)技術(shù)和功率電路拓?fù)洹?rdquo;

  解決這些設(shè)計(jì)難題需要輕量封裝材料、創(chuàng)新的緊湊型散熱方案、高效功率開關(guān)器件和控制技術(shù),以及改進(jìn)磁性材料在電感和變壓器中的使用,使得這些器件更小、也更輕。飛兆半導(dǎo)體的模塊和FANxxxx系列器件,以及能夠轉(zhuǎn)換至汽車應(yīng)用而有助于降低能耗的任何PWM控制器都被用來解決這些挑戰(zhàn)。

  HEV設(shè)計(jì)的另一個(gè)關(guān)鍵問題是高電壓。“由于輕度、全面及插電式HEV需要600V到1,200V之間的高電壓電子系統(tǒng),這令設(shè)計(jì)更具挑戰(zhàn)性。必須根據(jù)汽車的種類、大小和用途,在10kW到超過100kW的范圍去驅(qū)動(dòng)引擎。HEV的高電壓架構(gòu)還要部署額外的周邊系統(tǒng)以及能源和電池管理單元。”國(guó)際整流器公司(下文簡(jiǎn)稱IR)汽車產(chǎn)品副總裁及總經(jīng)理HenningM.Hauenstein博士表示。

  除此之外,還須要把電動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)和其他新式電子系統(tǒng)集成到新的HEV汽車架構(gòu)內(nèi),新式電子系統(tǒng)包括能實(shí)現(xiàn)12V和高電壓電源網(wǎng)之間能源傳送的DC/DC轉(zhuǎn)換器,以及空調(diào)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等眾多電子驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。Hauenstein博士指出:“這是一個(gè)很大的挑戰(zhàn),因?yàn)橐郧捌囯娮酉到y(tǒng)都習(xí)慣在12V電池環(huán)境下工作,但現(xiàn)在要面對(duì)高電壓電子帶來的對(duì)設(shè)備和生命安全的威脅,必須要把這些危險(xiǎn)的電子系統(tǒng)安全地隔離。”

  IR能為一部現(xiàn)代化HEV中的幾乎所有功率管理應(yīng)用提供全面芯片組解決方案,包括高電壓驅(qū)動(dòng)器IC、智能功率IC、智能開關(guān)、MOSFET以及適用于低、中和高達(dá)1,200V的高電壓IGBT開關(guān)。該公司最近推出了無鍵合線汽車用DirectFET產(chǎn)品線。這種革命性的MOSFET封裝新概念,不但為DC/DC轉(zhuǎn)換器和電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來非常低的RDS(ON),還同時(shí)免除了鍵合線,使快速開關(guān)狀況下的寄生電感基本上為零。

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