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汽车电子打造安全、舒适、环保汽车的行车环境
 

【作者: ADI】2013年04月30日 星期二

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汽车相关的话题近年来总能在全球媒体占据很大的版面,一则经济不景气的当下全球汽车市场面临不断的震荡,二则全球对新能源汽车寄予太多的期望,新能源汽车的话题总是能吸引广泛的关注。而对于汽车生产和制造需求大增的今天来说,还有汽车高速成长带来的社会话题——汽车产业高速成长带来的经济效益以及因此带来的城市拥塞、环境污染以及交通安全等等。


新技术在汽车上的应用正在成为解决这些问题的关键。传统汽车制造商希望利用创新的技术在日趋激烈的市场竞争中抢占先机,甚至连“外行”的Google也悄无声息地展开了数十万公里无人驾驶汽车的实验。新能源汽车被视为解决汽车高速成长带来的环境问题和石油消耗困境的灵丹妙药,而电池管理和马达驱动技术已经成为决战未来新能源汽车市场的关键。


设计更安全、更智能的汽车

毫无疑问,在交通事故频发的今天,汽车安全是汽车消费的关注焦点。同时,汽车作为一种给人们生活带来极大便利的交通工具,其本身的驾驶便利性也是汽车市场竞争的热门议题之一。除了前文所述Google的自动驾驶汽车,目前部分高阶汽车已经具备了自动泊车功能,而通用汽车前不久更宣布他们正在开发一种新技术,利用这种技术的汽车将自动寻找空车位并全自动完成泊车过程。汽车智能化已然是当今汽车发展的重要趋势。


基于视觉的先进驾驶人辅助系统(ADAS)可以从多方面大大提高行车安全性和汽车智能特性。透过安装后视/前视/侧视摄影机和视觉处理,ECU可以实现多种功能来帮助驾驶人提前防范风险。受欢迎的应用包括车道偏离告警、远光近光调整、交通标志识别、停车辅助、后视/环视、防撞等。业界市场调查机构数据显示,目前有70%的汽车具备后视功能,30%的高阶汽车具备前视功能,到2015年这一比例预计会达到60%。



图一 : 先进驾驶辅助系统在汽车主动安全中有广泛应用。
图一 : 先进驾驶辅助系统在汽车主动安全中有广泛应用。

在被动安全方面,包含正面气囊的辅助防护安全系统(SRS)已经成为很多中阶轿车的标准配置。随着侧面安全气囊、帘式安全气囊等气囊数的增多,SRS正在向更先进的气囊系统发展。未来的趋势是低阶轿车中将两个正面气囊作为标准配置,而中高阶轿车中将出现六个或更多气囊,同时安全气囊还将趋向于智能化和整合化两个方面发展。


来自iSuppli公司的汽车研究专题报告显示:2011年先进驾驶辅助系统市场将达到16.5亿美元的营收,比2010年的10.5亿美元大增57%,2012年成长率则将上升到63%。作为全球汽车电子技术的领导厂商,ADI的观察是,目前全球主要的汽车供货商和OEM厂商都在利用ADI公司的领先高性能信号处理技术,在汽车上实施并部署各种基于雷达和视觉的先进驾驶人辅助系统。


这些能为汽车带来极大安全提升的技术正在从高阶车“专利”向中低阶车普及,而更低成本的电子组件解决方案将大大缩短这一过程。例如,ADI在2011年年中推出的高整合度AD8283汽车雷达模拟前端芯片就是这样的一款产品,它在单一芯片中包含接收路径信号调节和数据撷取电路,让雷达系统可以接收更多数量的发射信号并进行译码,更重要的是该芯片使汽车厂商能以低廉的成本实现以前在高阶车中实现的车载雷达系统。ADI公司的汇聚式处理器Blackfin能够提供成熟可靠的高性能视讯处理解决方案,适用于从单功能到多功能的各种系统,ADI新一代处理器中整合的视觉预处理器能够显著减轻处理器的负担,从而降低对处理器的性能要求,并进一步降低系统实现成本。此外,ADI优化的编译程序和“图像工具箱”算法库能够大幅地提高效率和MIPS,基于软件的结构有助于用户快速推出与众不同的终端产品。同时,ADI丰富的产品线还提供视讯译码器/编码器、视讯多任务器/开关和视讯放大器,为客户提供系统的解决方案。


不断进步的半导体技术为厂商提供更多领先选择。例如在被动安全和主动安全设计中应用广泛的MEMS产品上,ADI下一代MEMS产品整合度会更高,如把陀螺仪和低g加速度传感器整合在一起等等,高整合MEMS(如加速度传感器和陀螺仪整合于一身的ADXRS8XX,以及低g值和高g值的加速度传感器整合在一起的ADXL2XX已经在研发中。


电池管理技术是新能源汽车的关键

电池技术是新能源汽车的重要驱动力。目前,新能源汽车中的电池对新能源汽车的发展带来很大的挑战。如如何改善电池的充电时间、使用寿命、减轻电池的重量,增加电池的续航能力、降低成本、保证使用安全等等问题,都是新能源汽车迫切需要而且必需要解决的问题。


最近随着业界对电池电量计算的准确度要求不断提高,越来越优异的电池制程技术的出现,结果使得电池充放电曲线更加平坦,所以电池管理芯片需要拥有更高的测量准确度。另外,由于锂电池的失效特性,电池管理系统的可靠性和安全性至关重要。国内厂商开始关注系统级的安全性设计,以及ISO26262标准的引入。在电池管理芯片领域,主流半导体厂商均在芯片中整合了越来越完备的故障报错机制、数据校验机制、以及冗余监控机制,以?明客户实现更高等级的系统级安全。


此外,很多厂商开始关注效率更高的主动式电池均衡性,以降低电池管理模块的发热,节省电量消耗,这几个新的技术趋势也是目前ADI在电池管理芯片领域致力的方向。这些问题的解决,意味着消费者所担心的电池系统安全性、电池的使用寿命以及成本等一系列问题随之迎刃而解,将加快新能源汽车的普及速度。


在新能源汽车中的铅酸电池控制上是提高能源效率关键的其中一环,在此一领域,ADI在欧美占有超过95%的市场占有率。除了铅酸电池外,ADI也已经推出一系列可应用在混合动力车及纯电动车上面的锂电池监控和保护系统产品,该系统整合锂电池安全监控器,可以?明用户实现故障安全电路,并为之建构安全环境的安全监控组件。这款全新的监控器为设计师提供了他们开发完整电池监控和保护系统前端所需的最终解决方案。AD7280A /8280为整合式解决方案,可监控六个电池单元的电压和温度输入,增强型的菊链链接口,可弹性匹配不同电池节数的电池包架构。该组件由电池组供电,可以针对过压、过温或欠压这三种状况中的任何一种提供共享式或单独式警示。


在马达控制部分,ADI的旋转变压器译码器AD2S12xx系列,提供12至16位的角度分辨率以及高至3000转/秒的跟踪速度,广泛应用于永磁同步马达驱动器。对于电源管理方面的挑战,ADI正在开发锂离子电池监测技术,包括快速准确地监测和安全地控制混合电动汽车中使用的锂离子电池组所要求的所有功能。与现有的芯片方案不同,这种新的电池监测技术具有非常全面的功能,包括电压和温度测量、故障警示输出及电池平衡能力并具有同类最高的技术指针。由于无需使用多重隔离器就可将组件堆栈在高压环境中,该技术可节省系统成本。


结语

随着更多的安全和智能配置成为汽车的标准配备,当前厂商所面临的挑战在于如何以最低的成本使产品具有最小的尺寸、最高的可靠性,以及在更高、更低温度工作条件下的强固性和易于配置等特性。ADI公司作为MEMS、RF、放大器、转换器和DSP领域的全球技术领导者,可为实现这样的系统提供领先的技术,帮助汽车制造商以低成本、更小的尺寸和更短的开发时间克服了这些挑战。


被动和主动安全系统开始与汽车中的其它电子系统融合,汽车正变得越来越自主、越来越智能。借助雷达、视觉检测等先进驾驶人辅助系统的应用,反应速度远比驾驶人更快的电子系统将能接管控制权,降低事故的发生频率和严重程度,并大大提升驾驶体验。作为领先的汽车电子解决方案供货商。ADI公司在未来一年中将陆续推出更多具有创新特性和独特优势的技术解决方案,这些领先的解决方案也将在更多的汽车中得到普及。


(本文由ADI美商亚德诺公司提供)


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