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电子再升级 汽车新生命
唇齿相依的汽车与电子

【作者: 王岫晨】2006年09月05日 星期二

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随着车用电子之技术与产品持续朝向多样化与数位化趋势发展,目前的车辆功能再也不止是强调单一的移动运输,新一代车辆在各大车厂强调智慧型车辆功能的需求下,除了各项更新进化的行车功能之外,打造车内乘坐空间使之具备无线通讯之行动办公室、以及视听多媒体之娱乐环境已成为趋势。


科技发展让人类生活随之改变。相同地,汽车在这样的演化趋势下,渐渐从引擎室到乘客室,也越来越具备智慧化与人性化。从行车监控、安全防护、即时资讯、无线通讯到影音娱乐等功能的引进,都让车用电子产业,以整合行动办公室与娱乐环境等资讯、通讯、消费性电子之特色,逐渐发展成为个人生活与企业经营之重要配角。


安全、省电、环保、智慧化及资讯化是未来汽车发展的主要趋势。从传动系统和引擎控制管理,到环境控制、娱乐、防锁定煞车系统、线控转向、感测器及高阶运算等功能,在当今汽车中的日益普及,也因此使汽车驾驶变得更安全、更有效率,并更具娱乐功能。目前的高阶车款均配备超过70个电子微控制器,而胎压监视系统、防撞警示等最新应用,也以每年6%到8%的速度增长。面对这样的需求,汽车电子化的趋势越来越明显,也使得半导体在汽车建置成本上所占的比例越来越高。


车用环境的特殊要求

飞思卡尔(Freescale)台湾区总经理林信宏指出,汽车产业对半导体产品具有许多特殊的要求,汽车电子产品不仅要求在极苛刻的环境下运行,例如可能要工作在-40度到+125度的环境中,还要保证足够的可靠性和稳定性。业界有人提出:汽车电子的品质就是发展的推动力。对于汽车半导体厂商来说,为汽车电子产业提供方案的过程,也是自身不断改进品质的过程。汽车/汽车电子生产商通常要求元件生产商提供100%无缺陷的产品。而相关厂商的目标,都是为汽车电子客户提供零缺陷的半导体元件,并提供通过各种认证的汽车电子元件。


也因此,针对汽车电子应用,可约略分为五大主要产品线:


  • ●汽车动力传动系统控制(引擎控制、变速器控制、巡航控制系统、交流发电机、气门控制等);


  • ●车身控制系统(车灯、空调系统、雨刷、电动车窗、电动天窗、电动座椅调整及其它车身控制系统);


  • ●安全控制系统(轮胎压力系统、安全气囊、碰撞警报、夜间睡意监视器等);


  • ●底盘控制系统(制动系统、防滑控制系统、动力转向控制、悬架系统);


  • ●汽车资讯系统(仪表板、里程计算、娱乐、服务、行动通讯、资讯处理和GPS导航系统等)。



车用市场预测

车用电子是一项涉及汽车制造、电子、光电、资讯与通讯等多项技术的产业,由于越来越多传统车用机械零件被半导体晶片所取代,因此带动车用半导体市场商机更为蓬勃。车用电子市场商机到底有多大呢?根据IC-Insights统计资料显示,车用电子IC市场从2003年的97亿美元,预计2008年将成长至181亿美元,年复合成长率高达13%,可望超过资讯用IC年的复合成长率12%,与消费性IC并列市场第二,仅次于通讯IC的19%。


据统计,目前全球每年出厂的新车产值约7200亿美元。其中,亚洲地区出厂之新车,车用电子占汽车整车制造成本比重,约15%~20%,2004年的全球汽车电子市场规模约为1225亿美元。


另外,根据WARDS automotive的预估,2008年全球新车市场规模将达4810万台,虽然比起2004年的4780万辆仅呈现小幅度成长,但预计这些未来出厂的新车中,电子零组件占整车总成本之比例将呈大幅成长态势。 IC-Insights统计,2010年车用电子占总成本比例将达40%,较2004年的23%成长17个百分点,这表示车用电子在整车上的渗透率正持续增快。


而根据全球半导体贸易统计组织(WSTS)与Strategy Analytics估计,全球车用电子占整车产值的比率,预计将由目前低于两成的状况,逐步提高至2010年的四成左右,该预测与IC -Insights之统计相近。而预估2006年全球车用电子市场的总产值,将达到1446亿4000万美元,这个数字大约是全球笔记型电脑产值的两倍,而其年复合成长率也将达到7.5%。


不仅如此,Strategy Analytics更预测指出,到了2008年,车用电子之产值将达到1635亿美元,相当于新台币五兆元以上。这个数值所代表的,大约是目前台湾资讯产业整体产值的两倍,或者半导体产业整体产值的四倍。工研院ITIS的研究报告也指出,预估到了2012年,全球车用电子?品的市场规模将达1853亿美元,主要市场仍集中于欧洲、北美与日本等地区,所占比重超过80% ,而中国大陆则是最具发展潜力的新兴市场,近年来的年复合成长率始终维持约两成。其中,包括车内网路、LED(Light Emitting Diode)及感测器等,都将随着车用电子产业而快速成长,每年的成长幅度预估也都将维持在约两成左右。


由于车用电子与全球半导体市场连动性紧密,因此尽管经历了2000年到2001年的全球半导体景气低靡,车用半导体市场却能置身于外,显示车用半导体之成长率远高于整体半导体市场。也由于车用电子在全球半导体市场所扮演的角色将愈来愈重要,其商机无限,因此车用电子也成为各电子业者积极跨足的领域。


车用网路系统发展趋势

行车所需的各项资讯必须利用车内汇流排系统来达到资料之传输与通讯,在过去十年间的发展,至今已有超过40几种的车用通讯协定。早期美国汽车电子工程协会(SAE)依据不同应用将车内通讯协定分为Class A、Class B与Class C等三种规范。目前主要的车用网路介面则包括了LIN、CAN、FlexRay与MOST进等四种。CAN通讯协定(Controller Area Network)早是一种多主控、多重播送的车内通讯协定,主要控制车内各电子系统装置及ECU之间交换资讯,可减少线路安装费用、可靠度高,且能提供车内短距离传输更快的传输速率。


LIN(Local Interconnect Network)具备短距离、低速网路通讯、低成本的特色,被应用在汽车上各式电子系统的低速通讯协定。 LIN的主诉求在于价格低廉,速率约介于1kBaud~20kBaud间。随着LIN的问世,汽车业界希望CAN与LIN这两种协定能有互通性,CAN负责车内部通讯,LIN负责车内电路系统,分别针对车内不同的电子设备,让LIN能辅助主要之汽车网路CAN汇流排。在不须高速、宽频传输的汽车电控系统,如车身控制、驾驶资讯、制动装置间通讯与系统智慧感测器等,能以LIN汇流排替代,以降低成本。


往后汽车电子将迈向网路化和智慧化的发展方向。电子控制装置将通过CAN汇流排提供稳定、可靠的低成本网路连接;电机、开关、感测器和车灯等则会透过区域互连网路(LIN)进行网路连接。


MOST(Media Oriented Systems Transport)光纤网路之传输速率达25Mbps,是以高速汇流排为主要导向,适合车用影音多媒体应用。但只能使用在非安全、非控制关键性的任务,而非与行车安全相关之应用。 FlexRay则锁定高传输、高抗受与高时效性应用。 FlexRay采时触性传输,以确保发送动作能在50μS内完成,同时传输上也具有侦错、更错能力,接线上也相当弹性,可采单线式、双线互为备援式、星状放射式。


FlexRay具备较大优势

FlexRay的传输速度是目前各种介面中最快,且是对于线控煞车、线控转向等功能不可或缺的网路技术。 FlexRay的优势在于同时支援时间触发型和事件触发型两种通讯标准,此外FlexRay同时采用静态段与动态段两种传送权分配方式,使得灵活性提高,资料传输率也可增加。


目前最普及的CAN协定最高传输速度仅有1Mbps,将来随着ECU数量增加,资料存取速度将受限。且CAN的存取方式是采事件触发型,若从系统设计端的角度来观察,要知道事件引发原因将有其困难。而FlexRay的通讯速度是目前各种介面中最快的,且是实现X-by-wire不可或缺的网路技术,并有助于减轻车体重量,实现安全装置的连动。至于未来FlexRay是否能取代其他传输协定,由于各种协定各有不同传输速度与应用领域,因此未来可能的状况是各技术各拥山头,在不同的领域都有发挥空间,短期内不会出现单一技术取代其他技术的状况。但FlexRay所具备的优势仍让各界普遍看好未来之发展性。此外,瑞萨科技技术行销部副主任何吉哲也表示,目前车用网路需透过高速、中速与低速的总线性分割,来达到提高系统性能的实质性。


《图一 飞思卡尔台湾区总经理林信宏》
《图一 飞思卡尔台湾区总经理林信宏》

Telematics

Telematics是一项新的整合性产业,整合范围涵盖数位内容、通讯频宽、资讯与客户服务等四大产业。在运作模式中必须结合数位广播(Broadcast)、资讯(Information)、电信(telecommunication)与汽车科技等四项领域之高科技技术,形成运算、人机介面(HMI)、软体平台、与内容等呈现在用车人眼前,并透过大众数位广播方式如DVB或DAB,或者电信通讯等方式来维持即时资讯与内容的完整性。


以日本市场来看,由于日本是全世界汽车密度最高的国家(每平方英哩493辆汽车),加上无法透过点对点的导航,因此造成Telematics系统在日本扮演了不同于其他区域的导航系统角色。日本政府在政策制定、基础建设的建立与法令上的规范都有极高度的配合,目前日本政府更致力于发展包括短期过桥收费付款、交通状况侦测与控制,以及长期的智慧型高速公路等智慧型运输系统。此两种独特的发展使得Telematics在日本区域的未来发展上成长性十足。Telematics Research Group报告指出在亚太地区,2003年Telematics的总产值已达3.7亿美元,预计2010年将达到70亿美元的规模,年复合成长率将近50%。


Telematics产业分别由PC相关周边设备厂商、汽车电子产品厂商、行动电话业者与消费性电子产品厂商等硬体系统与软体服务两产业业者所组成。系统硬体如车机、汽车电子配备产品等,服务则为透过客服中心所提供之Telematics服务。


在2004年全球Telematics市场总产值中,硬体市场约占了整体市场比例的75%,服务则占25%。但估计到了2010年硬体市场之比例将下降到60%,服务市场则将成长到40%。这显示了服务市场在未来将持续成长,而硬体市场则如同现今之IT产业一般,其毛利率将逐渐降低。而服务则因为具有规模经济特性,在成熟期以后陆续整并成少数几家大厂,以保持利润维持不墬。因此,掌握内容、提供服务将是未来数年主导Telematics产业成功之关键因素。


飞利浦半导体(Philips)大中华区汽车电子与智能识别产品总经理张焕麟指出,相较于其他车用电子之核心零组件市场多为国际大厂所把持,Telematics更是台湾业者进军车用电子的大好机会。根据工研院ITIS的估计,到了2008年台湾Telematics硬体市场总产值约为新台币195亿元,服务市场约为新台币105亿元,因此整体台湾Telematics的车载设备与资通讯服务市场将成长至超过新台币300亿元以上,从2003年~2015年累计总产值更将高达新台币6000亿元。


车用装置将以电脑作为平台,将车用通讯、导航、视听娱乐与网路控制等整合成为一个多媒体资讯系统。飞思卡尔也致力开发资讯娱乐产品,包括利用Amadeus媒体处理器所研发的可携式和车用MP3音频解决方案、采用PowerPC mobileGT为平台的Telematics车用资讯娱乐方案,以及多声道环绕Onyx DSP音频方案等。


《图二 飞利浦大中华区汽车电子与智能识别产品总经理张焕麟》
《图二 飞利浦大中华区汽车电子与智能识别产品总经理张焕麟》

发展车用电子之最大挑战

未来在车用电子市场上,开放性标准、融合性技术(Convergence technology)及创新,使产品具备智慧型功能及互通性将成为市场的必然趋势。在数位聚合已成为市场趋势的同时,标准的互通性相对变得十分重要。融合性技术,再加上定义清晰明确的标准,将促使相关​​厂商开发更多模组化的现成元件​​,而客户只需根据应用需求,选择可配搭相应的元件即可。目前半导体产业正将各种通用技术和解决方案融合在一起,并采用更多的通用子系统。例如将PowerPC技术从个人电脑领域,整合汽车电子领域。


创新焦点也从人与人之间,或人与机器之间的互动,转移到机器与机器之间的互动。在不久的将来,通用​​技术之间的融合,将促使机器与机器之间资讯交换大幅度的成长。举例而言,汽车将可自行与当地维修服务站交换资讯,除了安排维护保养的时间表外,还可随时进行采购。车内的电子系统,如加速器和惯性感测器,将能依据路面情况进行自动反应,使驾驶更安全、更舒适和更有效率。


这股整合趋势对汽车生产商及其他消费电子生产商带来机会及挑战。例如,随着全球的燃油价格的不断上升及环境保护的要求,加上不同国家在环保、废气排放、能源管理、汽车安全规格等问题上有不同的规定,使得汽车生产商在燃油经济性、环境保护能源管理/混合动力/燃料电池、提高燃油效率和排放标准等面临强大的压力,以符合不同地区的要求及法规。


车用电子的市场电子化的好处包括:


  • ●提升汽车燃料的经济效益;


  • ●减少二氧化碳、粒子、氮氧化物的排放;


  • ●增加现今汽车的清洁程度:现今的汽车比1980年清洁三十倍左右;


  • ●透过在安全气囊、感测器、防锁定煞车系统、胎压感应器方面的电子应用,降低死亡及意外的比例;


  • ●增加制动功能等汽车安全装置,以减少汽车失窃率;


  • ●将教育及娱乐功能带入汽车之中,并使汽车更加舒适。



《图三 瑞萨科技技术营销部副主任何吉哲》
《图三 瑞萨科技技术营销部副主任何吉哲》

车用电子市场未来发展与趋势

车用电子市场正逐渐成长之中。虽然目前车用电子仅占整体半导体市场的8%,但预计将是除无线通讯市场之外,成长最快速的半导体产业。


在未来,车内个人系统将会让汽车拥有强大独立行动能力,使其能够更安全、更有效率及更具娱乐功能。以Embedded System Control(ESC)为例,自动导航控制、巷道停车警示、行人警示等新系统,这些功能都可透过不同的ESC系统完成。随着更多的汽车电子的应用,预计一辆车内汽车电子的成本将从230美元到2015年的450美元以上。因此,透过创新设计,电子系统将可使汽车独立行动,使其更安全、舒适及更有效率。


延伸阅读

根据日本电子资讯技术产业协会统计,2003年全球汽车对于半导体的需求高达140亿美元,比2002年成长19%,至2007年将达209.1亿美元。 iSuppli也指出,在2008年以前,全球汽车业对晶片的需求量将增加至245亿美元。相关介绍请见「 车用半导体 门槛高挑战大 可靠度要求严苛 品质为基本条件」一文。

全球汽车市场的需求朝向多样化、客制化,车用电子产品的开发和应用,逐渐成为电子资讯技术改造传统产业的一大利基,同时为汽车产业与电子产业带来新的生机和活力。你可在「 寻找3C之后的下一个C风潮 车用电子将为产业带来无限商机 」一文中得到进一步的介绍。

汽车产业向来被称为「火车头产业」,具有带领国家经济指标的重大意义。在汽车与资讯正在逐步兼容的时间点上,横扫全球资讯产业的台湾自然不能缺席,IT与控制系统是台湾在车用电子的两大利基。在「全球汽车电子重炮 将有赖台湾军火补给」一文为你做了相关的评析。

市场动态

日本汽车工业会日前公开了日本国内汽车需求的2004年度估算和2005年度预测。预计2005年度将达593万5000辆,为上一年的101.9%。具体来说,注册车达410万辆(为上一年的103.7%),轻型四轮车达183万5000辆(为上一年的97.9%)。相关介绍请见「日本汽车工业会发表2005年度国内汽车需求预测」一文。

全球最大汽车电子半导体供应商飞思卡尔宣布,由于中国汽车产业的发展,中国汽车半导体市场的成长率在未来几年将以每年20%的速度成长,高于全球汽车半导体市场11.1%的成长。你可在「 中国车用半导体每年成长20%」一文中得到进一步的介绍。

裕隆集团执行长严凯泰号召鸿海董事长郭台铭、广达董事长林百里、华硕董事长施崇棠、仁宝电脑董事长许胜雄等电子巨子,将和裕隆合组新公司,共同推动IA整车计画,开发新车和汽车电子零组件。在「严凯泰号召电子业 推动IA整车计画」一文为你做了相关的评析。

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