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電子再升級 汽車新生命
脣齒相依的汽車與電子

【作者: 王岫晨】   2006年09月05日 星期二

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隨著車用電子之技術與產品持續朝向多樣化與數位化趨勢發展,目前的車輛功能再也不止是強調單一的移動運輸,新一代車輛在各大車廠強調智慧型車輛功能的需求下,除了各項更新進化的行車功能之外,打造車內乘坐空間使之具備無線通訊之行動辦公室、以及視聽多媒體之娛樂環境已成為趨勢。


科技發展讓人類生活隨之改變。相同地,汽車在這樣的演化趨勢下,漸漸從引擎室到乘客室,也越來越具備智慧化與人性化。從行車監控、安全防護、即時資訊、無線通訊到影音娛樂等功能的引進,都讓車用電子產業,以整合行動辦公室與娛樂環境等資訊、通訊、消費性電子之特色,逐漸發展成為個人生活與企業經營之重要配角。


安全、省電、環保、智慧化及資訊化是未來汽車發展的主要趨勢。從傳動系統和引擎控制管理,到環境控制、娛樂、防鎖定煞車系統、線控轉向、感測器及高階運算等功能,在當今汽車中的日益普及,也因此使汽車駕駛變得更安全、更有效率,並更具娛樂功能。目前的高階車款均配備超過70個電子微控制器,而胎壓監視系統、防撞警示等最新應用,也以每年6%到8%的速度增長。面對這樣的需求,汽車電子化的趨勢越來越明顯,也使得半導體在汽車建置成本上所占的比例越來越高。


車用環境的特殊要求

飛思卡爾(Freescale)台灣區總經理林信宏指出,汽車產業對半導體產品具有許多特殊的要求,汽車電子產品不僅要求在極苛刻的環境下運行,例如可能要工作在-40度到+125度的環境中,還要保證足夠的可靠性和穩定性。業界有人提出:汽車電子的品質就是發展的推動力。對於汽車半導體廠商來說,為汽車電子產業提供方案的過程,也是自身不斷改進品質的過程。汽車/汽車電子生產商通常要求元件生產商提供100%無缺陷的產品。而相關廠商的目標,都是為汽車電子客戶提供零缺陷的半導體元件,並提供通過各種認證的汽車電子元件。


也因此,針對汽車電子應用,可約略分為五大主要產品線:


  • ●汽車動力傳動系統控制(引擎控制、變速器控制、巡航控制系統、交流發電機、氣門控制等);


  • ●車身控制系統(車燈、空調系統、雨刷、電動車窗、電動天窗、電動座椅調整及其它車身控制系統);


  • ●安全控制系統(輪胎壓力系統、安全氣囊、碰撞警報、夜間睡意監視器等);


  • ●底盤控制系統(制動系統、防滑控制系統、動力轉向控制、懸架系統);


  • ●汽車資訊系統(儀錶盤、里程計算、娛樂、服務、行動通訊、資訊處理和GPS導航系統等)。



車用市場預測

車用電子是一項涉及汽車製造、電子、光電、資訊與通訊等多項技術的產業,由於越來越多傳統車用機械零件被半導體晶片所取代,因此帶動車用半導體市場商機更為蓬勃。車用電子市場商機到底有多大呢?根據IC-Insights統計資料顯示,車用電子IC市場從2003年的97億美元,預計2008年將成長至181億美元,年複合成長率高達13%,可望超過資訊用IC年的複合成長率12%,與消費性IC並列市場第二,僅次於通訊IC的19%。


據統計,目前全球每年出廠的新車產值約7200億美元。其中,亞洲地區出廠之新車,車用電子占汽車整車製造成本比重,約15%~20%,2004年的全球汽車電子市場規模約為1225億美元。


另外,根據WARDS automotive的預估,2008年全球新車市場規模將達4810萬台,雖然比起2004年的4780萬輛僅呈現小幅度成長,但預計這些未來出廠的新車中,電子零組件佔整車總成本之比例將呈大幅成長態勢。IC-Insights統計,2010年車用電子佔總成本比例將達40%,較2004年的23%成長17個百分點,這表示車用電子在整車上的滲透率正持續增快。


而根據全球半導體貿易統計組織(WSTS)與Strategy Analytics估計,全球車用電子占整車產值的比率,預計將由目前低於兩成的狀況,逐步提高至2010年的四成左右,該預測與IC-Insights之統計相近。而預估2006年全球車用電子市場的總產值,將達到1446億4000萬美元,這個數字大約是全球筆記型電腦產值的兩倍,而其年複合成長率也將達到7.5%。


不僅如此,Strategy Analytics更預測指出,到了2008年,車用電子之產值將達到1635億美元,相當於新台幣五兆元以上。這個數值所代表的,大約是目前台灣資訊產業整體產值的兩倍,或者半導體產業整體產值的四倍。工研院ITIS的研究報告也指出,預估到了2012年,全球車用電子?品的市場規模將達1853億美元,主要市場仍集中於歐洲、北美與日本等地區,所占比重超過80%,而中國大陸則是最具發展潛力的新興市場,近年來的年複合成長率始終維持約兩成。其中,包括車內網路、LED(Light Emitting Diode)及感測器等,都將隨著車用電子產業而快速成長,每年的成長幅度預估也都將維持在約兩成左右。


由於車用電子與全球半導體市場連動性緊密,因此儘管經歷了2000年到2001年的全球半導體景氣低靡,車用半導體市場卻能置身於外,顯示車用半導體之成長率遠高於整體半導體市場。也由於車用電子在全球半導體市場所扮演的角色將愈來愈重要,其商機無限,因此車用電子也成為各電子業者積極跨足的領域。


車用網路系統發展趨勢

行車所需的各項資訊必須利用車內匯流排系統來達到資料之傳輸與通訊,在過去十年間的發展,至今已有超過40幾種的車用通訊協定。早期美國汽車電子工程協會(SAE)依據不同應用將車內通訊協定分為Class A、Class B與Class C等三種規範。目前主要的車用網路介面則包括了LIN、CAN、FlexRay與MOST進等四種。CAN通訊協定(Controller Area Network)早是一種多主控、多重播送的車內通訊協定,主要控制車內各電子系統裝置及ECU之間交換資訊,可減少線路安裝費用、可靠度高,且能提供車內短距離傳輸更快的傳輸速率。


LIN(Local Interconnect Network)具備短距離、低速網路通訊、低成本的特色,被應用在汽車上各式電子系統的低速通訊協定。LIN的主訴求在於價格低廉,速率約介於1kBaud~20kBaud間。隨著LIN的問世,汽車業界希望CAN與LIN這兩種協定能有互通性,CAN負責車內部通訊,LIN負責車內電路系統,分別針對車內不同的電子設備,讓LIN能輔助主要之汽車網路CAN匯流排。在不須高速、寬頻傳輸的汽車電控系統,如車身控制、駕駛資訊、制動裝置間通訊與系統智慧感測器等,能以LIN匯流排替代,以降低成本。


往後汽車電子將邁向網路化和智慧化的發展方向。電子控制裝置將通過CAN匯流排提供穩定、可靠的低成本網路連接;電機、開關、感測器和車燈等則會透過區域互連網路(LIN)進行網路連接。


MOST(Media Oriented Systems Transport)光纖網路之傳輸速率達25Mbps,是以高速匯流排為主要導向,適合車用影音多媒體應用。但只能使用在非安全、非控制關鍵性的任務,而非與行車安全相關之應用。FlexRay則鎖定高傳輸、高抗受與高時效性應用。FlexRay採時觸性傳輸,以確保發送動作能在50μS內完成,同時傳輸上也具有偵錯、更錯能力,接線上也相當彈性,可採單線式、雙線互為備援式、星狀放射式。


FlexRay具備較大優勢

FlexRay的傳輸速度是目前各種介面中最快,且是對於線控煞車、線控轉向等功能不可或缺的網路技術。FlexRay的優勢在於同時支援時間觸發型和事件觸發型兩種通訊標準,此外FlexRay同時採用靜態段與動態段兩種傳送權分配方式,使得靈活性提高,資料傳輸率也可增加。


目前最普及的CAN協定最高傳輸速度僅有1Mbps,將來隨著ECU數量增加,資料存取速度將受限。且CAN的存取方式是採事件觸發型,若從系統設計端的角度來觀察,要知道事件引發原因將有其困難。而FlexRay的通訊速度是目前各種介面中最快的,且是實現X-by-wire不可或缺的網路技術,並有助於減輕車體重量,實現安全裝置的連動。至於未來FlexRay是否能取代其他傳輸協定,由於各種協定各有不同傳輸速度與應用領域,因此未來可能的狀況是各技術各擁山頭,在不同的領域都有發揮空間,短期內不會出現單一技術取代其他技術的狀況。但FlexRay所具備的優勢仍讓各界普遍看好未來之發展性。此外,瑞薩科技技術行銷部副主任何吉哲也表示,目前車用網路需透過高速、中速與低速的總線性分割,來達到提高系統性能的實質性。


《圖一 飛思卡爾台灣區總經理林信宏》
《圖一 飛思卡爾台灣區總經理林信宏》

Telematics

Telematics是一項新的整合性產業,整合範圍涵蓋數位內容、通訊頻寬、資訊與客戶服務等四大產業。在運作模式中必須結合數位廣播(Broadcast)、資訊(Information)、電信(telecommunication)與汽車科技等四項領域之高科技技術,形成運算、人機介面(HMI)、軟體平台、與內容等呈現在用車人眼前,並透過大眾數位廣播方式如DVB或DAB,或者電信通訊等方式來維持即時資訊與內容的完整性。


以日本市場來看,由於日本是全世界汽車密度最高的國家(每平方英哩493輛汽車),加上無法透過點對點的導航,因此造成Telematics系統在日本扮演了不同於其他區域的導航系統角色。日本政府在政策制定、基礎建設的建立與法令上的規範都有極高度的配合,目前日本政府更致力於發展包括短期過橋收費付款、交通狀況偵測與控制,以及長期的智慧型高速公路等智慧型運輸系統。此兩種獨特的發展使得Telematics在日本區域的未來發展上成長性十足。Telematics Research Group報告指出在亞太地區,2003年Telematics的總產值已達3.7億美元,預計2010年將達到70億美元的規模,年複合成長率將近50%。


Telematics產業分別由PC相關週邊設備廠商、汽車電子產品廠商、行動電話業者與消費性電子產品廠商等硬體系統與軟體服務兩產業業者所組成。系統硬體如車機、汽車電子配備產品等,服務則為透過客服中心所提供之Telematics服務。


在2004年全球Telematics市場總產值中,硬體市場約佔了整體市場比例的75%,服務則佔25%。但估計到了2010年硬體市場之比例將下降到60%,服務市場則將成長到40%。這顯示了服務市場在未來將持續成長,而硬體市場則如同現今之IT產業一般,其毛利率將逐漸降低。而服務則因為具有規模經濟特性,在成熟期以後陸續整併成少數幾家大廠,以保持利潤維持不墬。因此,掌握內容、提供服務將是未來數年主導Telematics產業成功之關鍵因素。


飛利浦半導體(Philips)大中華區汽車電子與智能識別產品總經理張煥麟指出,相較於其他車用電子之核心零組件市場多為國際大廠所把持,Telematics更是台灣業者進軍車用電子的大好機會。根據工研院ITIS的估計,到了2008年台灣Telematics硬體市場總產值約為新台幣195億元,服務市場約為新台幣105億元,因此整體台灣Telematics的車載設備與資通訊服務市場將成長至超過新台幣300億元以上,從2003年~2015年累計總產值更將高達新台幣6000億元。


車用裝置將以電腦作為平台,將車用通訊、導航、視聽娛樂與網路控制等整合成為一個多媒體資訊系統。飛思卡爾也致力開發資訊娛樂產品,包括利用Amadeus媒體處理器所研發的可攜式和車用MP3音頻解決方案、採用PowerPC mobileGT為平台的Telematics車用資訊娛樂方案,以及多聲道環繞Onyx DSP音頻方案等。


《圖二 飛利浦大中華區汽車電子與智能識別產品總經理張煥麟》
《圖二 飛利浦大中華區汽車電子與智能識別產品總經理張煥麟》

發展車用電子之最大挑戰

未來在車用電子市場上,開放性標準、融合性技術(Convergence technology)及創新,使產品具備智慧型功能及互通性將成為市場的必然趨勢。在數位聚合已成為市場趨勢的同時,標準的互通性相對變得十分重要。融合性技術,再加上定義清晰明確的標準,將促使相關廠商開發更多模組化的現成元件,而客戶只需根據應用需求,選擇可配搭相應的元件即可。目前半導體產業正將各種通用技術和解決方案融合在一起,並採用更多的通用子系統。例如將PowerPC技術從個人電腦領域,整合汽車電子領域。


創新焦點也從人與人之間,或人與機器之間的互動,轉移到機器與機器之間的互動。在不久的將來,通用技術之間的融合,將促使機器與機器之間資訊交換大幅度的成長。舉例而言,汽車將可自行與當地維修服務站交換資訊,除了安排維護保養的時間表外,還可隨時進行採購。車內的電子系統,如加速器和慣性感測器,將能依據路面情況進行自動反應,使駕駛更安全、更舒適和更有效率。


這股整合趨勢對汽車生產商及其他消費電子生產商帶來機會及挑戰。例如,隨著全球的燃油價格的不斷上升及環境保護的要求,加上不同國家在環保、廢氣排放、能源管理、汽車安全規格等問題上有不同的規定,使得汽車生產商在燃油經濟性、環境保護能源管理/混合動力/燃料電池、提高燃油效率和排放標準等面臨強大的壓力,以符合不同地區的要求及法規。


車用電子的市場電子化的好處包括:


  • ●提升汽車燃料的經濟效益;


  • ●減少二氧化碳、粒子、氮氧化物的排放;


  • ●增加現今汽車的清潔程度:現今的汽車比1980年清潔三十倍左右;


  • ●透過在安全氣囊、感測器、防鎖定煞車系統、胎壓感應器方面的電子應用,降低死亡及意外的比例;


  • ●增加制動功能等汽車安全裝置,以減少汽車失竊率;


  • ●將教育及娛樂功能帶入汽車之中,並使汽車更加舒適。



《圖三 瑞薩科技技術行銷部副主任何吉哲》
《圖三 瑞薩科技技術行銷部副主任何吉哲》

車用電子市場未來發展與趨勢

車用電子市場正逐漸成長之中。雖然目前車用電子僅佔整體半導體市場的8%,但預計將是除無線通訊市場之外,成長最快速的半導體產業。


在未來,車內個人系統將會讓汽車擁有強大獨立行動能力,使其能夠更安全、更有效率及更具娛樂功能。以Embedded System Control(ESC)為例,自動導航控制、巷道停車警示、行人警示等新系統,這些功能都可透過不同的ESC系統完成。隨著更多的汽車電子的應用,預計一輛車內汽車電子的成本將從230美元到2015年的450美元以上。因此,透過創新設計,電子系統將可使汽車獨立行動,使其更安全、舒適及更有效率。


延 伸 閱 讀

根據日本電子資訊技術產業協會統計,2003年全球汽車對於半導體的需求高達140億美元,比2002年成長19%,至2007年將達209.1億美元。iSuppli也指出,在2008年以前,全球汽車業對晶片的需求量將增加至245億美元。相關介紹請見「 車用半導體 門檻高挑戰大 可靠度要求嚴苛 品質為基本條件」一文。

全球汽車市場的需求朝向多樣化、客製化,車用電子產品的開發和應用,逐漸成為電子資訊技術改造傳統產業的一大利基,同時為汽車產業與電子產業帶來新的生機和活力。你可在「 尋找3C之後的下一個C風潮 車用電子將為產業帶來無限商機 」一文中得到進一步的介紹。

汽車產業向來被稱為「火車頭產業」,具有帶領國家經濟指標的重大意義。在汽車與資訊正在逐步兼容的時間點上,橫掃全球資訊產業的台灣自然不能缺席,IT與控制系統是台灣在車用電子的兩大利基。在「全球汽車電子重砲 將有賴台灣軍火補給」一文為你做了相關的評析。

市場動態

日本汽車工業會日前公開了日本國內汽車需求的2004年度估算和2005年度預測。預計2005年度將達593萬5000輛,為上一年的101.9%。具體來說,註冊車達410萬輛(為上一年的103.7%),輕型四輪車達183萬5000輛(為上一年的97.9%)。相關介紹請見「日本汽車工業會發表2005年度國內汽車需求預測」一文。

全球最大汽車電子半導體供應商飛思卡爾宣布,由於中國汽車產業的發展,中國汽車半導體市場的成長率在未來幾年將以每年20%的速度成長,高於全球汽車半導體市場11.1%的成長。你可在「 中國車用半導體每年成長20%」一文中得到進一步的介紹。

裕隆集團執行長嚴凱泰號召鴻海董事長郭台銘、廣達董事長林百里、華碩董事長施崇棠、仁寶電腦董事長許勝雄等電子鉅子,將和裕隆合組新公司,共同推動IA整車計畫,開發新車和汽車電子零組件。在「嚴凱泰號召電子業 推動IA整車計畫」一文為你做了相關的評析。

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