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车内系统电子化速度加快 智慧汽车驱动半导体创新

2015-09-15

  为打造更舒适安全的智慧汽车,汽车制造商正加快车内系统电子化的脚步,并引进包括先进驾驶辅助系统(ADAS)、数位仪表板、车内资讯娱乐系统、可适应性头灯等新科技;此一发展,也连带驱动半导体厂不断革新产品与技术,以满足不同车内电子系统的应用要求。

  今日世界变化速度更甚以往,智慧型手机已跨越高峰,到达成熟期,外界普遍认为汽车是未来的创新焦点,也令人倍感期待。

  据传苹果将打造电动车,该公司市值近7,500亿美元,比全球前三大车厂丰田、通用和福斯总和还高一倍,未来可能与特斯拉(Tesla)等顶尖创新单位合并或合作。特斯拉来自矽谷,设有Giga厂区,又提供智慧财产给竞争对手,共同发展电动车产业,这股力量不容小觑。

  Google及OOA(Open Automotive Alliance)为了自动驾驶车辆已结盟多时,同样是相当重要的对手;就连美国航太总署也与雷诺-日产公司合作,要发展自动驾驶车辆。这些领导厂商向来能提出破坏式创新及目标,屡屡颠覆业界,有了他们陆续加入,这块市场前景可期。

  在未来车辆的种种目标中,半导体/电子元件都是核心致能关键,近期车载晶片销售业绩即不断增加,超越众多市场区块,在之后的几年,汽车成本平均近半数都将来自电子设备。

  本文将介绍汽车市场部分未来科技趋势,以及半导体于其中扮演的角色,之后再举例说明全球主要的半导体供应商,在汽车产业着力的几十年中,如何以先进的技术来奠定未来汽车发展基石。

  未来汽车发展趋势 自动车结合先进驾驶辅助系统

  对许多车主而言,自动车肯定是终极理想,也将开创新纪元,今日先进驾驶辅助系统(ADAS)包括防撞、行人/车辆侦测、交通号志辨识、车道偏离示警等,均以视觉为主,从镜头、雷达、红外线(IR)、热能、ToF(Time of Flight)、超音波感测器等来源混合资料后,能协助驾驶准确判断,这项技术也将逐渐提升,影响启动及煞车系统,融入未来自动车,这些发展都需要高效能处理器,再搭配数位讯号处理器(DSP)、专用分析加速计、绘图处理器(GPU)、安全类比/电源/连接晶片等。

  以下将详述ADAS、车载资通讯(Telematics)、车载资讯娱乐系统(In-Vehicle Infotainment, IVI)、电动车等众多自动车所需的汽车电子。

  主动式安全系统

  据估计增加ADAS或主动式安全系统投资后,能够拯救无数宝贵生命,经济开销亦可省下数千亿美元,因此Euro NCAP等计画都希望规范更加严格;政府法规也同样要求车内增设各种晶片,包括功能完整的微控制器、马达控制和电源管理晶片(PMIC)等晶片,都须达到ISO 26262与IEC61508标准。

  混合动力/电动车

  混合动力与电动车发展同样需要更多晶片,动力系统的晶片数也比一般车辆高出许多倍。车厂为节能,陆续研发电池管理、充电及怠速熄火技术,而电子元件也是主要因素,例如隔离式动力晶片的高驱动功能,可改善切换损耗,并提高系统能效。

  机械系统电子化

  现阶段,许多机械装置都已由电子装置取而代之,例如在怠速熄火技术中,三相位马达驱动器取代泵浦、无线取代线路和数位仪表板等,均可减轻车体重量,同时增进燃料效能与减少排放。

  车载资通讯系统及车联网

  在物联网之中,Wi-Fi将和BT/BLE/NFC与GPS一样,成为车用最热门的技术,多种装置可同时并存、不受干扰,因此有认证记录的晶片组需求极大。许多人都在讨论车辆仪表板内的3G/4G资料连线,但智慧型手机的数据机即可胜任这项功能。车载资通讯系统则是另一焦点,车联网内搜集的大数据可用于UBI(Usage Based Insurance)、个人化、协助安全驾驶、车流量预测与警示,以及透过车辆诊断系统(OBD)的预防服务等。

  资讯娱乐系统

  随着智慧型手机普及,许多人也希望能藉由CarPlay、AAP模式等机制,在车内获得类似体验。语言辨识、手势与扩增实境(AR)等功能都在起步阶段,也提高对处理器与连接的要求,也需要高品质类比系统,例如高功率放大器具备干扰回避,以及爆音减量等功能,可以提供绝佳音讯表现。

  DLP抬头显示器和中控台

  抬头显示器(HUD)可提供ADAS、导航、IVI与扩增实境等重要资讯,以适当距离投影在挡风玻璃上来协助驾驶;中央主控台与曲面显示器等系统可望达到全彩、高解析度和弹性尺寸的标准。

  车体电子系统

  马达驱动器、LED驱动器和音讯编解码器均为类比元件,在车体电子系统控制中扮演重要角色,此外,为了支援精准感测与马达控制,微控制器也日益重要。若元件的价格合理,又具备高整合性和稳定性,便会因为能降低物料清单成本而产生极大的需求。

  整合多项ECU与增加车载感测器

  许多电子控制单元(ECU)功能逐渐合而为一,除了车用感测器数量从60增至200,调节器等类比晶片需求也不断提高。

  无线电源控制器和数位仪表板

  无线充电可避免车内线路交杂混乱,也因此需要Qi等单位核可的无线电源传输控制器;穿戴式装置等其他领域也愈来愈受欢迎;许多仪表板都逐渐改为数位形式,衍生出的新功能包括可调式显示器、IVI/ADAS/导航讯号、抬头显示器等,也逐渐与其他ECU整合及相连。

  车载市场前景俏 半导体商积极参与

  随着汽车内部电子元件增加,智慧汽车商机蓄势待发,市场上已有众多半导体厂商纷纷争相竞逐该领域。举例来说,德州仪器(TI)从类比与嵌入式处理晶片着手,主要针对车载与工业市场,并推出十万种零组件,以利在任何车载系统内推动创新。

  据了解,该公司提供创新技术,包括单晶片/微控制器、感测器/介面、DLP、电源管理、马达控制、放大器、比较器、资料转换器和汽车雷达等晶片。

  此外,该公司已推出MCU等产品,其内具备DSP及精准ADC/DAC/PWM模组,有助于SRR/MRR雷达处理,此外,感测器讯号调节器、FPDlinks装置都有助于未来汽车的ADAS子系统,在以下几个智慧汽车的关键系统,该公司也有投入研发。

  看好印度汽车市场 车厂/半导体商纷抢攻

  印度现为全球第六大车市,预估2015年将跃居全球第四,将于2016年进步至第三,但人均晶片使用量仍然很低,所以仍具有庞大潜力,即便是每年一千五百万辆以上的机车市场,防锁死煞车系统(ABS)等装置也会增加半导体用量,因此许多全球顶尖车厂均已落脚印度。

  现阶段,已有半导体厂商看好印度的智慧汽车市场,争相竞逐该国汽车版图,举例来说,德州仪器今年在印度发展届满三十年,该公司在经销夥伴协助下,亦已投入印度的车载研发。


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