半導體使汽車設計大規模變革
發布時間:2020-11-20 來源:安森美半導體汽車戰略及業務拓展副總裁Joseph Notaro 責任編輯:lina
【導讀】安森美半導體進入汽車半導體領域已有20多年的曆史了——確切地說是半個多世紀!zaizheduanshijianli,qichefashenglebukeguliangdebianhua,erqie,zaidaduoshulingyu,bianhuadebufazhengzaijiakuai,yincixuyaogengduochuangxindejishufanganyizhichiqichexingyedezhuanxing。
安森美半導體進入汽車半導體領域已有20多年的曆史了——確切地說是半個多世紀!zaizheduanshijianli,qichefashenglebukeguliangdebianhua,erqie,zaidaduoshulingyu,bianhuadebufazhengzaijiakuai,yincixuyaogengduochuangxindejishufanganyizhichiqichexingyedezhuanxing。
如果回想20年前,購車大眾的願望和決策標準幾乎與車輛本身一樣發生了變化。在千禧之交,消費者主要對汽車的性能、發動機尺寸以及汽車的品牌感興趣。如今,這些特性,尤其是信息娛樂和“聯接”特性、排放水平、安全性和質量已成為決策標準的重中之重。
安(an)全(quan)性(xing)一(yi)直(zhi)是(shi)購(gou)買(mai)汽(qi)車(che)的(de)消(xiao)費(fei)者(zhe)的(de)考(kao)慮(lv)因(yin)素(su),但(dan)人(ren)們(men)的(de)期(qi)望(wang)已(yi)經(jing)改(gai)變(bian)。二(er)十(shi)年(nian)前(qian),安(an)全(quan)特(te)性(xing)主(zhu)要(yao)是(shi)被(bei)動(dong)的(de),例(li)如(ru)安(an)全(quan)氣(qi)囊(nang)和(he)壓(ya)潰(kui)區(qu),而(er)現(xian)在(zai),安(an)全(quan)性(xing)更(geng)主(zhu)動(dong),通(tong)過(guo)采(cai)用(yong)技(ji)術(shu)以(yi)主(zhu)動(dong)預(yu)防(fang)事(shi)故(gu)。
現代汽車配備傳感器來監視車輛運行的幾乎每個方麵,其內部和外部環境,駕駛員以及所有乘客,駕駛員和乘客監視是相對較新的進展。20年nian前qian的de主zhu要yao傳chuan感gan器qi僅jin監jian視shi車che輪lun的de旋xuan轉zhuan,從cong而er允yun許xu引yin入ru早zao期qi係xi統tong來lai控kong製zhi製zhi動dong和he牽qian引yin力li。如ru今jin,即ji使shi在zai入ru門men級ji車che型xing上shang,車che輛liang也ye包bao含han多duo達da一yi百bai多duo個ge傳chuan感gan器qi。
據IHS Markit,今jin天tian的de車che輛liang具ju有you更geng長chang的de預yu期qi壽shou命ming,這zhe在zai很hen大da程cheng度du上shang要yao歸gui功gong於yu現xian代dai車che輛liang所suo采cai用yong的de技ji術shu和he控kong製zhi係xi統tong。這zhe些xie係xi統tong不bu僅jin可ke以yi提ti供gong更geng平ping穩wen的de換huan檔dang,更geng低di的de排pai放fang以yi及ji更geng好hao的de能neng效xiao和he安an全quan性xing,而er且qie還hai可ke以yi防fang止zhi導dao致zhi車che輛liang過guo早zao磨mo損sun的de過guo度du駕jia駛shi。因yin此ci,車che輛liang的de平ping均jun預yu期qi壽shou命ming從cong千qian禧xi之zhi交jiao的de9.6年增加到現在的12年左右。此外,現代先進駕駛輔助係統(ADAS)防止四分之一以上的碰撞(根據Boston Consulting Group的研究),從而進一步延長了車輛的使用壽命。
汽車行業的快速變化步伐
汽車領域的變革步伐從未如此之快。雖然可以購買新的內燃機(ICE)車輛的日子已經指日可數了,但這些車輛的創新仍在繼續,以提高安全性、能效並消除其產生的汙染。汽車的未來顯然是在電力領域,輕度混合動力汽車(MHEV)、插電式/混合動力汽車(PHEV/HEV)和電池電動汽車(BEV)的銷量正在增長,盡管許多人希望這一增長比目前更快。
車輛的幾乎每個方麵都在發生變化–汽油動力傳動係統正在變成電動的,這本身就推動了整個車輛結構的進一步變化,要求電動機在電動助力轉向(EPS)以及冷卻風扇等領域取代機械驅動的泵。實際上,許多機械、機電和液壓係統已被完整的電氣/電子係統所取代。由於這些新方案通常比以前的方案更小、更輕、更高效,更可靠,因此它們也用於ICE車輛,以減少化石燃料車輛的排放。
除了提高能效外,汽車廠商還堅定地關注其車輛的安全性。研究表明,所有事故中超過90%可(ke)歸(gui)因(yin)於(yu)駕(jia)駛(shi)員(yuan),因(yin)此(ci)汽(qi)車(che)廠(chang)商(shang)的(de)安(an)全(quan)工(gong)作(zuo)集(ji)中(zhong)在(zai)協(xie)助(zhu)駕(jia)駛(shi)員(yuan)並(bing)最(zui)終(zhong)接(jie)管(guan)駕(jia)駛(shi)的(de)係(xi)統(tong)上(shang),這(zhe)在(zai)一(yi)段(duan)時(shi)間(jian)內(nei)是(shi)一(yi)種(zhong)功(gong)能(neng),直(zhi)到(dao)車(che)輛(liang)完(wan)全(quan)實(shi)現(xian)自(zi)動(dong)駕(jia)駛(shi)。
半導體在車輛中的重要性
車輛中的創新有五分之四與電子相關,因此依賴某種形式的半導體器件。因此,根據McKinsey and Company的一份報告,汽車廠商每年在半導體器件上的支出約為240億美元。盡管汽車領域每年以約8%的速度增長,但某些領域的增長速度更快,特別是ADAS和自動駕駛(18%)、LED照明(24%)和電動汽車(42%)。

圖1:半導體是現代汽車電子係統的基礎
車輛包含的電子含量比以往任何時候都多,美國汽車工程學會(SAE)二級EV約有580美元主要用在圖像傳感器、雷達傳感器、分立開關器件、電源模塊和照明。然而,隨著LiDAR以及傳感器融合、寬禁帶(WBG)器件和激光照明技術的加入,預計這在4級EV中將增加兩倍至1,760美元。
在普通車輛中,三分之二的半導體成分來自模擬器件、功率器件和傳感器。上述每個產品領域由越來越多推出的ADAS係統、進一步的汽車功能電子化和精密的照明係統推動著增長。

圖2:每輛車的半導體含量,按汽車類型【來源:iSuppli】
半導體技術的飛速發展,包括高性能寬禁帶(WBG)器件在商業上的可用性不斷提高,以及EV動力總成的迅速發展,從一代車輛到下一代車輛的設計常常發生重大變化。半導體領域的持續創新使汽車廠商能夠減少排放/增加電動汽車的行駛裏程,提高自主性並減少關鍵電子係統的尺寸和重量,從而使最新一代的汽車對購車大眾更具吸引力。
汽車半導體技術進入未來
就全自動駕駛而言,視覺和雷達傳感器是同樣重要的感知技術,因為許多係統(防撞、盲點檢測、車道保持、標誌識別、自動緊急製動(AEB)等)douyilaiyucheliangjiancebingshibiezhouweihuanjingdenengli。checangzhongyuelaiyueduodishiyongshijiaochuanganqilaijianshijiashiyuanhechengyuan,congerjinyibutigaoleshushixingheanquanxing。shijishang,zidongjiashiqichekehanduoda40個這樣的傳感器。

圖3:未來的車輛將包含幾十個基於視覺的傳感器
未來,更多的車輛將擁有包含圖像傳感器、超聲波傳感器、雷達和激光雷達(LiDAR)的係統,通過傳感器融合提高有效性、冗餘性和魯棒性,而互補技術將協同工作以確保在所有環境條件下都能完美運行。
在zai動dong力li總zong成cheng係xi統tong中zhong,在zai惡e劣lie環huan境jing下xia的de能neng效xiao和he可ke靠kao性xing將jiang仍reng是shi主zhu要yao重zhong點dian。消xiao費fei者zhe單dan次ci充chong電dian的de成cheng本ben和he續xu駛shi裏li程cheng與yu電dian動dong汽qi車che的de成cheng功gong緊jin密mi相xiang關guan,碳tan化hua矽gui(SiC)和氮化镓(GaN)將在提供前所未有的能效水平方麵發揮重要作用,尤其是在動力總成和車載充電係統中。盡管分立方案是眾所周知的,但將電源開關IGBT和MOSFET及其相關的門極驅動器以及溫度和電流檢測集成在一起的模塊方案(如功率集成模塊(PIM)或智能功率模塊(IPM))將顯著地優化係統。
照明將得益於越來越強大的智能,基於LEDdexitongjiangjixutigonggenggaonengxiaodegongzuoyijigengdadegongneng。zishiyingdadengjiangzhinengdiweijiashiyuanzhaoliangqianfangdedaolu,tongshiquebaoyingmianerlaidejiashiyuanbuhuiyanhua。zhongdianjiangzhuanyidaoweidengshang,xianjindejiyuLEDdedengjiangbianchengdonghua,tigonggengqingxidefangxiangzhishi,bingqieshachedengjiangtiaojieqiqiangduyifanyingzhidongli,congertigaodaoluanquanxing。jianglai,quanzidongjiashiqichebujinjiangshiyongchedengqu“看”,而且還將作為與外界交流的一種方式。
車che輛liang中zhong最zui重zhong的de物wu品pin之zhi一yi是shi將jiang所suo有you單dan獨du的de模mo塊kuai化hua子zi係xi統tong連lian接jie在zai一yi起qi的de布bu線xian。隨sui著zhe越yue來lai越yue多duo的de電dian子zi係xi統tong被bei添tian加jia,並bing且qie由you於yu數shu據ju內nei容rong呈cheng指zhi數shu增zeng長chang,數shu據ju速su率lv和he數shu據ju量liang激ji增zeng,這zhe些xie過guo時shi的de線xian束shu變bian得de更geng重zhong、更昂貴並且完全不足。車載網絡(IVN)將提供傳輸數據所需的帶寬,同時又足夠精密,以確保所有與安全相關的消息都以高優先級且無延遲地傳輸。
車輛複雜性不斷提高,與其他車輛和周圍基礎設施(如智能城市)的通信變得普遍,車輛架構將發生變化。以太網很可能會成為主導的IVN技術,從而促進從基於信號的通信向麵向服務的體係結構的過渡。
總結
汽車和汽車行業正在發生不可估量的變化。許多機械和液壓係統將被提高能效、安(an)全(quan)性(xing)和(he)舒(shu)適(shi)性(xing)的(de)電(dian)子(zi)等(deng)效(xiao)物(wu)所(suo)取(qu)代(dai)。半(ban)導(dao)體(ti)將(jiang)是(shi)這(zhe)些(xie)進(jin)步(bu)的(de)關(guan)鍵(jian),並(bing)且(qie)隨(sui)著(zhe)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)的(de)興(xing)起(qi),半(ban)導(dao)體(ti)將(jiang)成(cheng)為(wei)所(suo)有(you)汽(qi)車(che)中(zhong)最(zui)重(zhong)要(yao)的(de)器(qi)件(jian)。安(an)森(sen)美(mei)半(ban)導(dao)體(ti)將(jiang)繼(ji)續(xu)在(zai)這(zhe)更(geng)安(an)全(quan)、更綠色的未來發揮重要和有價值的作用,安森美半導體的圖像傳感器已經每小時挽救9條生命,或每年挽救81,000條生命!
關於安森美半導體
安森美半導體(ON Semiconductor,美國納斯達克上市代號:ON)致(zhi)力(li)於(yu)推(tui)動(dong)高(gao)能(neng)效(xiao)電(dian)子(zi)的(de)創(chuang)新(xin),使(shi)客(ke)戶(hu)能(neng)夠(gou)減(jian)少(shao)全(quan)球(qiu)的(de)能(neng)源(yuan)使(shi)用(yong)。安(an)森(sen)美(mei)半(ban)導(dao)體(ti)領(ling)先(xian)於(yu)供(gong)應(ying)基(ji)於(yu)半(ban)導(dao)體(ti)的(de)方(fang)案(an),提(ti)供(gong)全(quan)麵(mian)的(de)高(gao)能(neng)效(xiao)電(dian)源(yuan)管(guan)理(li)、模擬、傳感器、邏輯、時序、互通互聯、分立、係統單芯片(SoC)及定製器件陣容。公司的產品幫助工程師解決他們在汽車、通信、計算機、消費電子、工業、醫療、航空及國防應用的獨特設計挑戰。公司運營敏銳、可靠、世界一流的供應鏈及品質項目,一套強有力的守法和道德規範計劃,及在北美、歐洲和亞太地區之關鍵市場運營包括製造廠、銷售辦事處及設計中心在內的業務網絡。
(來源:作者:安森美半導體汽車戰略及業務拓展副總裁Joseph Notaro)
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