元器件廠商談汽車電子的新動向

王瑩 王金旺

摘要：互聯性、無人駕駛以及程度越來越高的電氣化是汽車的發展趨勢。為此，本媒體邀請國內外芯片巨頭介紹了汽車業最新的趨勢動向。

關鍵詞：互聯性；無人駕駛；電氣化

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2018.7.003

互聯性

5G通訊為車聯網開拓道路

首先，5G通信這一基礎設施服務現已開始準備投入實用，預計將成為2020年以后社會基礎設施建設的基石。2020年將在原4G網絡為基礎的一部分區域試運行，今后，會以亞洲為中心不斷擴充適用區域。

5G通信基礎設施不僅可以讓我們體驗到比目前移動網絡更加快捷的速度，同時汽車也將作為“車聯網”或“聯網汽車”等某種移動終端而互聯使用。除此之外，不局限于移動體，它也將是物聯網（車聯網）的大動脈。

5G通信基礎設施可實現大容量數據信息無延遲即時通信，可使汽車上搭載的毫米波雷達和激光雷達（LiDAR）等傳感器收集到的信息瞬間轉換為地圖信息或交通擁堵信息，從安全駕駛，到改善擁堵，為最終實現自動駕駛提供切實保障。

其次，今后汽車上將會搭載很多傳感器以確保安全駕駛，新能源電動車也越來越普及，汽車正在逐步實現電子化管理。為此，汽車上將會需要更多進行控制和信息處理的高性能半導體。今后伴隨著這些信息通過網絡將可以實現無線通信，負責網絡云端信息處理的半導體也有高性能化的需求。面向車載的半導體領域也具有非常可觀的市場前景。

另外，為確保大量地、穩定地接受這些大容量數據信息，搭載在終端機上的小型、高性能的天線和過濾器等與射頻（RF）相關領域產品，也亟需技術革新。

針對5G基礎設施，京瓷正在進一步研發分別面向基站和終端的高效解決方案。

具體來說，面向基站方面，京瓷可提供高可靠性的電子元件，有滿足綜合頻率穩定度在7 ppm以下的高精度TCXO、高頻VCXO、高容量MLCC以及窄帶間精準濾波的SAW元器件。另外，還提供可用于光通訊連接部的高可靠性的氣密性封裝陶瓷管殼。

面向終端方面，除了與基站相同的TCXO、MLCC、SAW等電子元器件之外，還提供利于線路間以及各個模塊內部高可靠性連接的連接器。以及適用于封裝攝像頭和MEMS等傳感器類產品的高可靠性、環境耐適性優良的陶瓷封裝管殼和適用于車載半導體封裝的有機封裝基板。

另外，為了更好的保障行車安全，京瓷提供HUD專用液晶顯示屏，并且正在進一步研發光學設計和軟件的整套解決方案。

安森美汽車電子解決方案

自上世紀70年代以來，為應對石油禁運，減少對石油的依賴性，節能減排就成為汽車業重點關注的。汽車中電子成分不斷增加。環境及能源法規促進電動汽車/混合動力汽車蓬勃發展。

以內燃機作為唯一動力來源的傳統汽車，正在實現汽車功能電子化的好處，以提高整體汽車燃油效率。輕度混合動力和微混合動力汽車越來越流行，尤其是內置48 V動力配件的汽車。除了支持12 V系統無法支持的高功率負載（>10kW）外，添加48V系統的另一個好處是，由于使用較小的儀表接線，車輛配電系統的損耗減少。結合現有12V系統與48V系統生產雙電壓車輛，用作實現潛在的全面48V車輛的橋梁，為轉換到48V鋪路。

在新能源汽車中，要求電池管理系統能實現高能效和高功率密度、小尺寸、低成本，同時符合AEC車規、IS026262汽車安全完整性等級（ASIL）等標準以提供更高可靠性。

安森美半導體擁有汽車功能電子化所需的全部核心技術，提供寬廣的汽車級電源管理產品陣容，包括IGBT、高壓門極驅動器、高壓MOSFET，高壓DC-DC轉換器等，且正開發下一代半導體寬禁帶產品和技術，包括碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN），以提高電動汽車/混合動力/插電式混合動力汽車中電源管理的功率密度和能效，降低電磁干擾（EMI）、減小系統尺寸，如最新推出的SiC_極管1200 V FFSHx0120和650 VFFSHx065提供零反向恢復、低正向電壓、與溫度無關的電流穩定性、極低漏電流、高浪涌電容和正溫度系數，包含一種提高可靠性和增強穩定性的獨特專利終端結構，滿足強固性要求，并在汽車應用惡劣的電氣環境中可靠地工作。

Molex： HSAutoLinkⅡ互連車輛技術生態系統

如同在許多其他的網絡通信領域一樣，汽車的網絡互連需要越來越多的高帶寬資源，其吞吐量已經達到了10～20 Gbps的水平。

汽車行業需要采用多種高速介質協議來實現車輛的網絡互連，因此，行業面臨的主要挑戰包括互操作性以及多協議的支持。典型應用包括車載信息娛樂系統、遠程信息處理系統、無線電以及導航輔助設備。此外，對先進駕駛輔助系統（ADAS）的需求也在不斷上升，而且自動駕駛汽車需要包含雷達和激光雷達單元在內的形形色色的攝像頭和導航傳感器設備。

HSAutoLink II互連系統

在持續不斷的為未來的互連移動提供支持的過程中，Molex開發出了一個互連車輛技術生態系統，其中包含1G/10 Gbps的汽車以太網絡解決方案，完全整合了可靠的信號完整性、優先級劃分、可擴展性以及安全性。

Molex和羅森伯格最近簽署了一份雙重來源協議，使Molex可以基于羅森伯格的HFM⑩設計來生產高速的Mini Fakra汽車同軸連接器。羅森伯格的HFM MiniFakra系統可使快速數據傳輸達到20 Gbps的速率，設計可供一系列現有及未來的汽車應用使用，包括ADAS、導航、信息娛樂系統，以及智能互連車輛等。

互連車輛和自動駕駛汽車中日益增長的帶寬，需要嚴格的安全性，這就對可以操作多個設備、屏幕及攝像頭的穩健的基礎設施提出了要求。HFM Mini Fakra連接器可提供最高的數據傳輸速率，并且節省多達80%的安裝空間，同時，與傳統的Fa kra實施相比，還可顯著的減輕重量。

對于車載互連應用，Molex還提供極具成本效益的HSAutoLink lI互連系統，其數據速率超過2.0 Gpbs，并且能夠為不同的通信網絡和通信協議提供支持。

無人駕駛

傳感器融合是無人駕駛技術的大趨勢

無人駕駛的大趨勢還是多傳感器融合，結合大數據及人工智能做出正確的決策。目前來看，還是以降低場景的維度來實現產品落地。通過技術的不斷迭代，成本的下降，法律法規的完善，最終實現開放道路下無人駕駛的美好愿景。

與普通車輛相比，自動駕駛車輛的定位精度重要性極高，并且需要能夠識別“行駛在哪個車道”，而不是“正行駛在什么道路”。通常一條車道的寬度只有2.7米到4.6米，允許的誤差極小。因此自動駕駛的實現離不開高精度定位，傳感技術能夠通過電子技術進行精確控制，這對于汽車安全系統必不可少。為了實現在所有條件下都能安全運行的自動駕駛系統，需要優異的車輛位置特定精度。慣性傳感器能夠提供可靠的車輛位置數據，即使在其他傳感器誤檢測的嚴重情況下也是如此。同時，慣性傳感器在低速情況下的指向性要優于GPS。

村田長年從事車載用途產品的研發，現有的許多傳感器產品可以立即應用于自動駕駛車輛的研發生產。村田生產的慣性傳感器即使在自動駕駛車輛中也能夠發揮可靠的安全性能。其中，陀螺儀一體化加速度傳感器已累計為汽車行業提供5000萬單位的產品。

電氣化

新能源汽車SiC解決方案

新能源汽車（EV） “三電”的痛點在于行駛距離、電池空間和高可靠性。ROHM憑借SiC（碳化硅）來應對這些難題。

ROHM的SiC功率元器件主要應用于EV的主逆變器、DC/DC轉換器、車載充電器、電動壓縮機等在新能源汽車中重要性凸顯的大電流區域，需要更穩定高效率的元器件。

使用SiC元器件能讓設備體積更小，功耗更低。因具備高耐壓、高耐熱特性，使在小空間和嚴酷環境下的安裝成為可能。應用于混合動力汽車和電動汽車，可大幅降低油耗，擴大車內空間，從而有更多空間設置更大的電池，有效提高行駛距離。

ROHM在EV方面的解決方案包括ROHM針對EV專用單元的綜合解決方案和48V電源系統。

EV專用單元的綜合解決方案

EV專用單元需要對12V系列低電壓電路和電池/驅動系統高電壓電路進行絕緣，進而要求較高的可靠性、小型化、低功耗。ROHM通過SiC功率元器件、IGBT、SJMOSFET等功率元器件對其作出貢獻。并且，提供與功率元器件控制IC及電源、變壓器、二極管、檢測電流的分流電阻器等各種通用產品配套的解決方案，以此降低EV專用單元的功耗、提高效率、使之更小。通過提供整體解決方案，為EV單元的小型化、高效率化做出貢獻。

48V電源系統

輕度混合動力汽車采用比以往12V電源傳輸效率更高的48V電源系統。另一方面，配置在車輛各個部位的ECU需要較低的3.3V驅動電壓，進而要求更低的2.5V的驅動電壓。ROHM挑戰DC/DC轉換器的“單芯片化”這一高難度關口，開發出了超高速脈沖控制技術“Nano Pulse Control”。搭載此項技術，可將開關導通時間縮短到9ns。

另外，ROHM通過第三方認證機構德國萊茵TUV取得了汽車行業功能安全標準“IS026262”的開發工藝認證。這意味著ROHM面向車載領域的元器件開發工藝被認定為可滿足該標準中的最高安全等級“ASIL-D”。

新能源汽車的功能安全

功能安全是是新能源汽車的電池管理系統（BMS）的核心挑戰和目標。功能安全國際標準IS026262，現已成為歐美國家在新能源汽車領域逐步普及的標準。中國新能源汽車企業及核心零部件企業能否快速跟上功能安全標準的要求，是當下一個很大的挑戰。

在新能源汽車中，當傳統機械部件變成了電子部件，且搭載大量的電池，就對功能安全提出了更高的要求。IS026262功能安全標準的實施對BMS產品的方案、架構、核心零部件都提出了嶄新的要求，是BMS方案商和半導體供應商在未來3-5年要不斷跟隨的標準。

除了可靠性，也對功能安全方面提出了挑戰。電池管理系統的各項測量精度也是未來提出的挑戰，包括電池系統電壓、電流、系統絕緣、SoC、SOH、SOP等系統參數的檢測精度。BMS系統需要準確估測動力電池組的荷電狀態，動態監測動力電池組的工作狀態，單體電池間的均衡。電動車將以鋰電池為主要動力驅動來源，然而鋰電池大量生產時品質不易掌握，電池芯出廠時電量即存在些微差異，且隨著操作環境、老化，不同工況等因素，電池間不一致性將愈趨明顯，電池效率、壽命也都將變差，再加上過充或過放等情況，嚴重時可能導致起火燃燒等安全隱患。因此，透過BMS能準確量測電池組使用狀況，保護電池不至于過度充放電，平衡電池組中每一顆電池的電量，以及分析計算電池組的剩余電量并轉換為駕駛可理解的續航力信息，動態監控電池組的健康參數，確保動力電池可靠安全運行。

RH850+ISL78714系統級別高功能安全解決方案

電池電壓、電流信息同步采樣檢測。自主知識產權菊花鏈連接可靠性高，對電動車復雜工況，干擾環境大的情況下，對暫態沖擊耐受強。不僅支持板間的變壓器隔離模式，還支持板內的電容隔離模式。

其中模擬前端ISL78714提供了14通道采樣，每個通道+/-2 mV采樣精度。電池電壓采樣和溫度端口采樣，都是ASIL C級別。單CELL輸入通道可以支持+/-5V的測量范圍，不僅僅可以承受，還可以用來檢測連接銅條上的正負向壓降，感知BUS BAR的松動，氧化異常。多達40多項故障檢測機制，有效的檢測故障和提前告警，為電動車的安全運行，保駕護航。

電動汽車電池管理系統的安全性

電動汽車的核心是電池，而電池的核心在于電池管理系統，夸張點說“沒有電池管理的電池包就是一個炸彈”，電池管理系統是整個系統能否可靠工作的關鍵所在，由于電池管理系統極易受到靜電、EMC干擾、感應浪涌、過負載、短路等過電流和過電壓的威脅，必須精心設計過電壓和過電流保護。基于此，國際標準化組織對汽車電子的安全性也提出了IS026262，對汽車電子完整生命周期內的功能性安全方面的整體開發過程包括電池管理系統提出了具體的流程。

對在電池管理系統均衡采樣線上常用的一次性保險絲，原本沒有AECQ官方標準，那力特作為AEC委員會的成員，根據AEC-Q200準則制定了一項測試計劃，對保險絲在汽車應用的適用性和可靠性進行測試，這項測試計劃包含18項測試，所用的樣本量也有非常嚴格的要求，這就要求保險絲供應商具有整個高質量控制體系才能保證高品質的一致性和持續性，這是其他一些廠家所不具備的。在國內由于電池管理系統市場競爭激烈，國內BMS廠家技術也是參差不齊，目前國內更多的是設計被動均衡電池管理系統，而不是國外盛行的主動式均衡功能設計。甚至有些BMS廠家基于價格因素，用了非高可靠性的保險絲，或者方案里去掉了保險絲，這些都是短視的行為。保險絲只是電池管理系統保護的一個例子，未來隨著電動汽車的大規模生產，新能源汽車的安全性問題，以后一定是電動汽車的重中之重，在發展電動汽車的同時，我們必須要有一個穩定、安全、可靠的電池管理系統產品，只有這樣才能維持電動汽車的可持續發展。

力特在電動汽車的三電、OBC車載充電機、DC/DC等應用上都有完整的解決方案。例如對電池管理系統保護，力特的保險絲以及TVS_極管具有極大的優勢，在電池管理系統的均衡采樣線上都會用到力特的保險絲和TVS_極管來做過流保護和過壓保護。對于在電池管理系統易于遭受耦合或傳導而引起過電壓應力的CAN通訊總線，力特的AQ24CANFD-02HTG和SM24CANA-02HTG是很好的ESD和抗浪涌保護器件，另外，這兩款器件已經通過了全球最大汽車OEM的認可。

ADl車用解決方案

汽車電氣化趨勢為汽車提供更多附加功能和價值，也為汽車自動駕駛打下基礎。ADI的鋰電池管理解決方案已經為新能源汽車所應用多年，并一直在不斷提供新的附加功能和價值。針對自動駕駛的線控方案，如線控方向盤、線控剎車，ADI提供高性能，高可靠性的磁阻方案（xMR）

用于馬達驅動和位置傳感。ADI PowerBU提供一系列汽車級電源管理產品，針對汽車高可靠性和模組輕量化，小型化等需求，提供Slient Switch和Micro Module方案。

車用電氣/電源/電子系統的元件動向

PTC熱敏電阻

TDK集團愛普科斯大中華區保護和壓電元件產品市場部資深經理張浩先生稱，環保和節能做為主要驅動力，傳統乘用車燃油發動機設計的減小排量進行小型化趨勢非常明顯，例如，可以看到3.0 L排氣量的發動機已經普遍被2.0T（帶渦輪增壓器的2.0 L發動機）的設計替代。

由于小型化的汽油發動機在冬季時無法產生足夠的余熱來給車艙加熱，所以必須需要其他熱源補充來保證舒適的車內溫度。因此，開始出現采用PTC熱敏電阻輔助進行室內加熱。在某些區域，特別是歐洲，PTC輔助加熱是非常普遍而且很成熟的方案；現在亞洲地區尤其是中國，對汽油發動機乘用車增加PTC陶瓷熱敏電阻加熱模塊會是一個新的趨勢。

新能源汽車使用高壓PTC熱敏電阻進行車內空調加熱已經非常普遍。重點在于加熱模塊尚需小型化和輕量化，以及提高功率密度，從而適用于有限的可用空間并提供可靠的完善性能。

薄膜電容器

TDK集團愛普科斯大中華區電容器產品市場部應用經理柯志強先生指出，隨著汽車電氣化的不斷發展，汽車電路系統的電壓和輸出功率將大幅提升，關鍵部件對電子元器件的耐壓耐沖擊能力以及高溫高濕可靠性要求更為嚴格。薄膜電容器具有良好的耐高壓耐沖擊能力，具備自愈能力，特別適合于高轉換頻率、高工作電壓、長期穩定、高脈沖強度和紋波電流能力的應用場合，如變頻器、DC/DC逆變器、充電系統和照明系統。針對新能源汽車的發展趨勢，TDK可提供全系列符合車規AEC-Q200的汽車級愛普科斯（EPCOS）薄膜電容器。

其中，對于高溫高濕可靠性的需求，TDK可提供耐高溫高濕負荷強的安規電容系列，可通過85。C/85%RH帶載測試1 000小時。另外，對于高耐脈沖應用，TDK可提供耐脈沖能力的雙面蒸鍍金屬化薄膜電容器系列。此外，為了滿足高溫工作的需求，TDK最新推出可在125℃下連續使用的高耐熱型汽車級愛普科斯（EPCOS）DCLink薄膜電容器，該系列損耗很小，有著出色的耐紋波電流能力。容值范圍從1 LL F到50υF，有630/700/840 V DC三個電壓等級。該系列非常適合應用在新能源汽車OBC、DC/DC轉換器中，作為DCLink電容或高壓濾波電容。

電機用溫度傳感器與嵌入式溫度傳感器

TDK集團愛普科斯大中華區溫度和壓力傳感器產品市場部資深經理崔鵬波先生稱，電機是新能源汽車的關鍵部件，持續的工作使得內部的溫度持續攀升。為了保證零部件的安全及正常穩定的工作，就需要在電機內部安裝溫度傳感器來檢測內部的溫度。TDK愛普科斯（EPCOS）電機用溫度傳感器有多種不同的設計，可以滿足不同客戶、不同技術標準的要求。針對電機內部的高溫環境、長時間震動的嚴苛環境，該系列產品通過了長期的設計驗證，并且已經通過大量的市場驗證。此外，TDK可以基于客戶的要求來定制產品。TDK的嵌入式溫度傳感器安裝在電機定子的間隙內，工作溫度為-40℃至+200℃短時工作溫度可達+220℃，耐壓為2.8kV。

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