快速发展的中国汽车工业正在推动整个国家汽车电子产业的技术升级。最近,两场同期举行的大会也许能够证明这一点:2007上海国际汽车展吸引了21个国家和地区的1,300余家参展商,创下历届之最；而同样在上海举行的AES大会上,节能减排与汽车电子智能化则仍是汽车电子供应商和行业专家议论最多的话题。与历届一样,国际汽车电子“大鳄”是技术演讲中当仁不让的主角。不同的是,有鉴于中国的特殊国情,这些厂家已经开始踏上“曲线救国”的道路,同本地整车厂、配套厂以及科研单位之间展开了紧密合作,并结出丰硕成果。
汽车电子成节能减排主力军
动力总成、安全管理、通讯导航、信息娱乐、车载网络以及汽车电子封装测试是此次AES大会的6大主题。但是在全球能源危机的前提下,它们只能排在节能减排之后。“人类在过去的125年内用掉了第一个13亿桶石油,在接下来的30年中,第二个13亿桶也将被消耗殆尽。”世界电动车三大权威之一的中国工程院院士陈清泉在他的年度例行演讲中指出,“全球汽车保有量已达7亿辆,到2050年这个数字会增加到25亿。”他表示,能源紧缺已经使得如何节油降耗成为包括半导体厂家在内的整个汽车工业迫切解决的问题。“今后数年里汽车电子的主题都将是节能。”他说。
欧美日等国在减少尾气方面已经出台了严格的法令,这为其他国家做出了表率。中国的“国一”标准与“欧三”标准同时生效。此外,英飞凌科技全球副总裁Claus Geisler在大会发言中提醒说:“由于‘国三’、‘国四’以及‘国五’将相继于2007年、2010年以及2012年在全国范围内实行,中国将在接下来的6年中面临更加苛刻的尾气排放法令。”
采用替代燃料以及新的汽车电子方案一直都是提高燃油经济性和减少尾气排放的两种主要方法。不过,相比之下后一种方法要实际的多。以节油为例,Geisler说:“在Motronic电喷系统(1979出现)、电子节气门(1986)、电子柴油喷射系统(1986)、高压柴油喷射系统(1997)以及共轨系统(1999)等半导体解决方案的帮助下,在过去的近20多年里,汽车平均油耗已经下降了近30%。”而随着技术的发展,车用MCU也已经从最初的8位MCU提高到目前的32位。
功率控制燃油泵技术和EPS(电子助力转向系统)是Geisler提到的两个例子。Geisler介绍说,功率控制燃油泵技术的原理是采用小型ECU代替继电器来控制直流电机。据称,采用此项技术后每100公里可减少燃油80ml。假定一辆汽车寿命为15万公路里程,则一共可减少288公斤的CO2排放量。此外,由于HPS(机械式液压助力转向系统)中,液压泵靠发动机皮带直接驱动,为了保持压力,无论是否需要转向,助力系统总是处于工作状态,造成了发动机功率浪费。而EPS中则是由电子控制单元根据车速和转角速度来控制电动液压泵工作,能够节省一部分的发动机功率。Geisler出示的资料称,15万公里里程中,EPS可比HPS节省燃油375升,减少CO2排放900公斤。此外,Geisler还提到了TPMS技术。“它能帮助驾驶员尽早发现胎压不足的问题。因为胎压不足将会增加汽车油耗,这对提高燃油经济性具有正面意义。”
图1. 天大与英飞凌合作开发的摩托车EMS方案
导航技术升级加快安全辅助驾驶实用化进程
继去年AES大会上推出汽车信息系统(CIS)平台级芯片SH7770之后,瑞萨公司今年又带来了一款在汽车导航的同时能够进行高精度图像识别的SoC芯片SH-Navi2V(SH7774)。这使得该公司成为全球第一家将图像识别处理IP内置在汽车导航SoC中的半导体供应商。虽然同样搭载了瑞萨名为SH-4A的CPU内核,不过新产品的频率却从400MHz提高到了600MHz,处理能力也升至1GIPS。此外,该芯片还内置了最高频率为600MHz的FPU,可实现单精度4.2GFLOPS运算能力。
外围功能方面,SH7774集成了2D图形引擎、音频编码器以及ATAPI、以太网、CAN等各种下一代车载导航系统中所必须的外围模块。其中,除了拥有反混淆、涂色处理等地图描绘增强性功能外,2D图形引擎还搭载了进行定点坐标计算的几何引擎。这使得该芯片的绘画处理性能在300MHz高速运行时,达到SH7770的3倍。值得一提的还有,为了减少外部存储器的数量,研发人员还采用了各模块可共享内存的统一的存储器架构。
不过,图像识别功能才是SH7774的最大亮点。据称,利用内置高速图像处理能力,搭配车载摄像头以及DDR2等其他外围模块,SH7774能够实现对多种类型车道白线(线、点等)的识别。瑞萨科技MCU本部自动车事业部副部长山内直树介绍说,由于各国在车道白线的宽度、长度、白线间距上各有不同,要在高速行驶的汽车中实现车道的快速识别,这对芯片性能提出了较高的要求。为了解决这一难题,研究人员采用了CPU内核与图像识别IP的并行架构,并在内外部总线上进行创新——在内部总线中引入总线调停回路,可设定个模块访问总线时的优先级；在外部总线中使用了可与高速DDR2-SDRAMl连接的频率为300MHz的32位总线以及与闪存及SRAM连接的32位扩充总线。
“在过去,要实现车道的自动识别,需要在汽车中搭载大型电脑来完成。”山内直树表示。不过由于一些先天因素,这种系统并不适合大规模的普及。“首先,采用电脑的成本过于昂贵。其次,由于该类应用的温度跨度太大(-40℃～80℃),也不适合电脑工作。最后,对于汽车应用来说,电脑的功率实在太大了。这些缺点在SH7774上并不存在。”他说。
SH7774的出现无疑将加快汽车安全辅助驾驶的实用化进程。山内直树表示,该芯片已经进入实用化阶段。据称,它能在各种天况下帮助车辆进行车道白线的自动识别,识别率超过98%。他还透露,目前瑞萨科技的图像识别系统仅能起到驾驶警告的作用,而该公司的下一代产品可能还会增添自动矫正功能,确保汽车行驶在车道白线范围以内。此外,瑞萨还可能将图像识别用于醉酒驾驶脸部识别系统。
ITS系统:交通为先,娱乐次之
自90年代中期美国和欧洲首次提出智能道路交通系统(ITS)以来,这种将计算机、电子和通信三种学科结合在一起的技术已经得到了广泛布署。据称,到本世纪中叶,全球各个国家的大型公路上都将配有ITS系统。而在车载ITS系统中,日本公司占有重要的位置。山内直树表示,传承了三菱和日立在ITS系统开发中的经验,瑞萨科技也在积极投身车载ITS半导体的开发。
就目前来看,车载ETC(电子不停车收费)和微波DSRC(交通专用短程通信)是推动ITS系统建设的核心应用。前者可加快高速公路出入的速度,而配合城市基础设施与导航器的应用,通过路车间、车车间的通信,DSRC能够在数十米的距离内实现大量数据的高速交换,在解决交通拥堵现象的同时,防止车辆碰撞。此外,车载ITS设备还可按照需求接受定点分类广告。山内直树表示,瑞萨已经能够提供结合了ETC和DSRC技术的公共平台。
图2. 各种无线通信技术将被应用于未来的ITS系统
包括无线接入汽车环境(WAVE)、IPv6、802.11b、Adhoc、WiMAX、UWB等在内的新兴通信技术将被应用在未来的ITS系统中。举例来说,在没有通信基础设施网络的情况下,驾车者可利用各种信息设备(终端、车、传感器)来自动构建无线网络,通过多次跳跃的方法扩大通信范围。
中国也在进行ITS建设方面的尝试。据悉,第十四届ITS世界大会(ITS-China)将于今年10月份在北京召开。在瑞萨科技的帮助下,长春市相关部门正在考虑利用有线、无线、终端技术,包括道路建设、道路管制、电子眼、摄像头、信号灯管制的整体系统,引进图像、声音控制,从概念、服务、网络三个层面来对该市未来交通发展进行策划。据悉,该计划的合作伙伴还包括一汽启明、吉林大学等。“中国的ITS市场将在2～3年内开始启动。”山内直树说。
加大本地合作,国际厂家走上“曲线救国”道路
为了开拓中国汽车电子市场,通过与政府、当地厂商、独立设计公司(IDH)、大学等建立良好的合作关系,国际半导体厂商正在向中国开发和提供有针对性的产品和解决方案。来自天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室的谢辉副教授就介绍了该校同英飞凌科技在双方共建的联合实验室工作方面的进展。
“中国摩托车电喷市场即将启动。针对这一需求,在联合实验室建立的初期,我们选择了摩托车电控管理系统(EMS)的开发。”谢辉称,“实验室建立一年多来,该项目已经基本完成。”据悉,目前整个方案不仅通过了包括电磁兼容、震动、高低温等国家标准中规定的各种ECU可靠性测试,同时也进行了动力性、经济性、排放等方面的整车测试。“不久前公布的‘国三’标准将在2008年7月开始实施,而早在标准颁布前我们就开始了标准相符性方面的测试。”他说。据悉,这个国内首次进行的测试完成了1,6000公里行驶里程。得到的0公里、6000公里以及10,000公里测试都符合“国三”排放标准。此外,在测试项目全部完成后,整个电路没有出现任何故障,这表明该方案已经具有产业化能力。“我们已经和国内一个比较大的零部件供应商就方案产业化进行了讨论。”谢辉说,“目前已经基本上确定了产业化的几个战略步骤。也许今年年底的时候我们会有一个品牌,也许到明年这个时候会进行小批量的上市。”
天大的摩托车电喷方案目前主要基于英飞凌的16位平台,不过在32位平台上,两家单位同样进行了合作。“我们刚刚签订了采用32位TriCore针对汽油机的合作协议,主要针对今明两年将大量投放市场的一个汽油机进行开发。”谢辉透露。据称,在天大参与的3个863项目中,有两个都将用到32位平台,分别是电控柴油机项目以及电动汽车混合动力汽车项目。其中,柴油机项目已经向整车企业推荐了32位产品。而在电动以及混合动力方面,将分为16位、32位两个阶段进行开发。“通过校企合作以及自己的努力,短期到摩托车,中期到柴油机、汽油机,远到电动汽车,我们的方案已经跟整车企业有了明显的合作关系。这是近一年来最明显的变化。”谢辉表示。
在加大本地合作上,瑞萨科技也有比较成功的经验。山内直树表示,该公司3年前就开始同中国汽车技术研究中心(CATARC)展开了面向中国市场的汽车电子系统开发的合作。利用瑞萨科技的MCU,后者开发了基于CAN总线的智能汽车网络控制系统,实现了对中控锁、摇窗机、后视镜、天窗、电加热、前后雨刷、前后灯组以及车内照明灯的智能控制。据称,目前该方案已被中顺汽车等数家公司采用。此外,在CATARC新开发的仪表板内,瑞萨科技也将提供MCU和相关的技术支持。IDH方面,该公司还正在与香港汽车零部件厂商DIT合作,在仪表板中采用后者的步进电机,开发针对中国市场的解决方案。此外,该公司还正在与多所中国大学在高端MCU领域展开合作。
作者:王彦
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