汽车电子:与“常规”电子有何不同?

汽车电子:与“常规”电子有何不同?

可以说,信息娱乐系统是将普通车辆变成智能车辆的“催化剂”;智能车辆是指:可以提供优异娱乐设施(如后座娱乐),以及提供能够辅助驾驶的技术(包括驾驶员辅助停车入位、警告驾驶员交通路线拥挤并建议替代路线),并在车内提供互联网连接。

汽车电子产品是专门设计的用于汽车的电子产品。汽车电子可以承受比商用(即常规)电子更极端的温度范围,它们也因此被评定为汽车电子。

大多数电气产品是以几种温度等级制造的,每个制造商都定义了自己的温度定额。因此,设计师和工程师必须密切关注产品数据表的实际规格。以下列表是温度定额/等级的示例。注意,汽车级仅次于军工级(在极端温度定额方面):

  • 商用级:0℃至85℃
  • 工业级:-40℃至100℃
  • 汽车级:-40℃至125℃
  • 军工级:-55℃至125℃

现在你或许会问,为什么不在所有应用中都使用军工级?答案很简单:成本。你可以确信,随着器件温度定额的增加,其成本也会增加——有时甚至会大幅增加。

然而,除了特殊的温度定额,标定为“汽车电子”的器件指的是那些被设计用于或改造用于汽车应用的器件。这类应用包括:车用电脑(carputer),远程信息处理(telematics)和信息娱乐系统。

车用电脑(汽车和电脑两个词的组合)无非就是一款定制PC,专门用在汽车中,具有以下一种或多种附加特性:

  • 体积小巧
  • 低功耗要求
  • 定制器件
  • 视频功能(DVD)
  • 音乐功能(MP3)
  • 蓝牙功能
  • USB功能
  • WiFi功能
  • GPS导航

汽车首次使用电脑是用于发动机控制。它被称为ECU电脑或发动机控制单元。那是1968年,当时第一个ECU出现在大众汽车的一款车中,用于执行一项特殊功能:EFI(电子燃油喷射)。参见图1。

图1:大众汽车首先在汽车上使用电脑。(图片由chipsetc.com提供)

图1:大众汽车首先在汽车上使用电脑。(图片由chipsetc.com提供)

在大众汽车开始在汽车上使用电脑不久,其它制造商也步其后尘。图2是时间线简介。

图2:车用电脑简史。(图片由chipsetc.com提供)

图2:车用电脑简史。(图片由chipsetc.com提供)

远程信息处理(电信和信息学两个词的组合)在广义上是指:利用信息和通信技术的任何电信综合利用——是通过电信设备发送、接收和存储与汽车有关的信息的技术。以下列表包括使用或以其它方式利用远程信息处理的通信应用示例:

  • 车辆/拖车跟踪
  • 无线车辆安全通信
  • 车辆应急预警系统
  • 智能车辆技术
  • 车辆共享技术
  • 卫星导航
  • 道路交通安全

信息娱乐(信息和娱乐两个词的组合)系统——也被称为车载娱乐(ICE)和车载信息娱乐(IVI)——是汽车中硬件和软件的集合,它以信息和娱乐结合的方式提供音频和视频内容。可以说,信息娱乐系统是将普通车辆变成智能车辆的“催化剂”;智能车辆是指:可以提供优异娱乐设施(如后座娱乐),以及提供能够辅助驾驶的技术(包括驾驶员辅助停车入位、警告驾驶员交通路线拥挤并建议替代路线),并在车内提供互联网连接。

“信息娱乐是推动微电子技术在汽车中普及的一大关键趋势。”越来越明显的是,司机希望实现“联网”并随时随地通过自己的各种设备轻松访问其个人内容。而今天的汽车电子产品则提供了把汽车转变为另一种“联网设备”的手段。“一辆‘联网’的汽车也更舒适、更安全、更节能,能尽早获取天气报告、交通堵塞或道路交通事故等重要信息。”

 

图3:信息娱乐仪表板示例。(图片由mobilesyrup.com提供)

图3:信息娱乐仪表板示例。(图片由mobilesyrup.com提供)

当今的汽车可能拥有超过50个电脑系统,专门用于监控和/或控制从驾乘操控到车载娱乐和通信系统的方方面面(见下图4)。目前的汽车电子半导体供应商包括:飞思卡尔/恩智浦、瑞萨、英飞凌、意法半导体、博世、德州仪器(TI)、安森美半导体、东芝和美光科技。

图4:现今的汽车使用数十台电脑系统和IC。(图片由chipsetc.com提供)

图4:现今的汽车使用数十台电脑系统和IC。(图片由chipsetc.com提供)

以下部分仅就英飞凌提供的汽车电子的一般和具体应用做一介绍。

安全应用

安全气囊系统

  • 安全气囊系统是大多数汽车的标配,是许多国家的强制性车载安装设备。
  • 英飞凌的产品支持可扩展性和灵活性,基于其方案搭建的系统支持4到20个以上的气囊。
图5:安全气囊系统。(图像来自英飞凌《汽车应用指南(Automotive Application Guide)》)

 图5:安全气囊系统。(图像来自英飞凌《汽车应用指南(Automotive Application Guide)》)

24GHz汽车雷达系统

  • 短程雷达实现。
  • 24GHz雷达技术,用于驾驶辅助系统、如自动紧急制动和盲点检测。
图6:雷达系统。(图像来自英飞凌《汽车应用指南(Automotive Application Guide)》)。

 图6:雷达系统。(图像来自英飞凌《汽车应用指南(Automotive Application Guide)》)。

多功能相机系统

  • 高度集成、紧凑、高效的成像系统。
  • 使能驾驶员辅助功能,包括:车道偏离警告、前方碰撞警告、交通标志识别和行人识别。
图7:相机系统。(图像来自英飞凌《汽车应用指南(Automotive Application Guide)》)。

 图7:相机系统。(图像来自英飞凌《汽车应用指南(Automotive Application Guide)》)。

胎压监测系统

  • 为汽车安全、操控和舒适驾驶,确保正确的轮胎压力。
  • 延长轮胎寿命达30%。
图8:胎压监测系统。(图像来自英飞凌《汽车应用指南(Automotive Application Guide)》)。

 图8:胎压监测系统。(图像来自英飞凌《汽车应用指南(Automotive Application Guide)》)。

动力总成应用

48V微混合

  • 启动/停止和高效发电机
  • 发动机制动仿真、汽车巡航/滑行、电动汽车启动。
图9:48V微混合系统。(图像来自英飞凌《汽车应用指南(Automotive Application Guide)》)。

 图9:48V微混合系统。(图像来自英飞凌《汽车应用指南(Automotive Application Guide)》)。

汽油直喷系统

  • 在符合最新排放法规前提下,尽可能提高燃油效率。
  • 提供增强的测量精度(点火控制、失火检测)。
图10。汽油直喷系统。(图像来自英飞凌《汽车应用指南(Automotive Application Guide)》)。

 图10。汽油直喷系统。(图像来自英飞凌《汽车应用指南(Automotive Application Guide)》)。

车身应用

LED后尾灯模块

  • 具有诊断和调光功能的集成LED控制。
  • 由于集成了保护功能,可延长LED和LED驱动器的使用寿命。
图11:LED后尾灯控制。(图像来自英飞凌《汽车应用指南(Automotive Application Guide)》)。

 图11:LED后尾灯控制。(图像来自英飞凌《汽车应用指南(Automotive Application Guide)》)。

带电容式触控传感器的车内灯光控制

  • 更换机械开关可节省成本。
  • 坚固可靠的触控感应控制技术。
图12:车内灯光控制。(图像来自英飞凌《汽车应用指南(Automotive Application Guide)》)。

 图12:车内灯光控制。(图像来自英飞凌《汽车应用指南(Automotive Application Guide)》)。

考虑到大众汽车在1968(49年前!)首次使用车内电脑系统,汽车进步的速度可谓叹为观止。鉴于目前汽车电子产品的发展趋势,未来的49年,难以想象汽车将变成怎样一番模样。也许我们根本不用开车,当汽车自己在路上自主行驶……或在空中飞翔时,我们只是睡觉、看电影,或用FaceTime与朋友和家人进行视频聊天。

来源:《电子技术设计》2017年9月刊