元器件厂商谈汽车电子的新动向

王莹 王金旺

摘要：互联性、无人驾驶以及程度越来越高的电气化是汽车的发展趋势。为此，本媒体邀请国内外芯片巨头介绍了汽车业最新的趋势动向。

关键词：互联性；无人驾驶；电气化

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2018.7.003

互联性

5G通讯为车联网开拓道路

首先，5G通信这一基础设施服务现已开始准备投入实用，预计将成为2020年以后社会基础设施建设的基石。2020年将在原4G网络为基础的一部分区域试运行，今后，会以亚洲为中心不断扩充适用区域。

5G通信基础设施不仅可以让我们体验到比目前移动网络更加快捷的速度，同时汽车也将作为“车联网”或“联网汽车”等某种移动终端而互联使用。除此之外，不局限于移动体，它也将是物联网（车联网）的大动脉。

5G通信基础设施可实现大容量数据信息无延迟即时通信，可使汽车上搭载的毫米波雷达和激光雷达（LiDAR）等传感器收集到的信息瞬间转换为地图信息或交通拥堵信息，从安全驾驶，到改善拥堵，为最终实现自动驾驶提供切实保障。

其次，今后汽车上将会搭载很多传感器以确保安全驾驶，新能源电动车也越来越普及，汽车正在逐步实现电子化管理。为此，汽车上将会需要更多进行控制和信息处理的高性能半导体。今后伴随着这些信息通过网络将可以实现无线通信，负责网络云端信息处理的半导体也有高性能化的需求。面向车载的半导体领域也具有非常可观的市场前景。

另外，为确保大量地、稳定地接受这些大容量数据信息，搭载在终端机上的小型、高性能的天线和过滤器等与射频（RF）相关领域产品，也亟需技术革新。

针对5G基础设施，京瓷正在进一步研发分别面向基站和终端的高效解决方案。

具体来说，面向基站方面，京瓷可提供高可靠性的电子元件，有满足综合频率稳定度在7 ppm以下的高精度TCXO、高频VCXO、高容量MLCC以及窄带间精准滤波的SAW元器件。另外，还提供可用于光通讯连接部的高可靠性的气密性封装陶瓷管壳。

面向终端方面，除了与基站相同的TCXO、MLCC、SAW等电子元器件之外，还提供利于线路间以及各个模块内部高可靠性连接的连接器。以及适用于封装摄像头和MEMS等传感器类产品的高可靠性、环境耐适性优良的陶瓷封装管壳和适用于车载半导体封装的有机封装基板。

另外，为了更好的保障行车安全，京瓷提供HUD专用液晶显示屏，并且正在进一步研发光学设计和软件的整套解决方案。

安森美汽车电子解决方案

自上世纪70年代以来，为应对石油禁运，减少对石油的依赖性，节能减排就成为汽车业重点关注的。汽车中电子成分不断增加。环境及能源法规促进电动汽车/混合动力汽车蓬勃发展。

以内燃机作为唯一动力来源的传统汽车，正在实现汽车功能电子化的好处，以提高整体汽车燃油效率。轻度混合动力和微混合动力汽车越来越流行，尤其是内置48 V动力配件的汽车。除了支持12 V系统无法支持的高功率负载（>10kW）外，添加48V系统的另一个好处是，由于使用较小的仪表接线，车辆配电系统的损耗减少。结合现有12V系统与48V系统生产双电压车辆，用作实现潜在的全面48V车辆的桥梁，为转换到48V铺路。

在新能源汽车中，要求电池管理系统能实现高能效和高功率密度、小尺寸、低成本，同时符合AEC车规、IS026262汽车安全完整性等级（ASIL）等标准以提供更高可靠性。

安森美半导体拥有汽车功能电子化所需的全部核心技术，提供宽广的汽车级电源管理产品阵容，包括IGBT、高压门极驱动器、高压MOSFET，高压DC-DC转换器等，且正开发下一代半导体宽禁带产品和技术，包括碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN），以提高电动汽车/混合动力/插电式混合动力汽车中电源管理的功率密度和能效，降低电磁干扰（EMI）、减小系统尺寸，如最新推出的SiC_极管1200 V FFSHx0120和650 VFFSHx065提供零反向恢复、低正向电压、与温度无关的电流稳定性、极低漏电流、高浪涌电容和正温度系数，包含一种提高可靠性和增强稳定性的独特专利终端结构，满足强固性要求，并在汽车应用恶劣的电气环境中可靠地工作。

Molex： HSAutoLinkⅡ互连车辆技术生态系统

如同在许多其他的网络通信领域一样，汽车的网络互连需要越来越多的高带宽资源，其吞吐量已经达到了10～20 Gbps的水平。

汽车行业需要采用多种高速介质协议来实现车辆的网络互连，因此，行业面临的主要挑战包括互操作性以及多协议的支持。典型应用包括车载信息娱乐系统、远程信息处理系统、无线电以及导航辅助设备。此外，对先进驾驶辅助系统（ADAS）的需求也在不断上升，而且自动驾驶汽车需要包含雷达和激光雷达单元在内的形形色色的摄像头和导航传感器设备。

HSAutoLink II互连系统

在持续不断的为未来的互连移动提供支持的过程中，Molex开发出了一个互连车辆技术生态系统，其中包含1G/10 Gbps的汽车以太网络解决方案，完全整合了可靠的信号完整性、优先级划分、可扩展性以及安全性。

Molex和罗森伯格最近签署了一份双重来源协议，使Molex可以基于罗森伯格的HFM⑩设计来生产高速的Mini Fakra汽车同轴连接器。罗森伯格的HFM MiniFakra系统可使快速数据传输达到20 Gbps的速率，设计可供一系列现有及未来的汽车应用使用，包括ADAS、导航、信息娱乐系统，以及智能互连车辆等。

互連车辆和自动驾驶汽车中日益增长的带宽，需要严格的安全性，这就对可以操作多个设备、屏幕及摄像头的稳健的基础设施提出了要求。HFM Mini Fakra连接器可提供最高的数据传输速率，并且节省多达80%的安装空间，同时，与传统的Fa kra实施相比，还可显着的减轻重量。

对于车载互连应用，Molex还提供极具成本效益的HSAutoLink lI互连系统，其数据速率超过2.0 Gpbs，并且能够为不同的通信网络和通信协议提供支持。

无人驾驶

传感器融合是无人驾驶技术的大趋势

无人驾驶的大趋势还是多传感器融合，结合大数据及人工智能做出正确的决策。目前来看，还是以降低场景的维度来实现产品落地。通过技术的不断迭代，成本的下降，法律法规的完善，最终实现开放道路下无人驾驶的美好愿景。

与普通车辆相比，自动驾驶车辆的定位精度重要性极高，并且需要能够识别“行驶在哪个车道”，而不是“正行驶在什么道路”。通常一条车道的宽度只有2.7米到4.6米，允许的误差极小。因此自动驾驶的实现离不开高精度定位，传感技术能够通过电子技术进行精确控制，这对于汽车安全系统必不可少。为了实现在所有条件下都能安全运行的自动驾驶系统，需要优异的车辆位置特定精度。惯性传感器能够提供可靠的车辆位置数据，即使在其他传感器误检测的严重情况下也是如此。同时，惯性传感器在低速情况下的指向性要优于GPS。

村田长年从事车载用途产品的研发，现有的许多传感器产品可以立即应用于自动驾驶车辆的研发生产。村田生产的惯性传感器即使在自动驾驶车辆中也能够发挥可靠的安全性能。其中，陀螺仪一体化加速度传感器已累计为汽车行业提供5000万单位的产品。

电气化

新能源汽车SiC解决方案

新能源汽车（EV） “三电”的痛点在于行驶距离、电池空间和高可靠性。ROHM凭借SiC（碳化硅）来应对这些难题。

ROHM的SiC功率元器件主要应用于EV的主逆变器、DC/DC转换器、车载充电器、电动压缩机等在新能源汽车中重要性凸显的大电流区域，需要更稳定高效率的元器件。

使用SiC元器件能让设备体积更小，功耗更低。因具备高耐压、高耐热特性，使在小空间和严酷环境下的安装成为可能。应用于混合动力汽车和电动汽车，可大幅降低油耗，扩大车内空间，从而有更多空间设置更大的电池，有效提高行驶距离。

ROHM在EV方面的解决方案包括ROHM针对EV专用单元的综合解决方案和48V电源系统。

EV专用单元的综合解决方案

EV专用单元需要对12V系列低电压电路和电池/驱动系统高电压电路进行绝缘，进而要求较高的可靠性、小型化、低功耗。ROHM通过SiC功率元器件、IGBT、SJMOSFET等功率元器件对其作出贡献。并且，提供与功率元器件控制IC及电源、变压器、二极管、检测电流的分流电阻器等各种通用产品配套的解决方案，以此降低EV专用单元的功耗、提高效率、使之更小。通过提供整体解决方案，为EV单元的小型化、高效率化做出贡献。

48V电源系统

轻度混合动力汽车采用比以往12V电源传输效率更高的48V电源系统。另一方面，配置在车辆各个部位的ECU需要较低的3.3V驱动电压，进而要求更低的2.5V的驱动电压。ROHM挑战DC/DC转换器的“单芯片化”这一高难度关口，开发出了超高速脉冲控制技术“Nano Pulse Control”。搭载此项技术，可将开关导通时间缩短到9ns。

另外，ROHM通过第三方认证机构德国莱茵TUV取得了汽车行业功能安全标准“IS026262”的开发工艺认证。这意味着ROHM面向车载领域的元器件开发工艺被认定为可满足该标准中的最高安全等级“ASIL-D”。

新能源汽车的功能安全

功能安全是是新能源汽车的电池管理系统（BMS）的核心挑战和目标。功能安全国际标准IS026262，现已成为欧美国家在新能源汽车领域逐步普及的标准。中国新能源汽车企业及核心零部件企业能否快速跟上功能安全标准的要求，是当下一个很大的挑战。

在新能源汽车中，当传统机械部件变成了电子部件，且搭载大量的电池，就对功能安全提出了更高的要求。IS026262功能安全标准的实施对BMS产品的方案、架构、核心零部件都提出了崭新的要求，是BMS方案商和半导体供应商在未来3-5年要不断跟随的标准。

除了可靠性，也对功能安全方面提出了挑战。电池管理系统的各项测量精度也是未来提出的挑战，包括电池系统电压、电流、系统绝缘、SoC、SOH、SOP等系统参数的检测精度。BMS系统需要准确估测动力电池组的荷电状态，动态监测动力电池组的工作状态，单体电池间的均衡。电动车将以锂电池为主要动力驱动来源，然而锂电池大量生产时品质不易掌握，电池芯出厂时电量即存在些微差异，且随着操作环境、老化，不同工况等因素，电池间不一致性将愈趋明显，电池效率、寿命也都将变差，再加上过充或过放等情况，严重时可能导致起火燃烧等安全隐患。因此，透过BMS能准确量测电池组使用状况，保护电池不至于过度充放电，平衡电池组中每一颗电池的电量，以及分析计算电池组的剩余电量并转换为驾驶可理解的续航力信息，動态监控电池组的健康参数，确保动力电池可靠安全运行。

RH850+ISL78714系统级别高功能安全解决方案

电池电压、电流信息同步采样检测。自主知识产权菊花链连接可靠性高，对电动车复杂工况，干扰环境大的情况下，对暂态冲击耐受强。不仅支持板间的变压器隔离模式，还支持板内的电容隔离模式。

其中模拟前端ISL78714提供了14通道采样，每个通道+/-2 mV采样精度。电池电压采样和温度端口采样，都是ASIL C级别。单CELL输入通道可以支持+/-5V的测量范围，不仅仅可以承受，还可以用来检测连接铜条上的正负向压降，感知BUS BAR的松动，氧化异常。多达40多项故障检测机制，有效的检测故障和提前告警，为电动车的安全运行，保驾护航。

电动汽车电池管理系统的安全性

电动汽车的核心是电池，而电池的核心在于电池管理系统，夸张点说“没有电池管理的电池包就是一个炸弹”，电池管理系统是整个系统能否可靠工作的关键所在，由于电池管理系统极易受到静电、EMC干扰、感应浪涌、过负载、短路等过电流和过电压的威胁，必须精心设计过电压和过电流保护。基于此，国际标准化组织对汽车电子的安全性也提出了IS026262，对汽车电子完整生命周期内的功能性安全方面的整体开发过程包括电池管理系统提出了具体的流程。

对在电池管理系统均衡采样线上常用的一次性保险丝，原本没有AECQ官方标准，那力特作为AEC委员会的成员，根据AEC-Q200准则制定了一项测试计划，对保险丝在汽车应用的适用性和可靠性进行测试，这项测试计划包含18项测试，所用的样本量也有非常严格的要求，这就要求保险丝供应商具有整个高质量控制体系才能保证高品质的一致性和持续性，这是其他一些厂家所不具备的。在国内由于电池管理系统市场竞争激烈，国内BMS厂家技术也是参差不齐，目前国内更多的是设计被动均衡电池管理系统，而不是国外盛行的主动式均衡功能设计。甚至有些BMS厂家基于价格因素，用了非高可靠性的保险丝，或者方案里去掉了保险丝，这些都是短视的行为。保险丝只是电池管理系统保护的一个例子，未来随着电动汽车的大规模生产，新能源汽车的安全性问题，以后一定是电动汽车的重中之重，在发展电动汽车的同时，我们必须要有一个稳定、安全、可靠的电池管理系统产品，只有这样才能维持电动汽车的可持续发展。

力特在电动汽车的三电、OBC车载充电机、DC/DC等应用上都有完整的解决方案。例如对电池管理系统保护，力特的保险丝以及TVS_极管具有极大的优势，在电池管理系统的均衡采样线上都会用到力特的保险丝和TVS_极管来做过流保护和过压保护。对于在电池管理系统易于遭受耦合或传导而引起过电压应力的CAN通讯总线，力特的AQ24CANFD-02HTG和SM24CANA-02HTG是很好的ESD和抗浪涌保护器件，另外，这两款器件已经通过了全球最大汽车OEM的认可。

ADl车用解决方案

汽车电气化趋势为汽车提供更多附加功能和价值，也为汽车自动驾驶打下基础。ADI的锂电池管理解决方案已经为新能源汽车所应用多年，并一直在不断提供新的附加功能和价值。针对自动驾驶的线控方案，如线控方向盘、线控刹车，ADI提供高性能，高可靠性的磁阻方案（xMR）

用于马达驱动和位置传感。ADI PowerBU提供一系列汽车级电源管理产品，针对汽车高可靠性和模组轻量化，小型化等需求，提供Slient Switch和Micro Module方案。

车用电气/电源/电子系统的元件动向

PTC热敏电阻

TDK集团爱普科斯大中华区保护和压电元件产品市场部资深经理张浩先生称，环保和节能做为主要驱动力，传统乘用车燃油发动机设计的减小排量进行小型化趋势非常明显，例如，可以看到3.0 L排气量的发动机已经普遍被2.0T（带涡轮增压器的2.0 L发动机）的设计替代。

由于小型化的汽油发动机在冬季时无法产生足够的余热来给车舱加热，所以必须需要其他热源补充来保证舒适的车内温度。因此，开始出现采用PTC热敏电阻辅助进行室内加热。在某些区域，特别是欧洲，PTC辅助加热是非常普遍而且很成熟的方案；现在亚洲地区尤其是中国，对汽油发动机乘用车增加PTC陶瓷热敏电阻加热模块会是一个新的趋势。

新能源汽车使用高压PTC热敏电阻进行车内空调加热已经非常普遍。重点在于加热模块尚需小型化和轻量化，以及提高功率密度，从而适用于有限的可用空间并提供可靠的完善性能。

薄膜电容器

TDK集团爱普科斯大中华区电容器产品市场部应用经理柯志强先生指出，随着汽车电气化的不断发展，汽车电路系统的电压和输出功率将大幅提升，关键部件对电子元器件的耐压耐冲击能力以及高温高湿可靠性要求更为严格。薄膜电容器具有良好的耐高压耐冲击能力，具备自愈能力，特别适合于高转换频率、高工作电压、长期稳定、高脉冲强度和纹波电流能力的应用场合，如变频器、DC/DC逆变器、充电系统和照明系统。针对新能源汽车的发展趋势，TDK可提供全系列符合车规AEC-Q200的汽车级爱普科斯（EPCOS）薄膜电容器。

其中，对于高温高湿可靠性的需求，TDK可提供耐高温高湿负荷强的安规电容系列，可通过85。C/85%RH带载测试1 000小时。另外，对于高耐脉冲应用，TDK可提供耐脉冲能力的双面蒸镀金属化薄膜电容器系列。此外，为了满足高温工作的需求，TDK最新推出可在125℃下连续使用的高耐热型汽车级爱普科斯（EPCOS）DCLink薄膜电容器，该系列损耗很小，有着出色的耐纹波电流能力。容值范围从1 LL F到50υF，有630/700/840 V DC三个电压等级。该系列非常适合应用在新能源汽车OBC、DC/DC转换器中，作为DCLink电容或高压滤波电容。

电机用温度传感器与嵌入式温度传感器

TDK集团爱普科斯大中华区温度和压力传感器产品市场部资深经理崔鹏波先生称，电机是新能源汽车的关键部件，持续的工作使得内部的温度持续攀升。為了保证零部件的安全及正常稳定的工作，就需要在电机内部安装温度传感器来检测内部的温度。TDK爱普科斯（EPCOS）电机用温度传感器有多种不同的设计，可以满足不同客户、不同技术标准的要求。针对电机内部的高温环境、长时间震动的严苛环境，该系列产品通过了长期的设计验证，并且已经通过大量的市场验证。此外，TDK可以基于客户的要求来定制产品。TDK的嵌入式温度传感器安装在电机定子的间隙内，工作温度为-40℃至+200℃短时工作温度可达+220℃，耐压为2.8kV。

参考文献：

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[3]Henry Muyshondt汽车信息娱乐网络技术评估[J].电子产品世界，2016（8）：20-21

[4]王莹，王金旺.车联网与自动驾驶关键技术问题[J]电子产品世界，20167（5）：20-22

[5]lan Riches.ARM进一步深入汽车电子领域[J].电子产品世界，2017（6）：3-6