汽车电子现状一览
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2007-06-07 00:00
前言:
中国汽车电子市场年复合成长率达22%
据Strategy Analytics研究报告显示,未来几年,汽车电子半导体市场将以约8%的年均复合增长率(CAGR)稳定增长;电子信息产品的价值平均已占汽车总成本的1/3,每辆车中使用的半导体元件数量则将以年均9.6%的速度增长,到2010年将达到市场规模将达到283亿美元的水平。
据统计目前平均每部新车出厂时含IC成本约在310美元左右,估计到2010 年将成长至350 美元左右,年成长率平均约在3%~4%。
以车用IC为例,数据显示,2006年全球车用IC 市场产值约为123 亿美元,预计2007 年将增长到132 亿美元的规模,年成长率约为4.1%;估计到2010年将达到172亿美元,2005~2010 年复合成长率(CAGR)为9.55%,通信IC 为10.99%消费性IC达到10.06%。
全球每年新车出厂数量约为6,000 万部左右,每年成长率来看约在1~3%,整体汽车市场成长趋缓;但相对的车用IC市场年成长率约在4%~7%之间;虽然全球整体新车出厂的年成长幅度并不大,但由于车辆电子市场的带动,连带使得车用IC 市场有较高幅度的成长,也藉此可了解车用IC在车辆当中的渗透速度。新车内部使用的IC成本不断提高,虽然对于全球半导体厂商是个好消息,但也相对的对车厂形成压力。因此在提升产品性能的同时,如何控制住整体成本,成为全球从事汽车电子的半导体厂商不遗余力地努力目标。
数据显示:2003至今,中国汽车电子市场表现抢眼,年复合增长率达到22%(来源:Strategic Analytics),这反映中国汽车电子市场已迈入快速成长期。据悉2004年中国汽车电子产品市场销售额突破450亿元大关,年增幅达58%,预计2005年将达到700亿元。未来五年,中国汽车电子产业将以年均26%的速度增长。
尽管市场成长率喜人,我们也应看到,中国汽车电子厂商在核心技术的经验积累、工程人才和资金投入方面还面临巨大困难。中国厂商目前主要在车载电子、后装市场会寻找发展空间,而在汽车的核心控制领域和更加“大手笔”的前装市场,仍然缺乏进攻力量。
汽车电子市场发展趋势
随着汽车电子向网络化、智能化、舒适化趋势发展的不断深入,半导体在汽车电子化中的应用规模及其作用越来越引起关注,整个行业对MCU、传感器、模拟IC等关键半导体元器件需求不断增加的同时,也提出更多挑战。就汽车电子市场整体而言,MCU、传感器、模拟IC这三大关键半导体原件就占据了近3/4的市场份额。目前包括Freescale、Infineon、STMicro、TI、Renesas、Philips、NEC、Toshiba、Altera等国际知名的半导体厂商都在不遗余力地布局汽车电子关键半导体部件的市场。
高性能MCU才能满足未来需求
在1996年的时候,典型的汽车仅有6个MCU,随着技术的发展,如今大众辉腾汽车里面的MCU数量已经达到60个,预计到2008年,高档汽车应用MCU的数量会超过100个,这无疑使管理复杂性大大增加。汽车智能化的设计理念将不断深入,包括技术合作和开放的标准,鼓励即插即用的软件模块以及跨企业领域的技术合作环境。
出于控制和安全的需要,汽车车身有很多的位置需要控制和监测,把发动机、动力传动系统、感应点等分为几个ECU(电子控制单元)网络,各ECU间通过总线相连,来进行分布式控制是较为常见的方法。
分布式车身控制系统基于CAN/LIN总线,ECU将通过CAN总线提供稳定、可靠的低成本网络连接;电机、开关、传感器和车灯等则通过LIN进行网络连接。车身控制需要更高的集成度,这也是目前半导体厂商努力的目标,高集成度的器件可以帮助设计人员将模拟、功率器件和数字电路集成在一起,从而提供更好的性能调节、简化设计,并节省电路板空间。
由于MCU数量的不断增加,汽车内半导体元器件的的数目成倍增长,2008年,汽车内晶体管数量更将高达3.4亿。然而,高性能并不意味着成本的无约束,能够用得起才是最终目标。目前汽车电子领域采用16bit MCU较为普遍,32bit MCU仅仅出现在高端市场,相信随着时间的推移,32bit高性能MCU普及到中、低端汽车市场只是时间问题。
以飞思卡尔为例:如:S12XEP100将存储器容量提高到1MB,显著提高了MCU在各种应用中的性能,包括中央车身控制、仪表检测、车门模块和底盘节点。同时,S12XE系列包括一个存储器保护单元(MPU),用于防止软件中的系统错误,这项特性在汽车设计中非常关键。XGATE协处理器模块提供多种功能,比如显示驱动、先进脉冲调制(PWM)功能和中断处理,可以显著降低CPU的负荷,使CPU能够集中资源运行关键的系统活动,从而缩短响应时间。
早在2006年初,分别排名全球第一和第二的汽车半导体芯片巨头飞思卡尔和意法半导体(ST),联合宣布,共同组建汽车电子控制系统的CPU开发部门,且共享知识产权,以拼抢全球和中国汽车半导体市场。双方的联合开发部门总部将设在德国慕尼黑,利用包括中国在内的多个开发机构。双方开发的内容包括汽车电子控制系统的微处理器(CPU)、半导体晶体管、汽车导航系统等领域。
目前,32位MCU产品方面,基于由双方共同推广的PowerPC架构的MPC5561集成了高性能处理功能、闪存和行业标准接口,如FlexRay协议,适用于高级汽车安全应用,目前已应用于BMW自适应驾驶系统。MPC5561包括一个单指令多数据流(SIMD)引擎,支持信号处理和浮点运算密集的应用。
汽车总线变得更为复杂
如前所述,由于车内电子系统变得越来越复杂,因此汽车内部的通信网络也得到相应发展,目前,汽车通信网络可以划分为四个不同的领域,现有的主流汽车总线协议都无法适应所有的要求:
●信息娱乐系统:通信要求高速率和高带宽,无线传输,目前主流应用协议有MOST,正在推出的有IDB-1394等;
●高安全的线控系统(X-By-Wire):涉及安全性很高的刹车和导向系统,所以它的通信要求高容错性、高可靠性和高实时性。现有的协议TTCAN、FlexRay、TTP;
●车身控制系统:CAN协议已经有了20多年的应用积累,其中包括传统的车身控制和传动装置控制;
●低端控制系统:简单串行通信的ECU,比如控制后视镜和车门的智能传感器以及激励器等,是LIN总线的应用领域。
从目前的发展趋势来看,未来5到10年内,以TTP/C和FlexRay为代表的下一代高速容错总线将逐步取代高速CAN,目前包括NXP和瑞萨科技在内的一些半导体公司,其FlexRay总线技术解决方案已经开始进入应用,相应的MCU芯片也在研发中。尽管如此,并不意味CAN总线退出汽车电子市场,CAN总线会转为辅助次级网络。
ESP将快速装备新车
汽车电子稳定程序控制系统(Electronic Stability Program),ESP系统除了具有ABS和TCS的功能之外,更是一种智能的主动安全系统,它通过高度灵敏的传感器时刻监测车辆的行驶状态,并通过计算分析判定车辆行驶方向是否偏离驾驶员的操作意图,识别出危险情况,并提前裁决出可行的干预措施使车辆恢复到稳定行驶状态。ESP能降低车辆侧滑的危险,从而降低事故的发生,显著减少因外界各种恶劣路况及驾驶员失误等造成的重大损失,极大地改善了汽车的动态行驶安全性。美国国家公路交通安全管理局 (NHTSA) 的一项报告称,在配备了 ESC 的车辆中,客车单车碰撞事故减少30%,而轿车致命的单车碰撞事故也减少30%。就运动型多用途车而言,该事故下降率甚至更高,单车碰撞事故减少67%,而致命事故则减少63%。
ESP的装配率因各个国家而异。根据博世的统计,2005年德国新车ESP装配率约为72%,西欧的平均新车装配率约为44%,在日本和北美,这个数字稍低,北美约为21%,日本约为15%。而目前中国的装配率还比较低,约为3%。相信也会是中国市场成长较快的领域
目前主要有博世、德国大陆、日本电装、ADVICS、韩国万都、美国德尔福等少数几家公司生产ESP,其中博世占了较大份额。从博世1995年推出ESP系统10以来,到2006年初博世累计销售了2000万套ESP系统,在国际市场具有垄断地位。目前博世也积极与国内汽车厂商合作,推广其ESP在中国汽车市场的占有率。
纵观近几年汽车电子的发展,汽车电子技术正朝向功能多样化、技术一体化、系统集成化、通讯网络化这四大方向发展。而发展重点将落在动力控制、底盘控制、车身控制、主/被动安全、汽车网络、通信系统、安全与防盗技术等领域。此外,新能源汽车动力系统及其控制技术,总线与网络控制技术,车载42V供电控制技术,以及车载信息系统都成为业界关注的重点。