汽车电子:从喧嚣回归理性

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    随着汽车智能化、信息化的深入,以MCU为代表的有源器件在汽车上的应用日益增多,但同时在汽车上应用的无源器件、分立器件和功率器件数量也在不断增加。

    无容置疑,MCU在汽车动力系统、车辆控制中起到核心作用,实时计算和处理汽车在行驶过程中的各种信息并及时反馈,而汽车的安全高效的运行,同样离不开实时进行信息采集的传感器、负责执行控制的执行器、保障数据传输完整性和及时性的连接器等无源器件,还有提升安全性的电路保护器件以及能降低能耗和让汽车更加环保的功率器件等。

    在此次72届电子展上,第六届汽车电子论坛和汽车电子展区吸引了众多元器件供应商和整机厂商的关注,新的产品应用让设计工程师对汽车电子设计思路和应用有了新的认识。虽然目前国内汽车电子企业研发主要集中在汽车娱乐和导航系统,但未来必然会参与动力、安全等核心系统的开发,设计工程师需要深刻的理解基础电子元器件在汽车上的应用,对传感器、执行器、电容、电阻、ESD保护以及功率器件的知识融会贯通,才能更好地和电子元器件供应商合作,进行同步开发。

    汽车电子中除控制器之外,传感器、执行器和其他无源器件也是汽车电子的基础,对整个汽车系统起着重要的支撑作用,汽车用基础电子元器件构建的先进系统为汽车的智能化提供基础,每一种新的汽车电子应用系统的出现,都将会催生新的汽车用电子元器件与之配套。

    应用需求推动车用传感器发展

    传感器作为汽车电控系统的关键部件,直接影响到汽车技术性能的发挥。目前一辆普通汽车上大约装有几十多个传感器,高级豪华轿车则需要200多个,这些传感器主要分布在发动机控制系统、底盘控制系统和车身控制系统和娱乐导航系统中。

    这些传感器包括压力传感器、位置和转速传感器、加速度传感器、距离传感器、陀螺仪和车速传感器、方向盘转角传感器等。其中加速度、振动、速度传感器是汽车运动测量中的三种主要传感器。

    基础设施建设投入加大间接扩充传感器市场

    目前汽车电子应用领域主要聚焦在轿车等小型私人用车领域上,国家于不久前提出的4万亿拉动内需的经济政策,将会在基础设施建设方面投入大量资金,这就需要大量的各种工程车辆以及重型车辆设备参与建设,对于车用电子元件厂商将是一个巨大的商机。在中国电子展上,我们看到霍尼韦尔公司推出的6自由度惯性测量单元(IMU)传感器——HG1171系列产品,使用MEMS技术来测量速度和加速度,通过检测旋转,速度和运动的变化实现三维的感应,它能够增强重型车辆设备的安全性、稳定性、生产效率和工作能力,产品可应用于工程车辆、农用车辆、物料搬运车辆等。

    绿色环保推动传感器应用

    传感器在汽车中应用领域最大的仍然是汽车引擎和驱动部分,随着世界各国对汽车环保法规的逐渐严格,控制和检测尾气排放的问题日益重视,车用排放控制传感器的市场将被看好。如汽车氧传感器、二氧化钛氧传感器等。霍尼韦尔于此次展会推出的R300温度传感器,在EGR(排气再循环系统)中具有潜在应用前景,R300系列产品能帮助EGR系统优化氮氧化合物的排放控制,优化燃料使用与发动机性能。

    更多需求应用

    此外,人们对汽车安全性和智能化的不断提高,新的应用需求带动传感器新的发展,如用于提高汽车安全性和舒适性的生物体测量方面的传感器;用于车辆动力学控制和安全气囊的加速度计;用于传动、刹车、冷却、燃油等方面的压力传感器;用于车辆动态控制、翻车报警和GPS后备的偏航速率传感器;用于轮速以及凸轮轴、机轴、踏板位置敏感的位置传感器以及车厢环境监控的湿度传感器等。总之,具有高灵敏度、耐冲击性、适应各种环境、高可靠性、高安全性等各种功能特点的传感器,将会是未来传感器市场产品需求的热点。

    车用继电器的发展新趋势

    执行器是用来精确无误地执行电子控制器发出的命令信号。目前汽车用机电式执行器类型很多,如电磁阀、压电元件、点火电子组件、继电器、热电耦等。其中继电器的发展最为活跃。是仅次于汽车电子传感器在汽车上应用最多的车用电子元器件之一。汽车继电器主要有机电式电磁继电器、电子混合式继电器、热保护继电器、延时继电器等几大类。它们广泛应用于控制汽车启动、预热、空调、灯光、雨刮、电喷、油泵、防盗、音响、通信、导航、电动风扇、冷却风扇、电动门窗、安全气囊、防抱死制动、悬架控制以及汽车电子仪表和故障诊断等系统中。此次展会厦门宏发、上海飞乐都展示了自己成熟的车用继电器产品。

    从中国电子展的参展产品来看,继电器在汽车应用上的技术发展趋势主要体现在以下几个方面:

    节能让继电器更高端

    节能和环保的需求推动了电动和双动力汽车市场的走俏,这些应用一般需要更高电压和电流指标的继电器,其中一项发展中的技术是固态继电器(SSR),它是监测电动汽车电池电压的理想元件,解决了机械继电器或干簧继电器功耗大、成本高的问题,并避免触头磨损和弹跳,延长了使用寿命。

    智能化组合继电器日渐流行

    组合式继电器将传统的开关继电器与微电子技术、计算机技术、信息技术相结合,成为汽车继电器的最新研发方向之一。在汽车故障诊断系统、自动检测系统、报警系统中都会用到不同功能的组合继电器。

    42V汽车继电器发展迅速

    鉴于14V汽车电源系统已经不适应汽车向操纵自动化、电气化方向发展,迫切要求把系统电压提高到42V。42V系统可以使汽车线束采用更小尺寸,可以给予电子驱动的起动器-交流发动机、交流压缩机等系统大功率的支持。传统的机械式继电器、断电保护器调节器将被淘汰,而广泛采用具有诊断能力和电路保护功能的多路传输控制系统。

    对静音及电磁兼容等性能指标要求更严格

    目前汽车厂商以及消费者对继电器的静音指标的要求越来越严格,同时随着汽车电子设备使用数量的不断增加,要求汽车继电器具备电磁兼容的性能。一方面继电器要能够承受、抵抗其他电子器件的电磁干扰,保持正常工作;另一方面要求继电器本身的电磁干扰系数要尽可能小,不会对其他电子产品产生干扰。

    阻容元件和功率器件在汽车应用中魅力不凡

    除传感器、继电器外,电阻、电容、电感、连接器、EMC/EMI、ESD保护器件和功率器件等在汽车电子中也有不俗的表现。

    随着汽车舒适性、安全性以及EMC需求的增加,更多的高端电容、电阻、磁珠、电感器件也应用在汽车上,如ABS或安全气囊、线控系统、燃油喷射或胎压检测中,需要有能够抵御高温和强震动环境的电容产品。

    而汽车的高稳定性要求在汽车电子控制(包括引擎、传动和尾气污染控制)等敏感电路中进行精密电流监视,高精密电阻器在这个功能中扮演重要的角色。

    此外,用于汽车音响系统和汽车导航系统的连接器需求也在增大,音视频数据传输、车内光缆网络等都为连接器提供新的应用空间。

    安全性提升保护电路重要性

    相对于舒适性来说,安全性对于汽车电子产品至关重要,任何形式的失效都可能会导致危及人车安全的严重事故,汽车电路保护同样是不容忽视的问题。

    目前,汽车安全系统主要采用的是被动安全,如我们熟悉的安全气囊、轮胎压力监测系统(TPMS)等,在未来会出现主动和被动系统融合的趋势,如雷达主动防撞、结合占位的安全气囊系统等,也为电路保护元件创造新的契机。

    现在电路设计人员可以采用的保护方案有多种,其中包括熔断器、开关、电源管理集成电路和聚酯体正温度系数(PPTC)器件。其中PPTC器件用于保护连接到汽车网络的供电接口、GPS(全球定位系统)器件、CD换片机、立体声音响和其它电子外设。由于在车内充电的便携设备对过流和过压保护的需求越来越大,对USB接口充电装置的电路保护将成为下一个新的市场刺激点。

    新动力汽车刺激功率器件稳步增长

    此外,功率器件(IGBT/MOSFET)在汽车领域中也有广泛应用,主要系统包括:启动机和发电机、车灯控制、音响系统、车身控制、引擎管理、防盗、车厢环境控制、动力传输系统等。

    在过去几年间,在汽油机缸内直喷应用的IGBT数量已增加了4至5倍,从以前的一个或两个IGBT作为几个汽缸的若干线圈点火,转变为每个汽缸都有一个IGBT和线圈。IGBT的其它应用还包括燃烧引擎或柴油引擎控制,以及混合电动汽车的高电压和大电流的交流电机驱动系统的应用设计。混合电动汽车或氢驱动汽车依靠一个电机作为车辆的主要驱动力,因而需要相当大的功率和极低传导损耗的IGBT。因此,这些应用有望刺激IGBT市场持续稳定地增长。

    结束语

    从以上介绍的电子元器件在汽车上的应用可以看出,除了不断扩展的舒适性、安全性、娱乐性要求,环境法规、减少CO2排放和更低耗油量对发动机管理控制不断提高的要求也将是汽车电子元件市场的主要推动力。对电动和双动力绿色汽车的关注以及对汽车应用的EMI和电路保护要求的不断提高,也将进一步推动未来汽车对电子元件的需求,国内的汽车电子厂商和设计工程师将会有很多的机会和市场去挖掘。

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