解析新能源汽車市場(chǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

如何打造更安全、舒適的智能型汽車

被動(dòng)和主動(dòng)安全系統(tǒng)開始與汽車中的其它電子系統(tǒng)融合，汽車正變得越來越自主、越來越智能。借助雷達(dá)、視覺檢測(cè)等高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)的應(yīng)用，反應(yīng)速度遠(yuǎn)比駕駛員更快的電子系統(tǒng)將能接管控制權(quán)，降低事故的發(fā)生頻率和嚴(yán)重程度，并大幅提升駕駛體驗(yàn)。本文將解密決戰(zhàn)未來新能源汽車市場(chǎng)的關(guān)鍵——BMS與ADAS。

汽車相關(guān)話題近年來總能在全球媒體占據(jù)很大的版面。一則，在經(jīng)濟(jì)不景氣的當(dāng)下，全球汽車市場(chǎng)面臨著不斷的震蕩;二則，全球?qū)π履茉雌嚰挠杼嗟钠谕?，新能源汽車的話題總是能吸引廣泛的關(guān)注。而對(duì)于汽車生產(chǎn)和制造的大國(guó)中國(guó)來說，還有汽車高速增長(zhǎng)帶來的社會(huì)話題——汽車產(chǎn)業(yè)高速增長(zhǎng)帶來的經(jīng)濟(jì)紅利，以及因此帶來的城市擁堵、環(huán)境污染以及交通安全，等等。

新技術(shù)在汽車上的應(yīng)用正在成為解決這些問題的關(guān)鍵。傳統(tǒng)汽車制造商希望利用創(chuàng)新的技術(shù)來在日趨激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中搶占先機(jī)，甚至連“外行”的谷歌也悄無聲息地開展了數(shù)十萬公里的無人駕駛汽車的實(shí)驗(yàn)。新能源汽車被視為解決汽車高速增長(zhǎng)帶來的環(huán)境問題和石油消耗困境的靈丹妙藥，而電池管理和電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)已經(jīng)成為了決戰(zhàn)未來新能源汽車市場(chǎng)的關(guān)鍵。此外，用戶需求和政府法規(guī)也正在推動(dòng)汽車在2012年具備更高的安全性和更豐富的智能性。

設(shè)計(jì)更安全、更智能的汽車

日前發(fā)布的中國(guó)國(guó)家《道路運(yùn)輸業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃綱要》規(guī)定：“十二五”期間，危險(xiǎn)品運(yùn)輸車輛，國(guó)際道路運(yùn)輸車輛，三類以上的班線和旅游客運(yùn)車輛，以及應(yīng)急保障車隊(duì)車輛的衛(wèi)星定位系統(tǒng)的安裝率達(dá)到100%。業(yè)內(nèi)專家指出，汽車安全電子有望成為汽車安全設(shè)施的“標(biāo)配”。而國(guó)內(nèi)某知名媒體的一份調(diào)查報(bào)告也顯示：八成受訪者將安全性作為購(gòu)車的首要標(biāo)準(zhǔn)。毫無疑問，在交通事故頻發(fā)的今天，汽車安全是汽車消費(fèi)的關(guān)注焦點(diǎn)。同時(shí)，汽車作為一種給人們生活帶來極大便利的交通工具，其本身的駕駛便利性也是汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的熱點(diǎn)之一。除了前文所述谷歌的自動(dòng)駕駛汽車，目前部分高檔汽車已經(jīng)具備了自動(dòng)泊車功能，而通用汽車前不久則更是宣布，他們正在開發(fā)一種新技術(shù)，采用這種技術(shù)的汽車將自動(dòng)尋找空車位并全自動(dòng)地完成泊車過程。汽車智能化已然是當(dāng)今汽車發(fā)展的重要趨勢(shì)。

基于視覺的高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)可以從多方面大大提高行車安全性和汽車智能特性。通過安裝后視/前視/側(cè)視攝像頭和視覺處理，電子控制單元(ECU)可以實(shí)現(xiàn)多種功能來幫助駕駛員提前防范風(fēng)險(xiǎn)。受歡迎的應(yīng)用包括：車道偏離告警、遠(yuǎn)光近光調(diào)整、交通標(biāo)志識(shí)別、停車輔助、后視/環(huán)視和防撞等(見圖)。業(yè)界市場(chǎng)調(diào)查機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)顯示：目前有70%的汽車具備后視功能，30%的高檔汽車具備前視功能，并且到2015年這一比例預(yù)計(jì)將會(huì)達(dá)到60%。

圖1：高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)在汽車主動(dòng)安全中有廣泛應(yīng)用

在被動(dòng)安全方面，包含正面氣囊的輔助防護(hù)安全系統(tǒng)(SRS)已經(jīng)成為很多中檔轎車的標(biāo)準(zhǔn)配置。隨著側(cè)面安全氣囊、簾式安全氣囊等氣囊數(shù)的增多，SRS正在向更先進(jìn)的氣囊系統(tǒng)發(fā)展。未來的趨勢(shì)是低檔轎車中將兩個(gè)正面氣囊作為標(biāo)準(zhǔn)配置，而中高檔轎車中則將出現(xiàn)六個(gè)或更多氣囊，同時(shí)，安全氣囊還將趨向于向智能化和集成化兩個(gè)方面發(fā)展。

來自iSuppli公司的汽車研究專題報(bào)告顯示：2011年高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)市場(chǎng)將達(dá)到16.5億美元的營(yíng)收，比2010年的10.5億美元大增57%，2012年該增長(zhǎng)率則將上升到63%。作為全球汽車電子技術(shù)的領(lǐng)先提供商，ADI公司的觀察是：目前全球主要的汽車供應(yīng)商和OEM廠商都在利用ADI公司的領(lǐng)先高性能信號(hào)處理技術(shù)，在汽車上實(shí)施并部署各種基于雷達(dá)和視覺的高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)。

這些能為汽車帶來極大安全提升的技術(shù)正在從高端車的“專利”向中、低端車普及，而更低成本的電子器件解決方案將大大縮短這一過程。例如：ADI在2011年年中推出的高集成度AD8283汽車?yán)走_(dá)模擬前端芯片就是這樣一款產(chǎn)品，它在單塊芯片中包含了接收路徑信號(hào)調(diào)理和數(shù)據(jù)采集電路，讓雷達(dá)系統(tǒng)可以接收更多數(shù)量的發(fā)射信號(hào)并進(jìn)行解碼，更重要的是，該芯片使汽車廠商能以低廉的成本實(shí)現(xiàn)以前在高端車中實(shí)現(xiàn)的車載雷達(dá)系統(tǒng)。ADI公司的匯聚式處理器Blackfin能夠提供成熟可靠的高性能視頻處理解決方案，適用于從單功能到多功能的各種系統(tǒng)。ADI新一代處理器中集成的視覺預(yù)處理器能夠顯著地減輕處理器的負(fù)擔(dān)，從而降低對(duì)處理器的性能要求，并進(jìn)一步降低系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)成本。此外，ADI優(yōu)化的編譯器和“圖像工具箱”算法庫(kù)能夠最大程度地提高效率和MIPS，基于軟件的結(jié)構(gòu)有助于用戶快速推出與眾不同的終端產(chǎn)品。同時(shí)，ADI豐富的產(chǎn)品線還提供了視頻解碼器/編碼器、視頻多路復(fù)用器/開關(guān)和視頻放大器，能夠?yàn)榭蛻籼峁┫到y(tǒng)的解決方案。

不斷進(jìn)步的半導(dǎo)體技術(shù)為廠商提供了更多的領(lǐng)先選擇，例如：在被動(dòng)安全和主動(dòng)安全設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛的MEMS產(chǎn)品上，ADI下一代MEMS產(chǎn)品的集成度將會(huì)更高(例如：把陀螺儀和低g加速度傳感器集成到一起，等等)。高集成MEMS(加速度傳感器和陀螺儀集成在一起的ADXRS8XX，低g值和高g值的加速度傳感器集成在一起的ADXL2XX)已經(jīng)在研發(fā)中。

電池管理技術(shù)是新能源汽車的關(guān)鍵

電池技術(shù)是新能源汽車的重要驅(qū)動(dòng)力。目前，新能源汽車中的電池對(duì)新能源汽車的發(fā)展帶來了很大的挑戰(zhàn)，例如：如何改善電池的充電時(shí)間、使用壽命、減輕電池的重量，增加電池的續(xù)航能力、降低成本、保證使用安全等等問題，都是新能源汽車迫切需要并且必須解決的問題。

最近，隨著業(yè)界對(duì)電池電量計(jì)算的精度要求不斷提高，以及越來越優(yōu)異的電池工藝技術(shù)的出現(xiàn)，結(jié)果使得電池充放電曲線更加平坦，因此，電池管理芯片需要擁有更高的測(cè)量精度。另外，由于鋰電池的失效特性，電池管理系統(tǒng)的可靠性和安全性至關(guān)重要。國(guó)內(nèi)廠商開始關(guān)注系統(tǒng)級(jí)的安全性設(shè)計(jì)，以及ISO26262標(biāo)準(zhǔn)的引入。在電池管理芯片領(lǐng)域，主流半導(dǎo)體廠商均在芯片中集成了越來越完備的故障報(bào)錯(cuò)機(jī)制、數(shù)據(jù)校驗(yàn)機(jī)制、以及冗余監(jiān)控機(jī)制，以幫助客戶實(shí)現(xiàn)更高等級(jí)的系統(tǒng)級(jí)安全。

此外，很多廠商開始關(guān)注效率更高的主動(dòng)式電池均衡，以降低電池管理模塊的發(fā)熱，節(jié)省電量消耗，這幾個(gè)新的技術(shù)趨勢(shì)也是目前ADI在電池管理芯片領(lǐng)域致力的方向。這些問題的解決，意味著消費(fèi)者所擔(dān)心的電池系統(tǒng)安全性、電池的使用壽命以及成本等一系列問題將隨之迎刃而解，這將加快新能源汽車的普及速度。

在新能源汽車中的鉛酸電池控制是提高能源效率的關(guān)鍵一環(huán)，在這一領(lǐng)域，ADI在歐美市場(chǎng)占有超過95%的市場(chǎng)份額。除了鉛酸電池外，ADI也已經(jīng)推出一系列可應(yīng)用在混合動(dòng)力車及純電動(dòng)車上面的鋰電池監(jiān)控和保護(hù)系統(tǒng)產(chǎn)品。該系統(tǒng)集成鋰電池安全監(jiān)控器，可以幫助用戶實(shí)現(xiàn)故障安全電路，并為之構(gòu)建安全環(huán)境的安全監(jiān)控器件。這款全新的監(jiān)控器為設(shè)計(jì)人員提供了開發(fā)完整電池監(jiān)控和保護(hù)系統(tǒng)前端所需的最終解決方案。AD7280A/8280為集成式解決方案，可以監(jiān)控六個(gè)電池單元的電壓和溫度輸入，增強(qiáng)型的菊花鏈接口，可靈活匹配不同電池節(jié)數(shù)的電池包架構(gòu)。該器件由電池組供電，可以針對(duì)過壓、過溫或欠壓這三種狀況中的任何一種提供共享式或單獨(dú)式報(bào)警。

在電機(jī)控制部分，ADI的旋轉(zhuǎn)變壓器解碼器AD2S12xx系列，提供了12至16位的角度分辨率以及高至3000轉(zhuǎn)/秒的跟蹤速度，廣泛地應(yīng)用于永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。對(duì)于電源管理方面的挑戰(zhàn)，ADI正在開發(fā)鋰離子電池監(jiān)測(cè)技術(shù)，包括快速準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)和安全地控制混合電動(dòng)汽車中使用的鋰離子電池組所要求的所有功能。與現(xiàn)有的芯片方案不同，這種新的電池監(jiān)測(cè)技術(shù)具有非常全面的功能，包括電壓和溫度測(cè)量、故障報(bào)警輸出以及電池平衡能力，并且具有同類最高的技術(shù)指標(biāo)。由于無需使用多重隔離器就可將器件堆疊在高壓環(huán)境中，該技術(shù)可以節(jié)省系統(tǒng)成本。

本文小結(jié)

隨著更多的安全和智能配置成為汽車的標(biāo)配，當(dāng)前廠商所面臨的挑戰(zhàn)在于，如何以最低的成本使產(chǎn)品具有最小的尺寸，最高的可靠性，以及在更高、更低溫度工作條件下的魯棒性和易于配置等特性。ADI公司作為MEMS、RF、放大器、轉(zhuǎn)換器和DSP領(lǐng)域的全球技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者，可以為實(shí)現(xiàn)這樣的系統(tǒng)提供領(lǐng)先的技術(shù)，幫助汽車制造商以低成本、更小的尺寸和更短的開發(fā)時(shí)間克服這些挑戰(zhàn)。