傳感、功率、測試、定位等技術(shù)如何助力汽車智能化、電動化升級

2021年8月12日，由全球領(lǐng)先的電子科技媒體<電子發(fā)燒友>舉辦的2021汽車電子創(chuàng)新技術(shù)研討會在線直播圓滿完成，本次研討會邀請到安森美、江波龍、ST、愛德克斯、愛德萬測試、博世、揚杰科技、u-box等企業(yè)從傳感器、存儲、功率器件、GNSS定位、測試等方向全面探討當(dāng)前汽車電子的發(fā)展趨勢。

電子發(fā)燒友總經(jīng)理張迎輝在致辭中表示，汽車電子智能化、電動化和持續(xù)的安規(guī)升級，讓越來越多的技術(shù)可以集成到汽車上，做創(chuàng)新設(shè)計。例如，數(shù)字智能化，需要有更強的處理器、更優(yōu)秀的存儲器和更多的傳感器、響應(yīng)節(jié)能減排的要求汽車的電動化，使用更先進高效的功率器件等等技術(shù)的創(chuàng)新要求。

再加上新進入的資本驅(qū)動的國產(chǎn)造車勢力的崛起，新的終端品牌，帶動更多的技術(shù)供應(yīng)商加入到產(chǎn)業(yè)中來，汽車行業(yè)格局變化巨大。

另外由于疫情和國內(nèi)外供應(yīng)鏈的變化，汽車芯片的缺貨在全行業(yè)最為明顯。最近國家有關(guān)部門出文件下重手來打擊元器件中間商囤貨，理清供應(yīng)鏈，更是讓汽車電子行業(yè)所有細節(jié)被放大。國產(chǎn)芯片是否有機會做汽車電子的替代，國際廠商是否有可能做好后面的元器件供應(yīng)，以及中間環(huán)節(jié)是否可以理順，也讓本次技術(shù)研討會有更多的關(guān)注亮點。

以下是愛德克斯、愛德萬測試、博世、揚杰科技、u-box的主要分享內(nèi)容：

艾德克斯：新能源汽車電驅(qū)系統(tǒng)測試解決方案

在研討會上，艾德克斯技術(shù)支持工程師陳文兵帶來了《新能源汽車電驅(qū)系統(tǒng)測試解決方案》主題演講。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2020年我國全年新能源汽車產(chǎn)量 145.6 萬輛，同比增長 17.3%。新能源汽車產(chǎn)量銷量大幅度的提升，帶動整個行業(yè)的發(fā)展。

新能源動力系統(tǒng)包括動力電池、驅(qū)動電機以及電控系統(tǒng)。電驅(qū)系統(tǒng)主要是電機、逆變器、控制器及各種檢測傳感器。電驅(qū)系統(tǒng)的本質(zhì)就是通過逆變技術(shù)將動力電池包儲存的直流電通過電機驅(qū)動逆變成三相交流電，從而驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)，帶動整車的運行。經(jīng)過技術(shù)的發(fā)展，第三代電機驅(qū)動系統(tǒng)集成了電機、控制器以及減速器，提高了性價比，進一步縮小體積。

新能源汽車電驅(qū)系統(tǒng)在國標測試項目中，包括輸入輸出特性、安全性實驗、環(huán)境適應(yīng)性、電磁兼容性等項目。陳文兵提到，根據(jù)市場的需求不同，電機驅(qū)動系統(tǒng)測試的解決方案也不同。電池模擬器在電機驅(qū)測試中發(fā)揮了重要的作用，電池模擬器具備高速通動態(tài)響應(yīng)特性，內(nèi)置多種電池模型，可以模擬電池的電壓、容量衰減情況，更加準備的預(yù)估電池續(xù)航里程等情況。

以氫燃料電池汽車電池模擬為例。與磷酸鐵鋰電池不同的是，氫燃料電池汽車在啟動需要大電流，一般都會匹配儲能電池系統(tǒng)，從而利用動力電池提供能量，進行主要的功率輸出。但汽車在運行時，除了電池，還有電池管理系統(tǒng)（BMS），艾德克斯推出BSS2000Pro電池模擬器，提供了BMS的模擬功能，匹配不同場合的應(yīng)用，實現(xiàn)與外部控制單元的CAN交互。

陳文兵表示，新能源汽車為了提高續(xù)航里程電池體積也會變大?；仞伿诫娮迂撦d會是市場主流，大功率將成為新的趨勢。因此對于電池包的放電測試、仿真模擬測試的功率也會相應(yīng)增大，使用傳統(tǒng)的消耗式電子負載的測試成本高。艾德克斯相應(yīng)推出IT8000回饋式電子負載解決方案，回饋效率達到95%左右。此外，愛德克斯推出的IT79OO能饋式電網(wǎng)模擬器，并聯(lián)到960kVA，支援單相、三相、反相、多通道等四種工作模式。

相對于有線充電，無線充電減少高壓接觸風(fēng)險，陳文兵認為，隨著技術(shù)的發(fā)展，電動汽車無線充電也會成為趨勢，逐漸走進生活。

愛德萬測試：助力車規(guī)級芯片實現(xiàn)0缺陷上車

在研討會上，愛德萬業(yè)務(wù)發(fā)展專家徐琨帶來《愛德萬測試助力芯片上車》主題演講。隨著智能汽車的發(fā)展，汽車芯片的測試項目也曾傳統(tǒng)汽車開始覆蓋到智能汽車，測試要求、技術(shù)也隨之提升。

機械動力為主的汽車包含了座艙、安全等電子元器件等。以智能電動汽車為代表的新一代汽車涉及了電池、電機、電控等系統(tǒng)，主要測試芯片有ADAS系統(tǒng)涉及的激光雷達、攝像頭等芯片，智能座艙涉及的顯示、驅(qū)動、解碼芯片，物聯(lián)網(wǎng)涉及的射頻芯片等。

相對手機芯片，汽車電子芯片的電壓工作范圍覆蓋了低壓到高壓的工作水平，引腳數(shù)也會根據(jù)功能有較大的跨度。愛德萬測試提供了不同平臺進行車規(guī)級芯片的測試，例如T2000、V93000。一般在選擇汽車芯片測試平臺時會考慮兩大因素，一是機臺有足夠的資源板卡可以覆蓋汽車電子不同領(lǐng)域的測試需求，二是汽車電子測試對測試環(huán)境、測試精度有要求較高。

徐琨介紹，為了適應(yīng)汽車芯片在測試中對電壓的需求，T2000 IPS提供了120v、300v、2000v的板卡支持測試；V93000平臺可以實現(xiàn)數(shù)字模擬、數(shù)?；旌稀⒏邤?shù)射頻等高壓類芯片測試需求。

以ADAS、車聯(lián)網(wǎng)芯片為例，AI算力芯片的測試板卡需要支持大電流、具備大數(shù)據(jù)處理的能力。愛德萬測試提供了高達16G的PS-SL高速板卡，單通道40A的電源供應(yīng)能力的UHC4T。

車規(guī)級的芯片在汽車運行超過10年，因此相對于消費級芯片測試流程更加復(fù)雜。首先是要進行晶圓級測試、老化測試，以及高溫、低溫、常溫等終測，最后達成0缺陷率的目標。徐琨提到，芯片在量產(chǎn)測試過程中，還需要對統(tǒng)計分布進行監(jiān)控，一般情況下并不是良率越高越好，需要有長期的監(jiān)控過程。

博世：半導(dǎo)體賦能汽車技術(shù)發(fā)展

在會上，博世汽車部件（蘇州）有限公司技術(shù)支持經(jīng)理沈冬燕帶來了主題為《博世半導(dǎo)體賦能汽車技術(shù)發(fā)展》的演講。博世涉足的領(lǐng)域主要包括汽車與智能交通、工業(yè)、能源與建筑、消費品，其中在汽車領(lǐng)域的銷售占比高達59%，是全球領(lǐng)先的汽車與智能交通解決方案供應(yīng)商。

沈冬燕重點介紹了博世在汽車應(yīng)用上的半導(dǎo)體元件，微機電傳感器方面，包括加速度/角速度傳感器，用于安全氣囊系統(tǒng)、自動駕駛及娛樂導(dǎo)航系統(tǒng)、車輛動態(tài)控制系統(tǒng)、主動懸架系統(tǒng)、消費類產(chǎn)品；光學(xué)微系統(tǒng)，適用于消費類產(chǎn)品、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、家用電器、抬頭顯示器；壓力傳感器，用于安全氣囊系統(tǒng)、發(fā)動機管理系統(tǒng)、變速器控制系統(tǒng)、消費類設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)解決方案。

半導(dǎo)體方面，包括SoCs，系統(tǒng)ASICs和傳感器ASICs，用于特定的汽車應(yīng)用；功率半導(dǎo)體和模塊，用于各種汽車應(yīng)用的低壓功率半導(dǎo)體和用于電動動力系統(tǒng)逆變器的耐高壓功率模塊；集成在μC中的IP模塊，IP模塊功能相對獨立，在博世羅伊特林根工廠開發(fā)，可授權(quán)外部客戶使用。

IP模塊主要有CAN和GTM兩種，沈冬燕重點介紹了CAN，包括標準 CAN FD 硬件控制器（現(xiàn)有 μCs/μPs）、
標準 CAN/CAN FD 收發(fā)器 、CAN FD light驅(qū)動，主要有可單體集成于傳感器或執(zhí)行器、無需 ECU 或軟件、簡化的 CAN FD 控制器邏輯、無需昂貴的晶體或陶瓷諧振器等特性。

CAN FD light將CAN FD成功案例擴展到新的低端應(yīng)用領(lǐng)域，CAN FD light是CAN FD的一個成本優(yōu)化子集，具有支持基本標識符（11 位）、僅FD幀（不支持傳統(tǒng)CAN幀格式）、無錯誤信號（無錯誤幀）等特點。CAN FD light協(xié)議復(fù)用CAN FD協(xié)議幀格式，具有數(shù)據(jù)長度代碼–定義最多64字節(jié)的數(shù)據(jù)體，字段——幀完整性保護和確認的特點。

具體的應(yīng)用案例，包括汽車照明方面，Can FD Light Master標準CAN FD控制器應(yīng)用在局域或域控制器中，CAN FD light slaves用于數(shù)字OLED的32通道高邊驅(qū)動器單片IC，每個CAN FD光總線多達4000個動態(tài)燈，具有高刷新率；電池管理網(wǎng)絡(luò)方面，CAN FD light master用于專用電池管理控制器或由局域或域控制器覆蓋，CAN FD light slaves用于具有電池監(jiān)控和平衡功能的電池單元控制器。

沈冬燕還著重談到當(dāng)前發(fā)展熱門的碳化硅功率半導(dǎo)體，他談到，碳化硅因為具有耐高壓、耐高溫等特性，應(yīng)用在新能源汽車上，可以使得電池尺寸更小、效率更高、續(xù)航里程更長、冷卻系統(tǒng)復(fù)雜度更小、排放減少等。博世具有1200V和750V的碳化硅產(chǎn)品線，包括裸片和封裝產(chǎn)品，在新能源汽車中的應(yīng)用包括逆變器、直流轉(zhuǎn)換器、車載充電器、充電樁等。

揚杰電子：聚焦功率半導(dǎo)體國產(chǎn)替代 助力汽車電子供應(yīng)鏈安全

在研討會上，揚州揚杰電子科技股份有限公司汽車電子市場行業(yè)經(jīng)理王衛(wèi)帶來了“聚焦功率半導(dǎo)體國產(chǎn)替代 助力汽車電子供應(yīng)鏈安全”的主題分享。目前正處于芯片供應(yīng)緊張的狀態(tài)，王衛(wèi)認為，這種缺貨的狀態(tài)預(yù)計在2022年下半年才會得到緩解?；谶@種狀態(tài)，王衛(wèi)為觀眾分享了功率半導(dǎo)體的國產(chǎn)化替代與挑戰(zhàn)。

當(dāng)前汽車行業(yè)正在迎來“新四化”，即電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化，而電動化給功率半導(dǎo)體帶來了新的歷史篇章，SiC/GaN將迎來歷史機遇。同時，碳中和激勵政策也在加速汽車的電氣化。而新能源相比傳統(tǒng)燃油車，在功率半導(dǎo)體的成本上增加了2000元左右，以150kw的逆變器為例，需要的MOS管或IGBT多達100-150個。

從中國汽車半導(dǎo)體自主率來看，功率半導(dǎo)體最高達到8%，原因在兩方面，一方面性能可以媲美國際品牌，如功率二極管，揚杰科技在市場地位上居中國第一、世界第二；另一方面，價格上相比國際同行低5%-30%，交期在2-4周。

當(dāng)前揚杰科技是中國唯一一家IDM模式的半導(dǎo)體企業(yè)，擁有全系列半導(dǎo)體分立器件產(chǎn)品解決方案。在IDM業(yè)務(wù)模式下，可以持續(xù)的對成本進行優(yōu)化。2021年累積出貨超過10億只，2022年將建設(shè)汽車電子工廠，規(guī)劃年產(chǎn)能120億只。

對于汽車功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展，王衛(wèi)也給出了相關(guān)的建議。短期內(nèi)做到PIN to PIN替代，這是基本準入條件；長期要做到性能對標，建立相關(guān)平臺，強化準入標準。

要做到這些，需要由汽車牽頭，與系統(tǒng)供應(yīng)商共同推動，解決技術(shù)門檻較低的車規(guī)級芯片國產(chǎn)化，完善芯片準入機制；芯片廠商也要解決高門檻技術(shù)車規(guī)級芯片的國產(chǎn)化，協(xié)助主機廠進行需求整合；在質(zhì)量安全體系上，積極推動AEC-Q101車規(guī)時延國產(chǎn)化認證體系的重新梳理，降低芯片準入門檻。最后王衛(wèi)提到，要向華為學(xué)習(xí)，做到汽車電子的國產(chǎn)化。

u-blox：從導(dǎo)航到自動駕駛 GNSS定位技術(shù)的車載應(yīng)用

u-blox中國區(qū)銷售總監(jiān)鐘遠強為現(xiàn)場觀眾帶來了“u-blox定位產(chǎn)品在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用”主題分享。u-blox是一家來自瑞士的上市公司，針對無線和通信技術(shù)提供“一站式”解決方案。

作為GNSS的領(lǐng)軍企業(yè)，u-blox在工業(yè)和消費市場，可以提供超低功耗解決方案。在工業(yè)導(dǎo)航與機器人市場，u-blox可以提供厘米級精確導(dǎo)航定位。而在汽車市場上，公司可以提供持續(xù)性的車道級定位。

當(dāng)前汽車的車內(nèi)導(dǎo)航應(yīng)用、V2X、ADAS等技術(shù)對于導(dǎo)航精度要求越來越高，如要求提供車道級定位，能夠?qū)崟r更新。在自動駕駛技術(shù)中，所有的等級都需要導(dǎo)航技術(shù)，并且在L2以上，就需要在開闊環(huán)境中，要求GNSS做到十公分左右的定位精度，而在L3以上，對定位還提出了安全性的需求。

鐘遠強表示，GNSS是自動駕駛汽車中不可或缺的傳感器，因為這是唯一能夠提供絕對位置、絕對時間以及速度與方向的傳感器，能夠在各種天氣環(huán)境中工作?？偠灾?，GNSS在車載領(lǐng)域，不論是在導(dǎo)航、車路協(xié)同、自動駕駛領(lǐng)域都有豐富的應(yīng)用場景。

如今可以使用多星座GNSS來進行定位，相比單星座定位技術(shù)具有更高的定位精度。同時，還有多頻系統(tǒng)，能夠盡可能減少信號通過電離層時造成的誤差。為了進一步減小誤差，u-blox還提供了增強數(shù)據(jù)信息服務(wù)，能夠做到10cm的定位精度。

u-blox提供了ZED-F9K分米級汽車慣性導(dǎo)航應(yīng)用，有效的位置安全防護措施，以及低延時數(shù)據(jù)定位解決方案。u-blox產(chǎn)品應(yīng)用多星座、多頻段、RTK等技術(shù)達到高定位精度，適用于不同的車輛應(yīng)用場景。

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