瑞薩電子構(gòu)建的汽車(chē)“芯”版圖

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/黃晶晶）汽車(chē)產(chǎn)業(yè)正在機(jī)械化向新四化發(fā)展，即電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化。傳統(tǒng)的汽車(chē)零部件發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱等架構(gòu)組成正在演變成新的汽車(chē)電子電氣架構(gòu)，并從域控逐漸走向中央計(jì)算單元。

對(duì)于汽車(chē)電子行業(yè)趨勢(shì)的變化，瑞薩電子已經(jīng)做出了前瞻判斷和廣泛部署。在2022慕尼黑華南電子展同期舉行的瑞薩電子媒體交流會(huì)上，瑞薩電子汽車(chē)電子解決方案事業(yè)本部副總裁趙明宇等高層和技術(shù)專(zhuān)家們進(jìn)行了精彩的分享。

如何滿(mǎn)足新一代汽車(chē)E/E架構(gòu)的演進(jìn)

新四化帶來(lái)汽車(chē)電子變化非常多，在趙明宇看來(lái)，域控制器將以前由ECU分散的控制集中到一個(gè)大的控制單元，在遠(yuǎn)端只留一些小的單片機(jī)控制執(zhí)行器。這個(gè)電子架構(gòu)也延伸出OTA升級(jí)的應(yīng)用，通過(guò)云端對(duì)ECU軟件實(shí)時(shí)升級(jí)，對(duì)數(shù)據(jù)安全性有需求。此外，ADAS、自動(dòng)駕駛帶來(lái)大數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?，汽?chē)?yán)m(xù)航里程、車(chē)身輕量化等需求，也在刺激汽車(chē)電子電氣架構(gòu)的快速發(fā)展。

面對(duì)新的汽車(chē)電子架構(gòu)的快速發(fā)展，瑞薩電子能夠提供覆蓋不同等級(jí)新電子電氣架構(gòu)需求的產(chǎn)品。包括在中央計(jì)算單元提供大算力SoC產(chǎn)品，域控方面瑞薩推出新一代28nm MCU，可謂為域而生。此外還有16位、8位MCU用于遠(yuǎn)端控制器。


趙明宇表示，在新的電子電氣架構(gòu)上，芯片硬件平臺(tái)將趨于一致化的同時(shí)帶來(lái)的挑戰(zhàn)是軟件或者IP高度的重用度，也就是軟件定義汽車(chē)。只有通過(guò)高度的軟件可重用性或者可擴(kuò)展性，才能有效降低開(kāi)發(fā)的成本，提高研發(fā)到量產(chǎn)的時(shí)間。

具體來(lái)看，此前芯片公司定義的開(kāi)發(fā)環(huán)境都是針對(duì)于器件進(jìn)行的，而不是針對(duì)系統(tǒng)。瑞薩為了更好地面對(duì)下一代汽車(chē)電子發(fā)展的需求，開(kāi)發(fā)了高度集成化的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，因此無(wú)論是編譯器、模擬器、debuger都在一個(gè)集中環(huán)境里運(yùn)行，不僅能夠支持單一器件的開(kāi)發(fā)，也能夠支持多系統(tǒng)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和定義。

除了硬件工具之外，瑞薩還向客戶(hù)提供大量的軟件仿真工具。給開(kāi)發(fā)工程師提供相對(duì)成本更低的軟件模擬環(huán)境，能夠?qū)⒁粋€(gè)ECU所要開(kāi)發(fā)的所有周邊器件都以虛擬的形式放到開(kāi)發(fā)板上。通過(guò)內(nèi)部的模擬信號(hào)或者PC連接外部信號(hào)，測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)效果。

同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)軟件或IP高度的重用化，也需要提供足夠多的軟件協(xié)議棧，例如瑞薩的R-Car，除了提供基本的驅(qū)動(dòng)軟件之外，還提供大量的中間化來(lái)滿(mǎn)足客戶(hù)的開(kāi)發(fā)需求。

現(xiàn)在無(wú)論是Tier 1還是主機(jī)廠(chǎng)將會(huì)越來(lái)越多的依賴(lài)Tier 2提供的高度集成化的開(kāi)發(fā)環(huán)境。



對(duì)于不同的車(chē)型，由于底層軟件和中間層軟件相對(duì)保持統(tǒng)一和不變，只需針對(duì)配置和應(yīng)用做細(xì)微的調(diào)整即可，因此它的重用度可以高達(dá)90%以上。

對(duì)于自動(dòng)駕駛來(lái)說(shuō)，如果基于瑞薩的R-Car產(chǎn)品，底層保持一致，重用度在50%-60%。而網(wǎng)關(guān)或整車(chē)控制單元的IP重用度可以達(dá)到60%-70%。

以智能座艙來(lái)看，如果將瑞薩R-Car的M3迭代到H3，即從中階到高階產(chǎn)品，那么軟件IP重用度可以達(dá)到70%-80%。

趙明宇談到，這種軟件定義汽車(chē)的理念讓客戶(hù)減少開(kāi)發(fā)成本，加速開(kāi)發(fā)進(jìn)度。目前全球尤其是歐洲、日本等汽車(chē)電子較發(fā)達(dá)的國(guó)家，他們的智能座艙迭代周期一般是4-5年，而在中國(guó)是2年或2.5年。因此，軟件重用度能夠滿(mǎn)足客戶(hù)日益加快的產(chǎn)品迭代周期。

瑞薩電子系統(tǒng)級(jí)的開(kāi)發(fā)環(huán)境和IP高度可重用，順應(yīng)了汽車(chē)電子電氣架構(gòu)由分散走向統(tǒng)一的趨勢(shì)。而在自動(dòng)駕駛層面，瑞薩也不斷擴(kuò)充產(chǎn)品陣容，提供全面解決方案。

自動(dòng)駕駛包括感知、處理和執(zhí)行，瑞薩具有完整的數(shù)字、模擬和功率產(chǎn)品線(xiàn)等進(jìn)行對(duì)應(yīng)。前不久，瑞薩電子收購(gòu)4D成像雷達(dá)供應(yīng)商Steradian公司，擴(kuò)充毫米波雷達(dá)產(chǎn)品線(xiàn)，收購(gòu)后它的產(chǎn)品融入到瑞薩產(chǎn)品的整個(gè)roadmap里面。



目前瑞薩主要提供基于視覺(jué)的解決方案，包括ADAS域控，加上基于攝像頭的整體組合。提供SoC、電源管理芯片、MCU、時(shí)鐘芯片等。未來(lái)還將有大量的雷達(dá)產(chǎn)品，能夠向客戶(hù)提供更好的方案組合。

新能源汽車(chē)的三電系統(tǒng)即電機(jī)、電控、電池將會(huì)是高度集中化的趨勢(shì)。趙明宇舉例說(shuō)，主驅(qū)電機(jī)的三合一四合一甚至八合一（注：三合一：電動(dòng)機(jī)、電力電子設(shè)備、傳動(dòng)組件；四合一：電動(dòng)機(jī)、電力電子設(shè)備、傳動(dòng)組件、熱管理系統(tǒng)；八合一：驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)控制器、減速器、車(chē)載充電器 、直流變換器、配電箱、整車(chē)控制器、電池管理器），高度集成、精減體積和更大功率等。還有ESP、EPS逐漸集成到單獨(dú)的底盤(pán)系統(tǒng)上，電池與底盤(pán)融合等，未來(lái)一個(gè)底盤(pán)平臺(tái)之上，能夠開(kāi)發(fā)不同的車(chē)型。



瑞薩的BMS電池管理系統(tǒng)能夠提供BMS模擬前端、MCU和邊緣管理等打包方案。同時(shí)還在進(jìn)行無(wú)線(xiàn)BMS系統(tǒng)方案的開(kāi)發(fā)，以及通過(guò)高精度模擬前端產(chǎn)品解決電池膨脹檢測(cè)等問(wèn)題，提升電池BMS系統(tǒng)的安全性。此外還提供12路、14路、16路等不同通道的BMIC產(chǎn)品。


在主驅(qū)電機(jī)方面，瑞薩目前在中國(guó)市場(chǎng)做的比較成熟和成功，在中國(guó)各大主機(jī)廠(chǎng)里，都能看到基于瑞薩主驅(qū)電機(jī)控制器方案的一些產(chǎn)品正在量產(chǎn)或者正在開(kāi)發(fā)。瑞薩能夠向客戶(hù)提供比較完善的硬件解決方案，包含MCU、IGBT、預(yù)驅(qū)和電源管理芯片等。

為了滿(mǎn)足新能源汽車(chē)對(duì)IGBT日益增長(zhǎng)的需求，今年5月份瑞薩投資至少9億美元將日本甲府工廠(chǎng)從8寸線(xiàn)改造成12寸線(xiàn)，用于功率器件包括IGBT產(chǎn)品的生產(chǎn)。一直以來(lái)，瑞薩在全球市場(chǎng)向客戶(hù)提供IGBT的晶圓服務(wù)。


豐富的汽車(chē)電子解決方案

在此次2022年慕尼黑華南電子展上，瑞薩電子展示了豐富的汽車(chē)電子解決方案，許多都是最新的芯片產(chǎn)品和方案。

瑞薩電子提供“車(chē)載電腦VC4”，是一個(gè)用于開(kāi)發(fā)網(wǎng)關(guān)、汽車(chē)服務(wù)器和域控制器等應(yīng)用的理想平臺(tái)，有助于實(shí)現(xiàn)下一代E/E架構(gòu)。

瑞薩電子中國(guó)汽車(chē)電子技術(shù)部高級(jí)經(jīng)理趙坤介紹，R-Car S4作為瑞薩第四代R-Car產(chǎn)品家族的首批產(chǎn)品之一，包含多顆Arm? Cortex? A55和Cortex? R52內(nèi)核，并首次集成RH850 MCU內(nèi)核以用于控制域管理。R-Car S4 SoC提供大量車(chē)用接口，如16路CAN FD、16路LIN、8路SENT、1路FlexRay、4路PCIe V4.0，以及一個(gè)高帶寬3路 2.5Gbit以太網(wǎng)交換機(jī)，以便在車(chē)輛內(nèi)外獲得豐富的通信與連接選項(xiàng)。結(jié)合為R-Car Gen4開(kāi)發(fā)的PMIC（RAA271041+RAA271005），實(shí)現(xiàn)絕佳功率控制和功能安全支持。



應(yīng)用于ADAS和自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的解決方案，瑞薩電子最新推出的R-Car V4H產(chǎn)品。

R-Car V4H的深度學(xué)習(xí)性能高達(dá)34 TOPS（每秒萬(wàn)億次運(yùn)算），能夠通過(guò)汽車(chē)攝像頭、雷達(dá)和激光雷達(dá)（LiDAR）對(duì)周?chē)矬w進(jìn)行高速圖像識(shí)別與處理。適合Level 2+和Level 3等級(jí)的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，包括完整的NCAP 2025功能。R-Car V4H軟件開(kāi)發(fā)工具套件（SDK）也可助力更快、更輕松的啟動(dòng)設(shè)備評(píng)估和軟件開(kāi)發(fā)，包括深度學(xué)習(xí)算法移植。該SDK帶來(lái)機(jī)器學(xué)習(xí)開(kāi)發(fā)的全部功能，并對(duì)嵌入式系統(tǒng)的性能、電源效率和功能安全進(jìn)行優(yōu)化。

汽車(chē)電池管理系統(tǒng)（BMS）參考設(shè)計(jì)可作為一個(gè)完整的汽車(chē)電池管理系統(tǒng)，監(jiān)控多達(dá)70節(jié)串聯(lián)鋰電池。RH850 MCU與ISL78714多單元鋰離子電池管理設(shè)備通信，以監(jiān)控電池電壓、電池組溫度和電流，記錄重大故障檢測(cè)及控制電池平衡。該參考設(shè)計(jì)基于ISL78714BMS5XBEKIT1Z汽車(chē)級(jí)多節(jié)鋰離子電池管理系統(tǒng)參考設(shè)計(jì)套件。

新能源汽車(chē)電機(jī)控制整體方案，內(nèi)嵌旋變解碼器單片機(jī)RH850C1M-A2的整體電機(jī)控制解決方案。使用 RH850/C1M-A2 MCU 上的嵌入式解析器到數(shù)字 (RDC) 接口，增強(qiáng)診斷功能，顯著減少電路板面積和 BOM 成本。瑞薩電子的 xEV 逆變器解決方案使用了微控制器、電源管理 IC、柵極驅(qū)動(dòng)器 IC、絕緣柵雙極晶體管 (IGBT) 和快速恢復(fù)二極管 (FRD) 的組合，可最大限度地提升 HEV/EV 電機(jī)性能、電機(jī)參數(shù)校準(zhǔn)工具和實(shí)用的逆變器硬件設(shè)計(jì)。



集成式智能駕駛座艙解決方案，集成了全液晶虛擬儀表，多媒體播放以及ADAS圖像識(shí)別等功能，同時(shí)驅(qū)動(dòng)三個(gè)屏幕顯示。方案采用R-Car H3/M3片上系統(tǒng)（SoC）、電源管理芯片（PMIC）和可編程時(shí)鐘發(fā)生器的組合，支持高圖像質(zhì)量、多視頻顯示輸出以及各種內(nèi)存接口。充分利用內(nèi)置Arm? Cortex?-R7 CPU以及2D GPU、IMR等單元實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)。趙坤談到，獨(dú)立的儀表以及DMS的使用范圍還是比較廣的，瑞薩基于R-Car E3實(shí)現(xiàn)獨(dú)立儀表盤(pán)的方案。

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此外，瑞薩還展示了車(chē)載無(wú)線(xiàn)充電、液晶屏局域背光驅(qū)動(dòng)、人機(jī)界面的低功耗高清觸控驅(qū)動(dòng)器方案。

在微控制器與傳感器成功產(chǎn)品組合方面，瑞薩提供12V小型電機(jī)解決方案，傳感器解決方案可實(shí)現(xiàn)車(chē)載壓力監(jiān)測(cè)、位置傳感。傳感器解決方案使用傳感器信號(hào)調(diào)節(jié)器(SSC)、降壓控制器 (DC/DC) 和微控制器 (MCU) 提供靈活、高精度和全面的系統(tǒng)解決方案。經(jīng)AEC-Q100認(rèn)證，能夠在惡劣環(huán)境和環(huán)境溫度下穩(wěn)定運(yùn)行。趙坤表示，目前傳感器是瑞薩非常重要的一個(gè)產(chǎn)品組合，例如位置傳感器主要應(yīng)用在車(chē)上所有跟位置相關(guān)的，比如踏板、座椅、以及電機(jī)控制相關(guān)的EPS、主驅(qū)電機(jī)等等都可以使用位置傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)。


小結(jié)

從瑞薩電子汽車(chē)業(yè)務(wù)的營(yíng)收來(lái)看，MCU和SoC的銷(xiāo)售額與模擬、功率器件幾乎是并駕齊驅(qū)。這得益于瑞薩在產(chǎn)品上的不斷開(kāi)發(fā)和投入，以及過(guò)去對(duì)于模擬、功率器件公司的收購(gòu)與整合。展望中國(guó)新能源汽車(chē)市場(chǎng)，趙明宇表示，在今年預(yù)計(jì)600萬(wàn)輛的基礎(chǔ)上，明年預(yù)期將達(dá)到800萬(wàn)輛。若是各類(lèi)關(guān)鍵物料不再緊缺，整個(gè)出貨量將更高。因此，瑞薩也在不遺余力地投入到汽車(chē)芯片相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)和產(chǎn)能建設(shè)當(dāng)中，以應(yīng)對(duì)如此快速發(fā)展的汽車(chē)市場(chǎng)。