eMobility的未来

The Future of Emobility

■ 飞思卡尔半导体公司全球动力总成与混合动力汽车（HEV）营销经理 Cherif Assad

19世纪末，汽车的出现，带来了交通运输行业的一场革命，出现了一些永垂青史的先驱发明者，例如：卡尔•奔驰发明了汽油发动机，具有创业精神的亨利•福特发明了T型车（这是第一款面向美国中产阶级的汽车）。

直至上世纪80年代，在第一次和第二次石油危机之后，随着发动机管理系统实现计算机化，显著提高了燃油效率和功率，现代汽车诞生了。后来现代汽车又经历了数次改良，现在面对新兴的电子元件以及社会和环境价值观的重大变化，汽车即将再一次面临重大变革。

翘动变化的杠杆

当前的供应链结构预计将发生一场变革，因此汽车行业目前面临着巨大的挑战。

• 据国际能源机构分析，能源正从单一能源（石化燃料）向多元化能源转变，廉价能源时代正在离我们而去。

• 世界不能再维持原有的排放水平。各区域的倡议以及各国政府的政策都在努力降低污染。

• 用户的消费习惯一直在变化。特大城市的污染比较严重，而拥有车辆对年轻人也不再那么具有吸引力了。

• 虽然人们期待在电池方面出现突破性技术，但几十年以来，微电子技术仍然是攻克技术挑战的关键因素。

• 新基础设施正在建设（充电站、车外通信、公用设施、停车场、汽车共享），新的内燃机与现有的内燃机将并行存在。

产生的影响取决于具体的情形：可能是乐观的、适度的，或不会产生影响，但工程设计界正进入一个全新的创新时期，将重塑未来的汽车。

微电子元件

飞思卡尔与汽车工业有很深的渊源，这使飞思卡尔处于非常有利的位置，可以很好地观察电子技术在每一波创新中的渗透情况。汽车越来越先进，越来越精密，要求汽车行业必须有与之匹配且独有的产品性能、质量、物流和成本。

不同于上一代汽车，新一代汽车不仅仅是要求性能的改善，增加频率、新功能集，扩展内存，也不仅仅是一路降低成本。虽然这些仍是必须的，但必然会出现新的参数。

• 微控制器不断用于复杂的计算部件。32位架构成为所有主流集群的标准。 多核处理可将性能提高5倍，达到1500 Drystone MIPS，在提高频率和可接受的功耗水平之间取得了平衡，以减轻电磁干扰（EMI）。

汽车电气/电子架构经过改进，可避免电子控制单元的过度扩张。根据应用要求，多核微控制器设置允许不同的操作模式。在混合动力汽车（HEV）中，这不仅有助于处理热发动机的燃油喷射周期，还可以处理驱动电机的变频控制器，或能源管理。

• 据一家主要的一级供应商透露，软件的份额正在增加，TAM（总市场容量）价值达到2700亿美元，占汽车总成本的13％。

该软件包由不同的层组成，这些层归属于不同的供应商。低级库和操作系统（如AUTOSAR）是由半导体供应商发布的，虽然基础软件是由一个一级供应商提供，但应用层可能由一级供应商或汽车制造商研发以拥有相关知识产权（IP）。每一层都需要进行标准化，以实现互操作性和兼容性，支持无缝集成。标准化要求开放式架构和可扩展性，就像当年电信行业的发展过程一样。


• 很明显，需要引入安全机制来检测任何潜在的危险，这可能会影响应用的完整性。ISO26262标准规定了机动车的功能安全级别。

• 由于采用了低功耗技术修整和更小的晶体管结构，可比现有架构的功耗降低50％。在设计和器件架构上采用新的IP设计，可以实现这一目标。

• 高功率级要求将功率密度提高4倍，以较高的切换频率减少能量损耗，从而避免使用昂贵的冷却系统。市场上出现了一些新兴材料，如GaN（氮化镓）和SiC（碳化硅），而制造工艺必须反应市场预期。

• 目前，14伏铅酸电池可能会在高压电池的基础上演变为一个低于60伏的较高电压的通用供电网络。然后半导体才能以高效的方式实施能源管理系统。电池寿命和续航能力要求对化学反应下的物理参数（电压、电流和温度）结果进行准确的测量。

结论

汽车制造商认为，2020年的排放标准与汽车电气化程度紧密相关。而半导体行业已经证明它能够带来性能、可靠性和价格吸引力，可以形成一个市场。电池技术使人们对电能密度（瓦/千克）以及可靠性和可持续性有较高的预期。未来的移动性不会是一种技术，而可能是多种技术的结合，实现绿色移动性。它将不仅提供新的技术，而且同时满足社会和地区需求。