瑞萨电子构建的汽车“芯”版图

电子发烧友网报道（文/黄晶晶）汽车产业正在机械化向新四化发展，即电动化、智能化、网联化、共享化。传统的汽车零部件发动机、变速箱等架构组成正在演变成新的汽车电子电气架构，并从域控逐渐走向中央计算单元。
 
对于汽车电子行业趋势的变化，瑞萨电子已经做出了前瞻判断和广泛部署。在2022慕尼黑华南电子展同期举行的瑞萨电子媒体交流会上，瑞萨电子汽车电子解决方案事业本部副总裁赵明宇等高层和技术专家们进行了精彩的分享。
 
如何满足新一代汽车E/E架构的演进
 
新四化带来汽车电子变化非常多，在赵明宇看来，域控制器将以前由ECU分散的控制集中到一个大的控制单元，在远端只留一些小的单片机控制执行器。这个电子架构也延伸出OTA升级的应用，通过云端对ECU软件实时升级，对数据安全性有需求。此外，ADAS、自动驾驶带来大数据传输的需求，汽车续航里程、车身轻量化等需求，也在刺激汽车电子电气架构的快速发展。
 
面对新的汽车电子架构的快速发展，瑞萨电子能够提供覆盖不同等级新电子电气架构需求的产品。包括在中央计算单元提供大算力SoC产品，域控方面瑞萨推出新一代28nm MCU，可谓为域而生。此外还有16位、8位MCU用于远端控制器。

 
赵明宇表示，在新的电子电气架构上，芯片硬件平台将趋于一致化的同时带来的挑战是软件或者IP高度的重用度，也就是软件定义汽车。只有通过高度的软件可重用性或者可扩展性，才能有效降低开发的成本，提高研发到量产的时间。
 
具体来看，此前芯片公司定义的开发环境都是针对于器件进行的，而不是针对系统。瑞萨为了更好地面对下一代汽车电子发展的需求，开发了高度集成化的软件开发环境，因此无论是编译器、模拟器、debuger都在一个集中环境里运行，不仅能够支持单一器件的开发，也能够支持多系统的产品开发和定义。
 
除了硬件工具之外，瑞萨还向客户提供大量的软件仿真工具。给开发工程师提供相对成本更低的软件模拟环境，能够将一个ECU所要开发的所有周边器件都以虚拟的形式放到开发板上。通过内部的模拟信号或者PC连接外部信号，测试系统运营效果。
 
同时为了实现软件或IP高度的重用化，也需要提供足够多的软件协议栈，例如瑞萨的R-Car，除了提供基本的驱动软件之外，还提供大量的中间化来满足客户的开发需求。
 
现在无论是Tier 1还是主机厂将会越来越多的依赖Tier 2提供的高度集成化的开发环境。
 


对于不同的车型，由于底层软件和中间层软件相对保持统一和不变，只需针对配置和应用做细微的调整即可，因此它的重用度可以高达90%以上。
 
对于自动驾驶来说，如果基于瑞萨的R-Car产品，底层保持一致，重用度在50%-60%。而网关或整车控制单元的IP重用度可以达到60%-70%。
 
以智能座舱来看，如果将瑞萨R-Car的M3迭代到H3，即从中阶到高阶产品，那么软件IP重用度可以达到70%-80%。
 
赵明宇谈到，这种软件定义汽车的理念让客户减少开发成本，加速开发进度。目前全球尤其是欧洲、日本等汽车电子较发达的国家，他们的智能座舱迭代周期一般是4-5年，而在中国是2年或2.5年。因此，软件重用度能够满足客户日益加快的产品迭代周期。
 
瑞萨电子系统级的开发环境和IP高度可重用，顺应了汽车电子电气架构由分散走向统一的趋势。而在自动驾驶层面，瑞萨也不断扩充产品阵容，提供全面解决方案。
 
自动驾驶包括感知、处理和执行，瑞萨具有完整的数字、模拟和功率产品线等进行对应。前不久，瑞萨电子收购4D成像雷达供应商Steradian公司，扩充毫米波雷达产品线，收购后它的产品融入到瑞萨产品的整个roadmap里面。   
 

 
目前瑞萨主要提供基于视觉的解决方案，包括ADAS域控，加上基于摄像头的整体组合。提供SoC、电源管理芯片、MCU、时钟芯片等。未来还将有大量的雷达产品，能够向客户提供更好的方案组合。
 
新能源汽车的三电系统即电机、电控、电池将会是高度集中化的趋势。赵明宇举例说，主驱电机的三合一四合一甚至八合一（注：三合一：电动机、电力电子设备、传动组件；四合一：电动机、电力电子设备、传动组件、热管理系统；八合一：驱动电机、电机控制器、减速器、车载充电器 、直流变换器、配电箱、整车控制器、电池管理器），高度集成、精减体积和更大功率等。还有ESP、EPS逐渐集成到单独的底盘系统上，电池与底盘融合等，未来一个底盘平台之上，能够开发不同的车型。
 

 
瑞萨的BMS电池管理系统能够提供BMS模拟前端、MCU和边缘管理等打包方案。同时还在进行无线BMS系统方案的开发，以及通过高精度模拟前端产品解决电池膨胀检测等问题，提升电池BMS系统的安全性。此外还提供12路、14路、16路等不同通道的BMIC产品。

 
在主驱电机方面，瑞萨目前在中国市场做的比较成熟和成功，在中国各大主机厂里，都能看到基于瑞萨主驱电机控制器方案的一些产品正在量产或者正在开发。瑞萨能够向客户提供比较完善的硬件解决方案，包含MCU、IGBT、预驱和电源管理芯片等。
 
为了满足新能源汽车对IGBT日益增长的需求，今年5月份瑞萨投资至少9亿美元将日本甲府工厂从8寸线改造成12寸线，用于功率器件包括IGBT产品的生产。一直以来，瑞萨在全球市场向客户提供IGBT的晶圆服务。
 
 
丰富的汽车电子解决方案
 
在此次2022年慕尼黑华南电子展上，瑞萨电子展示了丰富的汽车电子解决方案，许多都是最新的芯片产品和方案。
 
瑞萨电子提供“车载电脑VC4”，是一个用于开发网关、汽车服务器和域控制器等应用的理想平台，有助于实现下一代E/E架构。
 
瑞萨电子中国汽车电子技术部高级经理赵坤介绍，R-Car S4作为瑞萨第四代R-Car产品家族的首批产品之一，包含多颗Arm® Cortex® A55和Cortex® R52内核，并首次集成RH850 MCU内核以用于控制域管理。R-Car S4 SoC提供大量车用接口，如16路CAN FD、16路LIN、8路SENT、1路FlexRay、4路PCIe V4.0，以及一个高带宽3路 2.5Gbit以太网交换机，以便在车辆内外获得丰富的通信与连接选项。结合为R-Car Gen4开发的PMIC（RAA271041+RAA271005），实现绝佳功率控制和功能安全支持。
 

 
应用于ADAS和自动驾驶系统的解决方案，瑞萨电子最新推出的R-Car V4H产品。
 
R-Car V4H的深度学习性能高达34 TOPS（每秒万亿次运算），能够通过汽车摄像头、雷达和激光雷达（LiDAR）对周围物体进行高速图像识别与处理。适合Level 2+和Level 3等级的自动驾驶系统，包括完整的NCAP 2025功能。R-Car V4H软件开发工具套件（SDK）也可助力更快、更轻松的启动设备评估和软件开发，包括深度学习算法移植。该SDK带来机器学习开发的全部功能，并对嵌入式系统的性能、电源效率和功能安全进行优化。
 
汽车电池管理系统（BMS）参考设计可作为一个完整的汽车电池管理系统，监控多达70节串联锂电池。RH850 MCU与ISL78714多单元锂离子电池管理设备通信，以监控电池电压、电池组温度和电流，记录重大故障检测及控制电池平衡。该参考设计基于ISL78714BMS5XBEKIT1Z汽车级多节锂离子电池管理系统参考设计套件。
 
新能源汽车电机控制整体方案，内嵌旋变解码器单片机RH850C1M-A2的整体电机控制解决方案。使用 RH850/C1M-A2 MCU 上的嵌入式解析器到数字 (RDC) 接口，增强诊断功能，显著减少电路板面积和 BOM 成本。瑞萨电子的 xEV 逆变器解决方案使用了微控制器、电源管理 IC、栅极驱动器 IC、绝缘栅双极晶体管 (IGBT) 和快速恢复二极管 (FRD) 的组合，可最大限度地提升 HEV/EV 电机性能、电机参数校准工具和实用的逆变器硬件设计。
 

 
集成式智能驾驶座舱解决方案，集成了全液晶虚拟仪表，多媒体播放以及ADAS图像识别等功能，同时驱动三个屏幕显示。方案采用R-Car H3/M3片上系统（SoC）、电源管理芯片（PMIC）和可编程时钟发生器的组合，支持高图像质量、多视频显示输出以及各种内存接口。充分利用内置Arm® Cortex®-R7 CPU以及2D GPU、IMR等单元实现快速启动。赵坤谈到，独立的仪表以及DMS的使用范围还是比较广的，瑞萨基于R-Car E3实现独立仪表盘的方案。
 
  

此外，瑞萨还展示了车载无线充电、液晶屏局域背光驱动、人机界面的低功耗高清触控驱动器方案。
 
在微控制器与传感器成功产品组合方面，瑞萨提供12V小型电机解决方案，传感器解决方案可实现车载压力监测、位置传感。传感器解决方案使用传感器信号调节器(SSC)、降压控制器 (DC/DC) 和微控制器 (MCU) 提供灵活、高精度和全面的系统解决方案。经AEC-Q100认证，能够在恶劣环境和环境温度下稳定运行。赵坤表示，目前传感器是瑞萨非常重要的一个产品组合，例如位置传感器主要应用在车上所有跟位置相关的，比如踏板、座椅、以及电机控制相关的EPS、主驱电机等等都可以使用位置传感器来实现。
 
 
小结
 
从瑞萨电子汽车业务的营收来看，MCU和SoC的销售额与模拟、功率器件几乎是并驾齐驱。这得益于瑞萨在产品上的不断开发和投入，以及过去对于模拟、功率器件公司的收购与整合。展望中国新能源汽车市场，赵明宇表示，在今年预计600万辆的基础上，明年预期将达到800万辆。若是各类关键物料不再紧缺，整个出货量将更高。因此，瑞萨也在不遗余力地投入到汽车芯片相关产品的研发和产能建设当中，以应对如此快速发展的汽车市场。