传感、功率、测试、定位等技术如何助力汽车智能化、电动化升级

2021年8月12日，由全球领先的电子科技媒体<电子发烧友>举办的2021汽车电子创新技术研讨会在线直播圆满完成，本次研讨会邀请到安森美、江波龙、ST、爱德克斯、爱德万测试、博世、扬杰科技、u-box等企业从传感器、存储、功率器件、GNSS定位、测试等方向全面探讨当前汽车电子的发展趋势。
 
电子发烧友总经理张迎辉在致辞中表示，汽车电子智能化、电动化和持续的安规升级，让越来越多的技术可以集成到汽车上，做创新设计。例如，数字智能化，需要有更强的处理器、更优秀的存储器和更多的传感器、响应节能减排的要求汽车的电动化，使用更先进高效的功率器件等等技术的创新要求。
 
再加上新进入的资本驱动的国产造车势力的崛起，新的终端品牌，带动更多的技术供应商加入到产业中来，汽车行业格局变化巨大。
 
另外由于疫情和国内外供应链的变化，汽车芯片的缺货在全行业最为明显。最近国家有关部门出文件下重手来打击元器件中间商囤货，理清供应链，更是让汽车电子行业所有细节被放大。国产芯片是否有机会做汽车电子的替代，国际厂商是否有可能做好后面的元器件供应，以及中间环节是否可以理顺，也让本次技术研讨会有更多的关注亮点。
 

以下是爱德克斯、爱德万测试、博世、扬杰科技、u-box的主要分享内容：

 
艾德克斯：新能源汽车电驱系统测试解决方案
 
在研讨会上，艾德克斯技术支持工程师陈文兵带来了《新能源汽车电驱系统测试解决方案》主题演讲。统计数据显示，2020年我国全年新能源汽车产量 145.6 万辆，同比增长 17.3%。新能源汽车产量销量大幅度的提升，带动整个行业的发展。
 
新能源动力系统包括动力电池、驱动电机以及电控系统。电驱系统主要是电机、逆变器、控制器及各种检测传感器。电驱系统的本质就是通过逆变技术将动力电池包储存的直流电通过电机驱动逆变成三相交流电，从而驱动电机运转，带动整车的运行。经过技术的发展，第三代电机驱动系统集成了电机、控制器以及减速器，提高了性价比，进一步缩小体积。
 

 
新能源汽车电驱系统在国标测试项目中，包括输入输出特性、安全性实验、环境适应性、电磁兼容性等项目。陈文兵提到，根据市场的需求不同，电机驱动系统测试的解决方案也不同。电池模拟器在电机驱测试中发挥了重要的作用，电池模拟器具备高速通动态响应特性，内置多种电池模型，可以模拟电池的电压、容量衰减情况，更加准备的预估电池续航里程等情况。
 

 
以氢燃料电池汽车电池模拟为例。与磷酸铁锂电池不同的是，氢燃料电池汽车在启动需要大电流，一般都会匹配储能电池系统，从而利用动力电池提供能量，进行主要的功率输出。但汽车在运行时，除了电池，还有电池管理系统（BMS），艾德克斯推出BSS2000Pro电池模拟器，提供了BMS的模拟功能，匹配不同场合的应用，实现与外部控制单元的CAN交互。
 
陈文兵表示，新能源汽车为了提高续航里程电池体积也会变大。回馈式电子负载会是市场主流，大功率将成为新的趋势。因此对于电池包的放电测试、仿真模拟测试的功率也会相应增大，使用传统的消耗式电子负载的测试成本高。艾德克斯相应推出IT8000回馈式电子负载解决方案，回馈效率达到95%左右。此外，爱德克斯推出的IT79OO能馈式电网模拟器，并联到960kVA，支援单相、三相、反相、多通道等四种工作模式。
 
相对于有线充电，无线充电减少高压接触风险，陈文兵认为，随着技术的发展，电动汽车无线充电也会成为趋势，逐渐走进生活。
 
爱德万测试：助力车规级芯片实现0缺陷上车
 
在研讨会上，爱德万业务发展专家徐琨带来《爱德万测试助力芯片上车》主题演讲。随着智能汽车的发展，汽车芯片的测试项目也曾传统汽车开始覆盖到智能汽车，测试要求、技术也随之提升。
 
机械动力为主的汽车包含了座舱、安全等电子元器件等。以智能电动汽车为代表的新一代汽车涉及了电池、电机、电控等系统，主要测试芯片有ADAS系统涉及的激光雷达、摄像头等芯片，智能座舱涉及的显示、驱动、解码芯片，物联网涉及的射频芯片等。

 
相对手机芯片，汽车电子芯片的电压工作范围覆盖了低压到高压的工作水平，引脚数也会根据功能有较大的跨度。爱德万测试提供了不同平台进行车规级芯片的测试，例如T2000、V93000。一般在选择汽车芯片测试平台时会考虑两大因素，一是机台有足够的资源板卡可以覆盖汽车电子不同领域的测试需求，二是汽车电子测试对测试环境、测试精度有要求较高。
 
徐琨介绍，为了适应汽车芯片在测试中对电压的需求，T2000 IPS提供了120v、300v、2000v的板卡支持测试；V93000平台可以实现数字模拟、数模混合、高数射频等高压类芯片测试需求。
 
以ADAS、车联网芯片为例，AI算力芯片的测试板卡需要支持大电流、具备大数据处理的能力。爱德万测试提供了高达16G的PS-SL高速板卡，单通道40A的电源供应能力的UHC4T。
 

 
车规级的芯片在汽车运行超过10年，因此相对于消费级芯片测试流程更加复杂。首先是要进行晶圆级测试、老化测试，以及高温、低温、常温等终测，最后达成0缺陷率的目标。徐琨提到，芯片在量产测试过程中，还需要对统计分布进行监控，一般情况下并不是良率越高越好，需要有长期的监控过程。
 
博世：半导体赋能汽车技术发展
 
在会上，博世汽车部件（苏州）有限公司技术支持经理沈冬燕带来了主题为《博世半导体赋能汽车技术发展》的演讲。博世涉足的领域主要包括汽车与智能交通、工业、能源与建筑、消费品，其中在汽车领域的销售占比高达59%，是全球领先的汽车与智能交通解决方案供应商。
 
沈冬燕重点介绍了博世在汽车应用上的半导体元件，微机电传感器方面，包括加速度/角速度传感器，用于安全气囊系统、自动驾驶及娱乐导航系统、车辆动态控制系统、主动悬架系统、消费类产品；光学微系统，适用于消费类产品、物联网应用、家用电器、抬头显示器；压力传感器，用于安全气囊系统、发动机管理系统、变速器控制系统、消费类设备、物联网解决方案。
 
半导体方面，包括SoCs，系统ASICs和传感器ASICs，用于特定的汽车应用；功率半导体和模块，用于各种汽车应用的低压功率半导体和用于电动动力系统逆变器的耐高压功率模块；集成在µC中的IP模块，IP模块功能相对独立，在博世罗伊特林根工厂开发，可授权外部客户使用。
 
IP模块主要有CAN和GTM两种，沈冬燕重点介绍了CAN，包括标准 CAN FD 硬件控制器（现有 µCs/µPs）、 
标准 CAN/CAN FD 收发器 、CAN FD light驱动，主要有可单体集成于传感器或执行器、无需 ECU 或软件、简化的 CAN FD 控制器逻辑、无需昂贵的晶体或陶瓷谐振器等特性。
 

 
CAN FD light 将CAN FD成功案例扩展到新的低端应用领域，CAN FD light是CAN FD的一个成本优化子集，具有支持基本标识符（11 位）、仅FD帧（不支持传统CAN帧格式）、无错误信号（无错误帧）等特点。CAN FD light协议复用CAN FD协议帧格式，具有数据长度代码–定义最多64字节的数据体，字段——帧完整性保护和确认的特点。
 
具体的应用案例，包括汽车照明方面，Can FD Light Master标准CAN FD控制器应用在局域或域控制器中，CAN FD light slaves用于数字OLED的32通道高边驱动器单片IC，每个CAN FD光总线多达4000个动态灯，具有高刷新率；电池管理网络方面，CAN FD light master用于专用电池管理控制器或由局域或域控制器覆盖，CAN FD light slaves用于具有电池监控和平衡功能的电池单元控制器。
 

 
沈冬燕还着重谈到当前发展热门的碳化硅功率半导体，他谈到，碳化硅因为具有耐高压、耐高温等特性，应用在新能源汽车上，可以使得电池尺寸更小、效率更高、续航里程更长、冷却系统复杂度更小、排放减少等。博世具有1200V和750V的碳化硅产品线，包括裸片和封装产品，在新能源汽车中的应用包括逆变器、直流转换器、车载充电器、充电桩等。
 
扬杰电子：聚焦功率半导体国产替代 助力汽车电子供应链安全
 
在研讨会上，扬州扬杰电子科技股份有限公司汽车电子市场行业经理王卫带来了“聚焦功率半导体国产替代 助力汽车电子供应链安全”的主题分享。目前正处于芯片供应紧张的状态，王卫认为，这种缺货的状态预计在2022年下半年才会得到缓解。基于这种状态，王卫为观众分享了功率半导体的国产化替代与挑战。
 
当前汽车行业正在迎来“新四化”，即电动化、智能化、网联化、共享化，而电动化给功率半导体带来了新的历史篇章，SiC/GaN将迎来历史机遇。同时，碳中和激励政策也在加速汽车的电气化。而新能源相比传统燃油车，在功率半导体的成本上增加了2000元左右，以150kw的逆变器为例，需要的MOS管或IGBT多达100-150个。
 

 
从中国汽车半导体自主率来看，功率半导体最高达到8%，原因在两方面，一方面性能可以媲美国际品牌，如功率二极管，扬杰科技在市场地位上居中国第一、世界第二；另一方面，价格上相比国际同行低5%-30%，交期在2-4周。
 
当前扬杰科技是中国唯一一家IDM模式的半导体企业，拥有全系列半导体分立器件产品解决方案。在IDM业务模式下，可以持续的对成本进行优化。2021年累积出货超过10亿只，2022年将建设汽车电子工厂，规划年产能120亿只。
 
对于汽车功率半导体产业发展，王卫也给出了相关的建议。短期内做到PIN to PIN替代，这是基本准入条件；长期要做到性能对标，建立相关平台，强化准入标准。
 
要做到这些，需要由汽车牵头，与系统供应商共同推动，解决技术门槛较低的车规级芯片国产化，完善芯片准入机制；芯片厂商也要解决高门槛技术车规级芯片的国产化，协助主机厂进行需求整合；在质量安全体系上，积极推动AEC-Q101车规时延国产化认证体系的重新梳理，降低芯片准入门槛。最后王卫提到，要向华为学习，做到汽车电子的国产化。
 
u-blox：从导航到自动驾驶 GNSS定位技术的车载应用
 
u-blox中国区销售总监钟远强为现场观众带来了“u-blox定位产品在汽车领域的应用”主题分享。u-blox是一家来自瑞士的上市公司，针对无线和通信技术提供“一站式”解决方案。
 
作为GNSS的领军企业，u-blox在工业和消费市场，可以提供超低功耗解决方案。在工业导航与机器人市场，u-blox可以提供厘米级精确导航定位。而在汽车市场上，公司可以提供持续性的车道级定位。
 
当前汽车的车内导航应用、V2X、ADAS等技术对于导航精度要求越来越高，如要求提供车道级定位，能够实时更新。在自动驾驶技术中，所有的等级都需要导航技术，并且在L2以上，就需要在开阔环境中，要求GNSS做到十公分左右的定位精度，而在L3以上，对定位还提出了安全性的需求。
 
钟远强表示，GNSS是自动驾驶汽车中不可或缺的传感器，因为这是唯一能够提供绝对位置、绝对时间以及速度与方向的传感器，能够在各种天气环境中工作。总而言之，GNSS在车载领域，不论是在导航、车路协同、自动驾驶领域都有丰富的应用场景。
 

 
如今可以使用多星座GNSS来进行定位，相比单星座定位技术具有更高的定位精度。同时，还有多频系统，能够尽可能减少信号通过电离层时造成的误差。为了进一步减小误差，u-blox还提供了增强数据信息服务，能够做到10cm的定位精度。
 
u-blox提供了ZED-F9K分米级汽车惯性导航应用，有效的位置安全防护措施，以及低延时数据定位解决方案。u-blox产品应用多星座、多频段、RTK等技术达到高定位精度，适用于不同的车辆应用场景。
 
如需观看研讨会视频回放，请点击链接https://webinar.elecfans.com/live/691.html