淺析汽車(chē)電子系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

摘? 要：隨著國(guó)內(nèi)外汽車(chē)市場(chǎng)規(guī)模的持續(xù)增長(zhǎng)，汽車(chē)電子系統(tǒng)的復(fù)雜度和價(jià)值量也在不斷提升。在汽車(chē)電子系統(tǒng)中各項(xiàng)技術(shù)迅速更迭的同時(shí)，高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)ADAS也正在逐漸改變著傳統(tǒng)的汽車(chē)操控方式和用戶(hù)體驗(yàn)。本文首先對(duì)汽車(chē)電子系統(tǒng)中的各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行介紹，然后分析了汽車(chē)電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和汽車(chē)電子系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：智能化;ADAS;汽車(chē)電子系統(tǒng)

Abstract：With the continuous growth of domestic and foreign automobile markets，the complexity and value of automotive electronic systems are also increasing. With the rapid change of various technologies in the automotive electronic system，the advanced driving assistance system （ADAS） is gradually changing the traditional vehicle control mode and user experience. This paper first introduces each subsystem of automotive electronic system，and then analyzes the development status of automotive electronic industry and automotive electronic system development trend.

Keywords：intelligent;ADAS;automotive electronic system

0? 引? 言

汽車(chē)電子作為當(dāng)下全產(chǎn)業(yè)鏈級(jí)別的熱門(mén)產(chǎn)業(yè)，具備產(chǎn)品附加值高、產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同效應(yīng)明顯、增存量市場(chǎng)廣闊和戰(zhàn)略意義深遠(yuǎn)的幾大特點(diǎn)。汽車(chē)電子是汽車(chē)控制系統(tǒng)中最為重要的支撐平臺(tái)，而隨著新能源汽車(chē)、無(wú)人駕駛、車(chē)載信息系統(tǒng)技術(shù)日漸成熟，未來(lái)汽車(chē)電子產(chǎn)業(yè)將朝著智能化、網(wǎng)絡(luò)化以及深度集成化的方向發(fā)展。

1? 汽車(chē)電子系統(tǒng)簡(jiǎn)介

汽車(chē)電子是汽車(chē)電子控制系統(tǒng)與車(chē)載電子電器系統(tǒng)的總稱(chēng)，其中汽車(chē)電子控制系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)電子系統(tǒng)、底盤(pán)電子系統(tǒng)、車(chē)身電子系統(tǒng)與駕駛輔助系統(tǒng);車(chē)載電子電器系統(tǒng)包括安全電子系統(tǒng)及網(wǎng)聯(lián)系統(tǒng)。

發(fā)動(dòng)機(jī)電子系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)管理ECU、冷卻系統(tǒng)、進(jìn)排氣系統(tǒng)，以及各類(lèi)溫度、壓力和震動(dòng)傳感器。

底盤(pán)電子系統(tǒng)包括轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)，以及各類(lèi)速度和壓力傳感器。

車(chē)身電子系統(tǒng)包括BCM、照明系統(tǒng)、電源管理系統(tǒng)，以及各類(lèi)儀表和線束。

安全電子系統(tǒng)包括安全系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)，以及車(chē)內(nèi)空間調(diào)節(jié)裝置。

網(wǎng)聯(lián)系統(tǒng)包括以太網(wǎng)、CAN總線、天線、GPS和射頻模塊，以及HMI系統(tǒng)。

駕駛輔助系統(tǒng)包括毫米波雷達(dá)、單目攝像頭、激光雷達(dá)、AI芯片、多目攝像頭、夜視系統(tǒng)和360°全景影像等。汽車(chē)行業(yè)將自動(dòng)駕駛汽車(chē)分為以下6個(gè)等級(jí)，分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)主要是基于人類(lèi)駕駛與自動(dòng)駕駛之間的分工比重：

（1）L0：無(wú)自動(dòng)駕駛，即完全由駕駛?cè)瞬僮餍旭偂?/p>

（2）L1：駕駛?cè)藚f(xié)助，駕駛?cè)素?fù)責(zé)操作車(chē)輛，有一項(xiàng)自動(dòng)化駕駛輔助系統(tǒng)單獨(dú)起作用。

（3）L2：部分自動(dòng)化，駕駛?cè)酥骺剀?chē)輛，多項(xiàng)操控功能或輔助系統(tǒng)自動(dòng)化，駕駛?cè)巳孕杳芮嘘P(guān)注行駛環(huán)境。

（4）L3：有條件自動(dòng)化，駕駛?cè)瞬挥貌僮鳎?chē)輛可完成部分駕駛?cè)蝿?wù)，在一定條件下監(jiān)控路面情況，但駕駛?cè)诵枰S時(shí)準(zhǔn)備好接管車(chē)輛行駛。

（5）L4：高級(jí)自動(dòng)化，駕駛?cè)丝梢园踩胨螂x開(kāi)駕駛座。在一定條件下自動(dòng)駕駛，車(chē)輛完成所有駕駛和環(huán)境檢測(cè)，但因地理和路況及法律等可能需要人接管。

（6）L5：完全自動(dòng)化，人類(lèi)是乘客且無(wú)須參與駕駛。在所有情況下車(chē)輛可以自動(dòng)駕駛。[1]

2? 汽車(chē)電子系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

2.1? 汽車(chē)電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

近年來(lái)全球汽車(chē)總產(chǎn)量的增長(zhǎng)為汽車(chē)電子行業(yè)提供了有力的需求基礎(chǔ)。隨著自動(dòng)駕駛系統(tǒng)和網(wǎng)聯(lián)系統(tǒng)部件在不同車(chē)型上的不斷滲透，汽車(chē)電子成本占整車(chē)成本比例也在逐漸提升。在2017到2022年期間，全球汽車(chē)電子市場(chǎng)規(guī)模將持續(xù)增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)至2022年全球市場(chǎng)規(guī)?？蛇_(dá)2萬(wàn)億，而國(guó)內(nèi)市場(chǎng)規(guī)模接近萬(wàn)億。

汽車(chē)電子產(chǎn)業(yè)鏈主要由三個(gè)層級(jí)構(gòu)成：上游為電子元器件，中游為系統(tǒng)集成商，下游為整車(chē)制造廠，其中上游包括Tier2和Tier3，其中Tier2廠商負(fù)責(zé)提供汽車(chē)電子的相關(guān)核心芯片及其他分立器件，主要包括如恩智浦、英飛凌、瑞薩半導(dǎo)體等IC設(shè)計(jì)廠商，Tier3廠商會(huì)為T(mén)ier2廠商提供代工及封測(cè)服務(wù)，包括TSMC、GlobalFoudries等;中游汽車(chē)電子的系統(tǒng)集成商Tier1主要進(jìn)行汽車(chē)電子模塊化功能的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及銷(xiāo)售，具體包括博世、大陸、德?tīng)柛！⑷毡倦娧b等公司;下游則為整車(chē)廠（OEM）及維修廠（AM）。

相對(duì)于消費(fèi)電子，汽車(chē)電子對(duì)于安全性要求更高，行業(yè)具有TS 16969、ISO 26262、AEC-Q100等多種認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)證周期較長(zhǎng)，廠商進(jìn)入整車(chē)廠配套體系大概需要2～3年的認(rèn)證周期。

2.2? 汽車(chē)電子系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

當(dāng)下汽車(chē)電子產(chǎn)業(yè)鏈框架基本成熟，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也在逐漸提升，而在如此強(qiáng)有力的市場(chǎng)需求之下，對(duì)汽車(chē)電子系統(tǒng)的技術(shù)要求變得越來(lái)越高，尤其是對(duì)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)和網(wǎng)聯(lián)系統(tǒng)，下面通過(guò)智能化、網(wǎng)絡(luò)化和集成化三個(gè)方面來(lái)分析汽車(chē)電子系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。

2.2.1? 智能化

汽車(chē)控制系統(tǒng)智能化體現(xiàn)在能夠主動(dòng)協(xié)助駕駛員實(shí)時(shí)感知、判斷決策、操控執(zhí)行上，其中“感知能力”的獲取依賴(lài)于傳感器和互聯(lián)網(wǎng)提供的駕駛環(huán)境信息，電控單元通過(guò)算法軟件處理傳感器信號(hào)，分析判斷駕駛員的動(dòng)作意圖和車(chē)輛自身狀態(tài)及駕駛環(huán)境，最終發(fā)出控制指令，執(zhí)行層根據(jù)控制器的指令協(xié)助駕駛員操控汽車(chē)。汽車(chē)電子智能化這一趨勢(shì)在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中體現(xiàn)得尤為突出。[2]

自動(dòng)駕駛作為智能化的創(chuàng)新方向，具備很多軟硬件實(shí)現(xiàn)方式，比如電動(dòng)車(chē)制造廠商特斯拉提出的兩個(gè)功能：交通感知巡航控制（TACC）和自動(dòng)巡航（Autosteer）。前者讓車(chē)輛在駕駛員設(shè)定的速度下自動(dòng)行駛，當(dāng)檢測(cè)到前方車(chē)輛時(shí)，它還會(huì)自動(dòng)減速保持合適的距離;后者則使用攝像頭、激光雷達(dá)探測(cè)路標(biāo)和前方車(chē)輛，使汽車(chē)能夠自動(dòng)行駛在道路中間。

2.2.2? 網(wǎng)絡(luò)化

汽車(chē)電子系統(tǒng)利用總線技術(shù)將汽車(chē)中各種電控單元和智能檢測(cè)單元聯(lián)接起來(lái)構(gòu)成汽車(chē)內(nèi)部局域網(wǎng)，各單元在獨(dú)立運(yùn)行的同時(shí)也在共享其他單元的信息資源。汽車(chē)總線技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)間的快速交換與高可靠性，并且進(jìn)一步降低成本。另一方面，網(wǎng)絡(luò)化也將改變單一的機(jī)電一體系統(tǒng)，使系統(tǒng)與系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)一體化集成。集成控制系統(tǒng)是指通過(guò)總線進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊實(shí)現(xiàn)傳感器和系統(tǒng)的信息共享，通過(guò)控制器實(shí)現(xiàn)各個(gè)子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)和優(yōu)化，從而保證車(chē)輛行駛的安全性與穩(wěn)定性。

車(chē)聯(lián)網(wǎng)在2010年被首次提出，終極目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛和智慧交通，實(shí)現(xiàn)方式是車(chē)載駕駛輔助系統(tǒng)ADAS與通信技術(shù)的結(jié)合。網(wǎng)絡(luò)化就是通信技術(shù)中強(qiáng)調(diào)的V2X（Vehicle To Everything），即車(chē)內(nèi)、車(chē)與車(chē)、車(chē)與人、車(chē)與道路、車(chē)與網(wǎng)絡(luò)的互連。從通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的角度來(lái)看，車(chē)聯(lián)網(wǎng)主要包括云-管-端三個(gè)層次。云端有中心系統(tǒng)，管側(cè)是通信網(wǎng)絡(luò)，端側(cè)為車(chē)載單元OBU和路側(cè)單元RSU。[3]

2.2.3? 集成化

汽車(chē)電子集成化除了能加強(qiáng)系統(tǒng)性能，還能達(dá)到降低系統(tǒng)總成本的目的。例如自動(dòng)碰撞避免系統(tǒng)ACAS，它由ESC（電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)）與EPS（電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)）集成而來(lái)。

自動(dòng)駕駛對(duì)傳輸和控制延遲的要求非常高，而傳統(tǒng)的云計(jì)算存在延遲明顯、連接不穩(wěn)定等問(wèn)題，因此一個(gè)性能強(qiáng)大且高度集成化的車(chē)載計(jì)算平臺(tái)（AI芯片）是汽車(chē)電子安全性和穩(wěn)定性的保證，它主要用來(lái)精確處理傳感器輸入的信號(hào)數(shù)據(jù)并輸出決策及控制信號(hào)。當(dāng)下自動(dòng)駕駛計(jì)算平臺(tái)演進(jìn)方向是芯片和算法協(xié)同設(shè)計(jì)，而現(xiàn)有用于自動(dòng)駕駛的芯片架構(gòu)主要有4種：CPU、GPU、FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列）和ASIC（專(zhuān)用集成電路），其中ASIC在功耗和成本上更加適合于現(xiàn)階段的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)。

3? 結(jié)? 論

隨著汽車(chē)電子產(chǎn)業(yè)鏈的不斷發(fā)展，以及汽車(chē)電子系統(tǒng)在技術(shù)和安全性上的穩(wěn)步提升，汽車(chē)電子系統(tǒng)的技術(shù)革新勢(shì)必會(huì)成為現(xiàn)代汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的一次重大革命。汽車(chē)電子系統(tǒng)的智能化、網(wǎng)絡(luò)化和集成化將逐漸改變我們的出行和駕駛方式，同時(shí)將很大程度上改善未來(lái)的道路和交通環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

[1] Stephan J.應(yīng)對(duì)自動(dòng)駕駛關(guān)鍵挑戰(zhàn) [J].中國(guó)集成電路，2019，28（3）：74-76.

[2] 萬(wàn)鋼.能源技術(shù)和智能化發(fā)展引領(lǐng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)大變革 [J].中國(guó)科技產(chǎn)業(yè)，2018（8）：8-9.

[3] 丁啟楓，杜昊，呂玉琦.5G-V2X應(yīng)用場(chǎng)景和通信需求研究 [J].數(shù)字通信世界，2019（2）：24-25.

作者簡(jiǎn)介：楊子（1991.06-），女，漢族，山西呂梁人，助教，碩士，研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信、圖像認(rèn)證。