解析新能源汽车市场的关键技术

如何打造更安全、舒适的智能型汽车

被动和主动安全系统开始与汽车中的其它电子系统融合，汽车正变得越来越自主、越来越智能。借助雷达、视觉检测等高级驾驶员辅助系统的应用，反应速度远比驾驶员更快的电子系统将能接管控制权，降低事故的发生频率和严重程度，并大幅提升驾驶体验。本文将解密决战未来新能源汽车市场的关键——BMS与ADAS。

汽车相关话题近年来总能在全球媒体占据很大的版面。一则，在经济不景气的当下，全球汽车市场面临着不断的震荡;二则，全球对新能源汽车寄予太多的期望，新能源汽车的话题总是能吸引广泛的关注。而对于汽车生产和制造的大国中国来说，还有汽车高速增长带来的社会话题——汽车产业高速增长带来的经济红利，以及因此带来的城市拥堵、环境污染以及交通安全，等等。

新技术在汽车上的应用正在成为解决这些问题的关键。传统汽车制造商希望利用创新的技术来在日趋激烈的市场竞争中抢占先机，甚至连“外行”的谷歌也悄无声息地开展了数十万公里的无人驾驶汽车的实验。新能源汽车被视为解决汽车高速增长带来的环境问题和石油消耗困境的灵丹妙药，而电池管理和电机驱动技术已经成为了决战未来新能源汽车市场的关键。此外，用户需求和政府法规也正在推动汽车在2012年具备更高的安全性和更丰富的智能性。

设计更安全、更智能的汽车

日前发布的中国国家《道路运输业“十二五”发展规划纲要》规定：“十二五”期间，危险品运输车辆，国际道路运输车辆，三类以上的班线和旅游客运车辆，以及应急保障车队车辆的卫星定位系统的安装率达到100%。业内专家指出，汽车安全电子有望成为汽车安全设施的“标配”。而国内某知名媒体的一份调查报告也显示：八成受访者将安全性作为购车的首要标准。毫无疑问，在交通事故频发的今天，汽车安全是汽车消费的关注焦点。同时，汽车作为一种给人们生活带来极大便利的交通工具，其本身的驾驶便利性也是汽车市场竞争的热点之一。除了前文所述谷歌的自动驾驶汽车，目前部分高档汽车已经具备了自动泊车功能，而通用汽车前不久则更是宣布，他们正在开发一种新技术，采用这种技术的汽车将自动寻找空车位并全自动地完成泊车过程。汽车智能化已然是当今汽车发展的重要趋势。

基于视觉的高级驾驶员辅助系统可以从多方面大大提高行车安全性和汽车智能特性。通过安装后视/前视/侧视摄像头和视觉处理，电子控制单元(ECU)可以实现多种功能来帮助驾驶员提前防范风险。受欢迎的应用包括：车道偏离告警、远光近光调整、交通标志识别、停车辅助、后视/环视和防撞等(见图)。业界市场调查机构的数据显示：目前有70%的汽车具备后视功能，30%的高档汽车具备前视功能，并且到2015年这一比例预计将会达到60%。

图1：高级驾驶辅助系统在汽车主动安全中有广泛应用

在被动安全方面，包含正面气囊的辅助防护安全系统(SRS)已经成为很多中档轿车的标准配置。随着侧面安全气囊、帘式安全气囊等气囊数的增多，SRS正在向更先进的气囊系统发展。未来的趋势是低档轿车中将两个正面气囊作为标准配置，而中高档轿车中则将出现六个或更多气囊，同时，安全气囊还将趋向于向智能化和集成化两个方面发展。

来自iSuppli公司的汽车研究专题报告显示：2011年高级驾驶辅助系统市场将达到16.5亿美元的营收，比2010年的10.5亿美元大增57%，2012年该增长率则将上升到63%。作为全球汽车电子技术的领先提供商，ADI公司的观察是：目前全球主要的汽车供应商和OEM厂商都在利用ADI公司的领先高性能信号处理技术，在汽车上实施并部署各种基于雷达和视觉的高级驾驶员辅助系统。

这些能为汽车带来极大安全提升的技术正在从高端车的“专利”向中、低端车普及，而更低成本的电子器件解决方案将大大缩短这一过程。例如：ADI在2011年年中推出的高集成度AD8283汽车雷达模拟前端芯片就是这样一款产品，它在单块芯片中包含了接收路径信号调理和数据采集电路，让雷达系统可以接收更多数量的发射信号并进行解码，更重要的是，该芯片使汽车厂商能以低廉的成本实现以前在高端车中实现的车载雷达系统。ADI公司的汇聚式处理器Blackfin能够提供成熟可靠的高性能视频处理解决方案，适用于从单功能到多功能的各种系统。ADI新一代处理器中集成的视觉预处理器能够显著地减轻处理器的负担，从而降低对处理器的性能要求，并进一步降低系统的实现成本。此外，ADI优化的编译器和“图像工具箱”算法库能够最大程度地提高效率和MIPS，基于软件的结构有助于用户快速推出与众不同的终端产品。同时，ADI丰富的产品线还提供了视频解码器/编码器、视频多路复用器/开关和视频放大器，能够为客户提供系统的解决方案。

不断进步的半导体技术为厂商提供了更多的领先选择，例如：在被动安全和主动安全设计中应用广泛的MEMS产品上，ADI下一代MEMS产品的集成度将会更高(例如：把陀螺仪和低g加速度传感器集成到一起，等等)。高集成MEMS(加速度传感器和陀螺仪集成在一起的ADXRS8XX，低g值和高g值的加速度传感器集成在一起的ADXL2XX)已经在研发中。

电池管理技术是新能源汽车的关键

电池技术是新能源汽车的重要驱动力。目前，新能源汽车中的电池对新能源汽车的发展带来了很大的挑战，例如：如何改善电池的充电时间、使用寿命、减轻电池的重量，增加电池的续航能力、降低成本、保证使用安全等等问题，都是新能源汽车迫切需要并且必须解决的问题。

最近，随着业界对电池电量计算的精度要求不断提高，以及越来越优异的电池工艺技术的出现，结果使得电池充放电曲线更加平坦，因此，电池管理芯片需要拥有更高的测量精度。另外，由于锂电池的失效特性，电池管理系统的可靠性和安全性至关重要。国内厂商开始关注系统级的安全性设计，以及ISO26262标准的引入。在电池管理芯片领域，主流半导体厂商均在芯片中集成了越来越完备的故障报错机制、数据校验机制、以及冗余监控机制，以帮助客户实现更高等级的系统级安全。

此外，很多厂商开始关注效率更高的主动式电池均衡，以降低电池管理模块的发热，节省电量消耗，这几个新的技术趋势也是目前ADI在电池管理芯片领域致力的方向。这些问题的解决，意味着消费者所担心的电池系统安全性、电池的使用寿命以及成本等一系列问题将随之迎刃而解，这将加快新能源汽车的普及速度。

在新能源汽车中的铅酸电池控制是提高能源效率的关键一环，在这一领域，ADI在欧美市场占有超过95%的市场份额。除了铅酸电池外，ADI也已经推出一系列可应用在混合动力车及纯电动车上面的锂电池监控和保护系统产品。该系统集成锂电池安全监控器，可以帮助用户实现故障安全电路，并为之构建安全环境的安全监控器件。这款全新的监控器为设计人员提供了开发完整电池监控和保护系统前端所需的最终解决方案。AD7280A/8280为集成式解决方案，可以监控六个电池单元的电压和温度输入，增强型的菊花链接口，可灵活匹配不同电池节数的电池包架构。该器件由电池组供电，可以针对过压、过温或欠压这三种状况中的任何一种提供共享式或单独式报警。

在电机控制部分，ADI的旋转变压器解码器AD2S12xx系列，提供了12至16位的角度分辨率以及高至3000转/秒的跟踪速度，广泛地应用于永磁同步电机驱动器。对于电源管理方面的挑战，ADI正在开发锂离子电池监测技术，包括快速准确地监测和安全地控制混合电动汽车中使用的锂离子电池组所要求的所有功能。与现有的芯片方案不同，这种新的电池监测技术具有非常全面的功能，包括电压和温度测量、故障报警输出以及电池平衡能力，并且具有同类最高的技术指标。由于无需使用多重隔离器就可将器件堆叠在高压环境中，该技术可以节省系统成本。

本文小结

随着更多的安全和智能配置成为汽车的标配，当前厂商所面临的挑战在于，如何以最低的成本使产品具有最小的尺寸，最高的可靠性，以及在更高、更低温度工作条件下的鲁棒性和易于配置等特性。ADI公司作为MEMS、RF、放大器、转换器和DSP领域的全球技术领导者，可以为实现这样的系统提供领先的技术，帮助汽车制造商以低成本、更小的尺寸和更短的开发时间克服这些挑战。