淺析汽車電子系統(tǒng)發(fā)展趨勢

摘? 要：隨著國內(nèi)外汽車市場規(guī)模的持續(xù)增長，汽車電子系統(tǒng)的復(fù)雜度和價值量也在不斷提升。在汽車電子系統(tǒng)中各項技術(shù)迅速更迭的同時，高級駕駛輔助系統(tǒng)ADAS也正在逐漸改變著傳統(tǒng)的汽車操控方式和用戶體驗。本文首先對汽車電子系統(tǒng)中的各個子系統(tǒng)進(jìn)行介紹，然后分析了汽車電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀和汽車電子系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：智能化;ADAS;汽車電子系統(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

汽車電子作為當(dāng)下全產(chǎn)業(yè)鏈級別的熱門產(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、增存量市場廣闊和戰(zhàn)略意義深遠(yuǎn)的幾大特點。汽車電子是汽車控制系統(tǒng)中最為重要的支撐平臺，而隨著新能源汽車、無人駕駛、車載信息系統(tǒng)技術(shù)日漸成熟，未來汽車電子產(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? 汽車電子系統(tǒng)簡介

汽車電子是汽車電子控制系統(tǒng)與車載電子電器系統(tǒng)的總稱，其中汽車電子控制系統(tǒng)包括發(fā)動機電子系統(tǒng)、底盤電子系統(tǒng)、車身電子系統(tǒng)與駕駛輔助系統(tǒng);車載電子電器系統(tǒng)包括安全電子系統(tǒng)及網(wǎng)聯(lián)系統(tǒng)。

發(fā)動機電子系統(tǒng)包括發(fā)動機管理ECU、冷卻系統(tǒng)、進(jìn)排氣系統(tǒng)，以及各類溫度、壓力和震動傳感器。

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

車身電子系統(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。汽車行業(yè)將自動駕駛汽車分為以下6個等級，分類標(biāo)準(zhǔn)主要是基于人類駕駛與自動駕駛之間的分工比重：

（1）L0：無自動駕駛，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)操作車輛，有一項自動化駕駛輔助系統(tǒng)單獨起作用。

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

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

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

（6）L5：完全自動化，人類是乘客且無須參與駕駛。在所有情況下車輛可以自動駕駛。[1]

2? 汽車電子系統(tǒng)發(fā)展趨勢

2.1? 汽車電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

近年來全球汽車總產(chǎn)量的增長為汽車電子行業(yè)提供了有力的需求基礎(chǔ)。隨著自動駕駛系統(tǒng)和網(wǎng)聯(lián)系統(tǒng)部件在不同車型上的不斷滲透，汽車電子成本占整車成本比例也在逐漸提升。在2017到2022年期間，全球汽車電子市場規(guī)模將持續(xù)增長，預(yù)計至2022年全球市場規(guī)?？蛇_(dá)2萬億，而國內(nèi)市場規(guī)模接近萬億。

汽車電子產(chǎn)業(yè)鏈主要由三個層級構(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)計廠商，Tier3廠商會為Tier2廠商提供代工及封測服務(wù)，包括TSMC、GlobalFoudries等;中游汽車電子的系統(tǒng)集成商Tier1主要進(jìn)行汽車電子模塊化功能的設(shè)計、生產(chǎn)及銷售，具體包括博世、大陸、德爾福、日本電裝等公司;下游則為整車廠（OEM）及維修廠（AM）。

相對于消費電子，汽車電子對于安全性要求更高，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，廠商進(jìn)入整車廠配套體系大概需要2～3年的認(rèn)證周期。

2.2? 汽車電子系統(tǒng)發(fā)展趨勢

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

2.2.1? 智能化

汽車控制系統(tǒng)智能化體現(xiàn)在能夠主動協(xié)助駕駛員實時感知、判斷決策、操控執(zhí)行上，其中“感知能力”的獲取依賴于傳感器和互聯(lián)網(wǎng)提供的駕駛環(huán)境信息，電控單元通過算法軟件處理傳感器信號，分析判斷駕駛員的動作意圖和車輛自身狀態(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。汽車電子智能化這一趨勢在自動駕駛系統(tǒng)中體現(xiàn)得尤為突出。[2]

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

2.2.2? 網(wǎng)絡(luò)化

汽車電子系統(tǒng)利用總線技術(shù)將汽車中各種電控單元和智能檢測單元聯(lián)接起來構(gòu)成汽車內(nèi)部局域網(wǎng)，各單元在獨立運行的同時也在共享其他單元的信息資源。汽車總線技術(shù)可以實現(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電一體系統(tǒng)，使系統(tǒng)與系統(tǒng)之間實現(xiàn)一體化集成。集成控制系統(tǒng)是指通過總線進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊實現(xiàn)傳感器和系統(tǒng)的信息共享，通過控制器實現(xiàn)各個子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)和優(yōu)化，從而保證車輛行駛的安全性與穩(wěn)定性。

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

2.2.3? 集成化

汽車電子集成化除了能加強系統(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。

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

3? 結(jié)? 論

隨著汽車電子產(chǎn)業(yè)鏈的不斷發(fā)展，以及汽車電子系統(tǒng)在技術(shù)和安全性上的穩(wěn)步提升，汽車電子系統(tǒng)的技術(shù)革新勢必會成為現(xiàn)代汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的一次重大革命。汽車電子系統(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，同時將很大程度上改善未來的道路和交通環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

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

[2] 萬鋼.能源技術(shù)和智能化發(fā)展引領(lǐng)汽車產(chǎn)業(yè)大變革 [J].中國科技產(chǎn)業(yè)，2018（8）：8-9.

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

作者簡介：楊子（1991.06-），女，漢族，山西呂梁人，助教，碩士，研究方向：計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信、圖像認(rèn)證。