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- EV/HEV引發(fā)引擎控制生態(tài)革命，充電站新商機浮現(xiàn)
- 來源：國際電子商情 發(fā)表于 2010/6/30
看著比亞迪e6純電動出租車在身邊呼嘯而過，我第一次真真切切地感受到了純電動汽車(EV)時代的來臨。比亞迪e6的百公里能耗僅為21.5度電左右，只相當于燃油車1/3至1/4的消費價格，而且電能儲備輸出的動力非常強勁，10秒內(nèi)可以迅速將車速提到每小時140公里以上。
比亞迪 e6出租版配備的3C充電也基本解決了充電問題，它僅需短短15分鐘就能充滿80%的電能，即便在家用常規(guī)電壓220V下也僅僅只需幾小時，其續(xù)航里程達到了300km，創(chuàng)造了世界純電動車續(xù)航里程最長的記錄。
比亞迪e6從啟動電池到動力電池都采用比亞迪自主研發(fā)生產(chǎn)的ET—Power鐵電池，完全丟棄傳統(tǒng)燃油動力，做到了真正意義上的“零排放”。純電動車市場目前面臨的兩大推廣問題是：零售價格還偏高和配套充電站設(shè)施還不完善。
比亞迪總裁王傳福意識到了第一個問題的嚴重性，最近一直在公開場合呼吁政府應(yīng)該在純電動車市場萌芽期貼補相關(guān)企業(yè)和消費者，包括今年5月中旬深圳純電動出租車商業(yè)運營投放典禮，但對于中國政府來說，與其推進綠色環(huán)保國家的宏大目標相比，這一問題顯然已經(jīng)不能單純視為經(jīng)濟問題，因此很快中國政府宣布從6月一日起深圳與上海、長春、杭州、合肥等一起成為私人購買新能源汽車補貼的試點城市。
第二個問題其實可以更多地視為一個商業(yè)機會。深圳不僅率先在全國宣布從6月1日起正式實施《電動汽車充電系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》，而且還率先公開了電動車和充電站的運營和建設(shè)規(guī)劃。
深圳純電動出租車商業(yè)運營投放典禮
深圳計劃今年年底前投入運營的純電動出租車達到100至200輛，明年底達到800輛。與此同時，深圳已相繼開辟了3條新能源公交示范線，150輛混合動力公交車已投入運營，公務(wù)系統(tǒng)也已有20輛雙模電動公務(wù)車示范運行。
此外，根據(jù)《深圳市節(jié)能與新能源汽車示范推廣實施方案》規(guī)劃，深圳將在公交(出租)、公務(wù)車、家用汽車3個領(lǐng)域?qū)冸妱雍突旌蟿恿?HEV)進行全面推廣，力爭到2012年累計示范推廣各類新能源汽車2.4萬輛。其中，推廣混合動力及純電動公交車4000輛、雙模電動出租車2500輛、雙模電動公務(wù)車2500輛、雙模電動私家車1.5萬輛。
比亞迪純電動車充電站
為了完成上述示范推廣計劃，滿足各類新能源汽車充電的需要，深圳市將投資建設(shè)公交車快慢速充電站各25座，公務(wù)車慢速充電樁2500個，社會公共慢速充電樁 1萬個，社會公共快速充電站200座，形成一個汽車充電站(樁)網(wǎng)絡(luò)體系。
大概統(tǒng)計一下，光深圳就要建設(shè)近1萬3千個充電站 /充電樁，如果再計算上中國其他12個試點城市正在規(guī)劃建設(shè)的充電站數(shù)量，以及今后全國范圍內(nèi)的建設(shè)高潮，這是非常巨大的一個新商機。據(jù)筆者了解，艾默生網(wǎng)絡(luò)能源已經(jīng)將此新生市場視為自己未來業(yè)務(wù)的一個主要增長點，并正在全力開發(fā)充電站全套解決方案和產(chǎn)品。相信其它的電源供應(yīng)商也不會輕易放過這么巨大的一個新機會。
EV/HEV推動引擎控制生態(tài)革命
中國目前已經(jīng)成為全球第一汽車消費大國，而且政府還在積極扶持本土汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，因此中國政府不可能因為汽車尾氣引發(fā)的環(huán)境污染問題而限制這一產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展空間，唯一的解決方案只能是積極倡導向綠色環(huán)保汽車方向發(fā)展。
英飛凌科技(中國)有限公司汽車電子業(yè)務(wù)部高級市場工程師曹洪宇也認為：“汽車的未來屬于新型節(jié)能環(huán)保技術(shù)，混合動力車將在5年后占領(lǐng)約5％左右市場份額�！�
盡管純電動車實現(xiàn)了零排放，從環(huán)保概念上說它是未來最理想的發(fā)展方向，但在充電站數(shù)量尚未完全到位以前，以及消費者對其可靠性的信心未充分建立起來以前，混合動力汽車仍將是消費市場的主要選擇，其市場發(fā)展增速肯定將超過純電動車。
混合動力車和電動車的引擎與普通燃油汽車非常不同，因為它們需要大功率的電池系統(tǒng)，輸出電壓也高達上千伏，這為電池的充放電管理帶來了很多新的難題，傳統(tǒng)的汽車引擎供應(yīng)商已經(jīng)無法解決這些問題，必須引進一些新的引擎控制供應(yīng)商，于是汽車引擎市場幾十年來一成不變的生態(tài)開始發(fā)生變化，新的商機也由此而生。
飛思卡爾半導體汽車電子工程經(jīng)理康曉敦指出： “混合動力和電動汽車正在引發(fā)引擎控制理論和系統(tǒng)的革命性發(fā)展，因為傳統(tǒng)的引擎再改進也離不開燃油�！�
ADI大中華區(qū)汽車電子商務(wù)經(jīng)理李防震也表示：“混合動力汽車的引擎系統(tǒng)有別于普通燃油汽車，它的引擎控制難點包括內(nèi)燃驅(qū)動和電機驅(qū)動的協(xié)調(diào)匹配、電池的管理和高壓的隔離等�！�
“普通內(nèi)燃引擎控制系統(tǒng)只負責把引擎調(diào)校到駕駛周期并優(yōu)化內(nèi)燃程序本身，但HEV中的內(nèi)燃引擎控制系統(tǒng)卻要同時顧及作支持用的電力電機和推動系統(tǒng)�！眹H整流器公司(IR)汽車產(chǎn)品業(yè)務(wù)部副總裁及總經(jīng)理Henning Hauenstein說，“混合動力引擎控制的優(yōu)化比純內(nèi)燃引擎汽車涉及更多的參數(shù)，也更復雜；內(nèi)燃引擎和電力電機的引擎控制之間的通訊和優(yōu)化，將隨著有關(guān)設(shè)計越來越精密而變得更重要�！�
混合動力車的出現(xiàn)開始推動引擎控制系統(tǒng)軟件的更新?lián)Q代�！皞鹘y(tǒng)的引擎控制單元用戶輸入只有駕駛者加速踏板的動態(tài)，由ECU調(diào)節(jié)動力和扭矩輸出，混合動力ECU將增加從和主控ECU的通信功能，聽令于主控ECU的調(diào)節(jié)指令，再控制發(fā)動機單元的轉(zhuǎn)速和扭矩輸出�！辈芎橛钫J為，引擎控制的復雜度增加對系統(tǒng)軟件的安全性也提出更高的要求，需要更加可靠的手段來相互校驗，判斷通信和指令的可靠性以及傳感器信號的完整性。
內(nèi)燃引擎效率仍有提升空間
盡管混合動力車和純電動車是未來的汽車發(fā)展大趨勢，但它們短時間內(nèi)還有很多優(yōu)化、改進和驗證的問題。
Henning Hauenstein承認混合動力汽車是趨勢，但他提醒說，內(nèi)燃引擎本身的效率仍未優(yōu)化到最佳，而混合動力車的流行還需要時間。他建議汽車電子相關(guān)企業(yè)應(yīng)努力提升現(xiàn)有引擎的效率。他說：“內(nèi)燃引擎的燃料效率和氣體排放量的改進，與混合動力汽車的發(fā)展同樣重要，甚至更為重要�！�
瑞薩電子汽車電子產(chǎn)品中心高級專家楊崢嶸引用國外研究部門的研究加以說明燃油汽車效率還有可開發(fā)空間。他說，通過汽油機缸內(nèi)直噴(DI)、柴油高壓共軌 (CRDI)、多氣門、可變氣門正時(VVT)以及排放后處理技術(shù)的挖掘能使能源使用效率可以提高約30%。因此，在重視對新能源汽車開發(fā)的同時，對傳統(tǒng)汽油、柴油發(fā)動機汽車的開發(fā)研究仍然具有很大的實際意義。
事實也的確如此。目前全球主要的美國和歐洲汽車市場都提出了更嚴格的節(jié)能減排對要求，美國規(guī)定了汽車每單位汽油行駛公里數(shù)的最低標準，歐洲則對超標排放汽車征稅，到歐盟出臺汽車碳排放法案之后，不能滿足歐IV排放標準的汽車很可能將不能上路，可見節(jié)能降耗已經(jīng)不再是一句口號，世界各國開始量化標準，并將其作為汽車行業(yè)必須達成的硬性指標。
其實燃油效率和尾氣排放是相關(guān)的，引擎中的油氣燃燒得越充分，燃油效率就越高，尾氣含有毒氣體的量就越小，而幫助引擎控制單元控制燃燒效率的一個關(guān)鍵元件就是氧傳感器。博世汽車部件(蘇州)有限公司汽車電子部高級應(yīng)用工程師張立紅也指出：“要過歐IV尾氣排放標準，必須使用氧傳感器�！蹦壳安┦涝谏虾Ｍ顿Y建設(shè)的上海聯(lián)合汽車電子公司就在生產(chǎn)氧傳感器。
奔馳汽車廠也在積極改進引擎控制以降低油耗。“就在最近，我就坐過一輛因引擎控制軟件升級使油耗降至5.6l/100km的奔馳車�！盧amtron公司汽車電子部專家Duncan Bennett親身見證了汽車油耗的變化。
汽車引擎進入直噴時代
汽車的革命極其迅猛，當本土廠商在突破電噴技術(shù)瓶頸的時候，國際廠商又超前邁進了一步，開始主攻缸內(nèi)直噴、可調(diào)節(jié)動力引擎、柴油機共軌直噴技術(shù)、可變氣門定時技術(shù)(VVT, Variable Valve Timing)。
IR 多年以來一直大力支持發(fā)展高能源效益電機，憑借其在80-100V電壓范圍汽車用高電壓驅(qū)動IC及功率開關(guān)方面的硅工藝知識和專有解決方案，能提供實現(xiàn)直接燃料噴射所需的功率管理方案。
“這是一種對內(nèi)燃程序來說看似‘自燃’，也是最直接改善內(nèi)燃程序的方法，毋須為引擎增添很多復雜的設(shè)計。”Henning Hauenstein解釋道，這種方法就好像噴墨式打印機里的壓電晶體，要把最小的墨點以非常高的精確度射在紙張上去達到出色的圖像解像度。所以同樣地，內(nèi)燃程序可以通過把噴射燃料滴點和控制氣缺內(nèi)的燃料─氣體分布來把內(nèi)燃程序的效率盡量提高。IR擁有很多噴射零件的專業(yè)技術(shù)，足以保證這些零件的設(shè)計要求可以在最大壓力下非常精確地噴射燃料點滴。
Henning Hauenstein進一步指出，現(xiàn)在引擎控制的發(fā)展趨勢是提供可調(diào)節(jié)的引擎，按駕駛情況適時為汽車和駕駛者供應(yīng)適當?shù)膭恿λ��！叭绻囈云椒�(wěn)的速度行駛時不用增加動力，汽車便可以執(zhí)行斷缸，或者可以調(diào)校控制個別氣門，從而把某些驅(qū)動周期中的內(nèi)燃程序盡量減少�！�
此外，他還提醒引擎系統(tǒng)設(shè)計者注意，空氣與燃料的混合也可根據(jù)是否需要動力，是否可以最低氣體排放為目標來做出精準的調(diào)節(jié)。例如，當汽車駛過擁擠的城市，排放量就可以通過犧牲部分動力來減少，而當在人口稀少的地區(qū)高速行駛時，汽車也可以讓駕駛者操控更多動力。
“這不但可以幫助駕駛者經(jīng)常獲得所需的最高汽車性能，也可以把燃耗降到最低，所以對汽車用戶及我們的環(huán)境來說是雙贏的格局�！盚enning Hauenstein說。
在歐洲和全球，分別有1/2和1/3的發(fā)動機管理系統(tǒng)采用英飛凌MCU進行控制，擅長發(fā)動機管理的英飛凌對引擎控制未來走向的看法值得關(guān)注。曹洪宇總結(jié)道： “缸內(nèi)直噴技術(shù)將是汽油機的發(fā)展重點，共軌柴油機技術(shù)、直噴汽油機、Turbo增壓、閥門控制技術(shù)會對發(fā)動機產(chǎn)生直接的效應(yīng)�！�
他說，從系統(tǒng)功能的角度來看，高效環(huán)保的柴油機共軌直噴技術(shù)可能會顯露出更強大的生命力，在歐洲已經(jīng)有約45％左右的系統(tǒng)采用柴油機。未來增壓 (Turbo)技術(shù)將更加普及，4缸系統(tǒng)6缸系統(tǒng)將占領(lǐng)更大市場份額，閥門控制技術(shù)如VVT會大量采用。
直噴引擎要求雙核MCU
作為汽車引擎控制的主要MCU供應(yīng)商，英飛凌感受到系統(tǒng)復雜度的提高對于功率驅(qū)動和主控芯片的新要求。 “MCU運算能力將大大提升，現(xiàn)在主流80MIPS提升到150MIPS甚至更高，需要取得強大運算能力和功耗的平衡。”曹洪宇說，“雙核MCU將在汽車電子市場嶄露頭角。”
引擎控制系統(tǒng)的商機在以車用傳感器見長的ADI眼中又是另一番光景。“隨著排放標準加快更新，以及渦輪增壓、缸內(nèi)直噴、高壓共軌等創(chuàng)新的引入，帶動了整個系統(tǒng)的全面升級，包括更強大的ECU、更復雜的控制策略和軟件架構(gòu)、更精確的傳感器測量、更精確的執(zhí)行器控制等，同時也催生了更多的新型傳感器和執(zhí)行器�！� 李防震對車用傳感器的未來躊躇滿志。
雖然英飛凌也有傳感器業(yè)務(wù)，曹洪宇的觀點卻和李防震相左。他認為，隨著MCU和周邊功率器件智能化的日益完善，新型智能傳感器(如數(shù)字接口的傳感器芯片)將慢慢走入歷史舞臺。
他還提到，隨著系統(tǒng)功能逐漸增加，隨之而來的在線故障檢測功能(OBD)也日趨完善，從OBD-I向OBD-II等更高級別的智能檢測功能發(fā)展�！坝捎谝婀δ芴嵘由螼BD復雜性提升，需要更大RAM和Flash空間，90nm甚至65nm技術(shù)也將首先應(yīng)用于汽車動力引擎控制中�！�
可見，電子器件“入侵”汽車是全方位的�！皬膫鞲衅鞯礁咚偬幚�，乃至驅(qū)動執(zhí)行器的功率半導體，各種技術(shù)都十分重要�！盌uncan Bennett特別指出，Ramtron提供的非易失性F-RAM存儲器具有讀寫次數(shù)幾乎無限的耐久性，以及寫入速度快和功耗低等優(yōu)勢。引擎控制設(shè)計人員可以在生產(chǎn)期間利用這種快速寫入特性來創(chuàng)建所需的查找表，從而縮短寫入時間并節(jié)省成本。而F-RAM的耐久性常被用于對錯誤日志、引擎耗損等信息的記錄。
發(fā)動機是一種由許多機構(gòu)和系統(tǒng)組成的復雜機器，控制引擎必須順暢地和各部件溝通，因而也催生了車內(nèi)通信芯片的發(fā)展。曹洪宇指出，“混合了電源的 CAN/LIN收發(fā)器以及多種功能于一身的單芯片方案也將進入研發(fā)階段，使系統(tǒng)構(gòu)架更加簡潔，整體BOM數(shù)量減少，減小PCB板面積從而節(jié)約系統(tǒng)成本�！� 此外，從功率器件來說，智能型多通道驅(qū)動芯片將大行其道。
汽車引擎控制的綠色化趨勢
低效率、污染大的傳統(tǒng)汽車機械系統(tǒng)顯然已經(jīng)跟不上環(huán)保的潮流，汽車與電子技術(shù)已越走越近，電子產(chǎn)品在整車成本中所占的比例也越來越高。動力系統(tǒng)作為汽車中消耗能源的大戶，也因此而被列為節(jié)能降耗的主要對象，而電子化是行之有效的方式。“要滿足日趨嚴格的法規(guī)要求，單純改進發(fā)動機機械結(jié)構(gòu)的方法已經(jīng)不夠，需要使用更先進的電子控制系統(tǒng)。”楊崢嶸一針見血地指出。
在汽車行業(yè)，不斷上漲的油價和日益嚴格的排放標準讓汽車制造商追求更高燃油效率的汽車，也讓制造商發(fā)現(xiàn)半導體在提高燃油經(jīng)濟、減少排放、提高安全和保持最低總成本方面起到非常重要的作用�？禃远刂赋觯骸捌囯娮踊瘜σ婵刂频挠绊懼饕w現(xiàn)在走向綠色化。”
以往，傳統(tǒng)的兩沖程發(fā)動機中的30～40%的燃油沒有燃燒就直接排放到廢氣中；通過電子燃油噴射可以減少大約75%的一氧化碳排放和大約90%的碳氫化物排放，與此同時，燃油使用也可以減少35%。節(jié)能減排的效果可以說是立竿見影。
回顧汽車引擎的歷史，從冒黑煙、燃燒不完全的化油器到降低排放和油耗的電子控制汽油噴射式發(fā)動機，半導體技術(shù)在其中扮演的角色不容忽視。“在最先進的引擎控制單元中，你會發(fā)現(xiàn)差不多任何種類的半導體器件。” Henning Hauenstein列舉出引擎系統(tǒng)中的半導體器件：微控制器、數(shù)字信號處理單元、存儲器、數(shù)字通信器件、傳感器和致動器。
“現(xiàn)代的引擎再不是一個刻板的系統(tǒng)，而是能利用致動器與電機根據(jù)不同駕駛情況汽車及駕駛者當下的需要夠提供廣泛的動態(tài)調(diào)整，進而優(yōu)化內(nèi)燃引擎�！盚enning Hauenstein補充道，斷缸、可變氣門控制以及非常先進的噴嘴零件幫助內(nèi)燃引擎盡量發(fā)揮燃料和內(nèi)燃過程的作用，同時藉著只使用所需的動力而不用引擎持續(xù)以最大動力運行，把氣體排放降到最低。
“豐田門”告訴我們什么？
剛爬上世界頭號汽車供應(yīng)商的豐田汽車公司就爆出“召回門”，其老大位置不保幾乎已成定局。即使豐田社長豐田章男否認汽車電子系統(tǒng)故障，但圍繞豐田汽車電子控制系統(tǒng)缺陷的調(diào)查仍在美國繼續(xù)。豐田抵死不認汽車電子系統(tǒng)出問題的原因除了高額的美國消費者集體訴訟賠償外，還在于要追蹤一個電子系統(tǒng)問題遠比找到一個機械問題更困難�！柏S田門”所暴露出的問題將隨著汽車電子設(shè)備數(shù)量的增加而日漸上升，芯片供應(yīng)商必須警惕汽車電子化對器件性能的挑戰(zhàn)。
提高器件精度成為電子引擎的提升方向之一。李防震認為，提高引擎精度涉及多種器件，包括精確測量氣壓、油壓、溫度、燃油品質(zhì)、廢氣成分等的傳感器、精確控制信號波形調(diào)制、電流/電壓/行程的執(zhí)行器以及更快速的CPU處理能力。
用“既要馬兒跑得快，又要馬兒不吃草”來形容引擎控制兼顧高效率和低排放的嚴苛要求最合適不過了。不僅如此，引擎作為汽車的心臟還必須耐用，可靠性在所有汽車電子部件中排首位，而汽車引擎的工作環(huán)境卻稱得上倒數(shù)第一。
Henning Hauenstein指出，為了提高引擎的精密程度，傳感器和功率管理器件就得貼近引擎。由于應(yīng)用環(huán)境是在汽車引擎罩中，內(nèi)燃引擎會因為運行而變得非常熱，同時也會振動得很厲害，所以和引擎相關(guān)的半導體器件必須非常耐用。
“也因為這個原因，把先進精密的引擎控制零件應(yīng)用在這種環(huán)境，還要它們長期保持精度和可靠，實屬不易�！盚enning Hauenstein感慨地說道。
IR為高功率開關(guān)提供完全無鍵合線的解決方案，避免設(shè)計人員在汽車功率或者溫度周期壓力下出現(xiàn)常見的鍵合線故障，可承受極大的壓力和惡劣的環(huán)境，幫助OEM及系統(tǒng)供應(yīng)商滿足其產(chǎn)品保養(yǎng)和壽命要求。
高質(zhì)量固然是半導體供應(yīng)商進入車廠的敲門磚，但汽車行業(yè)激烈的競爭通過車廠把價格壓力轉(zhuǎn)嫁到半導體供應(yīng)商的身上，低成本也是車用電子器件必備的要素。楊崢嶸指出，“高質(zhì)量，低成本”是汽車行業(yè)的定律，只有工藝更經(jīng)濟、功能和性能更貼近實際需要的產(chǎn)品才能生存下來。
