車用電子控制模塊以微控制器為核心,包括各種電源電路、通信電路、輸入處理電路和輸出功率電路幾個重要的組成部分。
圖1汽車技術的演變
隨著車用電子模塊越來越多,傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量越來越大,汽車總線速率在不停地發(fā)展,電子模塊開始轉向多系統(tǒng)集中的方向發(fā)展。傳統(tǒng)而言的汽車電子模塊,如下圖所示是一個核心的控制模塊,內部富含高門檻的控制算法,單獨供給車企,是整車里面價值比較高的那部分。
圖2汽車電子模塊內的要素
在汽車電子領域,汽車廠家面臨很多的問題,如中國這樣快速變化的市場需求,用戶對于車輛的功能的要求變化很快,而且市場激烈競爭的程度,也對原有產(chǎn)品生命周期提出了很大的考驗,原有的規(guī)劃、設計、工程需要跟上快速換代的節(jié)奏;汽車廠家想要跟上整個節(jié)奏需要以模塊化來達到戰(zhàn)略目的。汽車模塊化的目標是:縮短產(chǎn)品開發(fā)時間,快速推向市場;通過減少模塊數(shù)量來降低產(chǎn)品質量風險,從某種程度上來說,用更少的產(chǎn)品開發(fā)團隊集中精力做核心均一化的部件,來供給不同的車型。所以一個很有趣的事情,是整車企業(yè)越來越注重MEMS技術,把感知的部分獨立實現(xiàn)總成的智能化,實現(xiàn)對于原來系統(tǒng)的改造。
傳統(tǒng)的汽車內的傳感器主要作用是將物理量轉換為可識別的電信號,一般是為控制器收集所需對象的信息和狀態(tài)。而在汽車電子控制系統(tǒng)的快速增長的市場需求下,汽車傳感器技術不斷發(fā)展。隨著MEMS技術的發(fā)展(MEMSMicro Electromechanical System是微型電子機械系統(tǒng)),汽車傳感器本身就朝著智能化、微型化、集成化、多功能化方向發(fā)展,通過整合傳感器、執(zhí)行器、機械機構、信號處理和控制電路等集成于一體的MEMS,簡化了傳統(tǒng)汽車電子系統(tǒng),真正實現(xiàn)了體積小、功耗降低和重量減少,這一分支也成為汽車電子重要的發(fā)展方向。
圖3汽車電子的MEMS技術和傳感器
正是MEMS的重要性,使得部分Tier1如Bosch、Denso和Panasonic直接下場參與芯片層面的開發(fā)。
圖4汽車MEMS和傳感器供應商一覽
在應用領域里面,如下圖所示主要包括壓力傳感器、雷達、激光雷達和化學傳感器等等。
圖5汽車MEMS和傳感器市場總覽
MEMS很大一部分是用在底盤安全系統(tǒng)里面,如下所示慣性測量單元(IMU)被集成化分類:主要分為獨立IMU單元/儀表、安全氣囊控制器和ESC控制器還有底盤控制器集成。其中最多的兩項是被動安全控制器和ESC的ECU。村田是業(yè)內第一家將MEMS傳感器應用于汽車主動安全上的公司,其MEMS傳感器以微機單晶硅為主要構成。依靠其極高的靈敏安全性能,在ECU設計的要求中取得了一席之地。
今后村田也會考慮研發(fā)新型汽車級三軸加速度傳感器,并在各性能方面如零偏穩(wěn)定性、噪聲、線性度、耐振動性耐沖擊性等都給ECU對外界的感知能力大幅提高,在嚴酷的環(huán)境下也能實現(xiàn)高性能、高可靠性。
這些MEMS器件在汽車主動安全的ECU設計上有著很好的應用。如寶馬,奔馳,豐田等,都在這顆小東西上投入了不少的精力。
對于MEMS來說,應用于汽車ABS和ESC系統(tǒng)中的加速度傳感器和陀螺儀,也可以應用在其他工業(yè)中,比如在鉆探方面,使用加速度傳感器可以保證鉆頭采礦時走直線,并且需要器件能夠應對高溫和抗沖擊;在輪船上,檢測船體隨著風浪的傾角來補償系統(tǒng)。甚至MEMS氣壓傳感器精度很高,可以應用于室內導航。 MEMS傳感器的跨界應用和多樣性使用,還有很多有趣的例子。
小結: MEMS傳感器,在當今汽車信息化和汽車電子發(fā)展中已經(jīng)開始扮演起越來越重要的角色,我們可以從快速變化的器件中,找到我們的機會。
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原文標題:汽車和汽車電子系統(tǒng)的發(fā)展-MEMS
文章出處:【微信號:QCDZSJ,微信公眾號:汽車電子設計】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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