在日前举行的日本和北美顶尖的汽车电子峰会上,业内专家探讨了未来汽车电子产业的发展趋势,即环保化,电子化、安全化、多功能及人性化。本文主要地介绍国内外汽车电子技术在环保、安全、导航等方面当前最新发展状况。

一、环保

1、1电动汽车

目前电动汽车主要有纯电动、混合动力和燃料电池三个研发方向。纯电动汽车从上世纪70年代开始研究发展,但电池寿命还是最致命的弱点。混合动力汽车在牺牲了部分环保利益的基础上,可以基本满足人们对汽车的要求,但两套系统(电池电机/内燃机)同时安装于本来只装一套系统的汽车上,加大了汽车本身的重量,同时也增加了整体工艺、控制等方面的要求。

在日本,日本国际贸易与工业厅(MIZI)在东京发起锂电池贮能及技术联合会(LIBES),发展电动车用二次电池。日本电动车协会于1991年10月制定了2000年电动汽车普及计划,因而也大大推动了电动车用电池的发展。由于美国加州ZEV法案及世界各国对环保的要求,日本的几大主要汽车制造商开发研制电动汽车的积极性都比较高。如丰田汽车公司开发的RAV4LV电动汽车使用镍氢电池,一次充电行驶距离为215公里,最高时速可达125公里。该车在中国汕头电动汽车示范运行区的运行试验中取得了较好的效果。

目前,混合动力电动汽车已商业化,燃料电池电动汽车产业化研制将很快完成,成为电动车的主导。ABI预测2011年燃料电池电动汽车产量将达240万辆。丰田公司宣布,到2005年,在全球范围内将年产30万辆混合动力电动汽车。 美国通用汽车公司的目标是在2010年生产100万辆电动汽车。

1、2国内状况

近年来,中国在电动汽车整车设计、驱动系统、电池管理系统,尤其是锂离子电池、燃料电池等高性能动力电池的研制方面取得重大进展,在某些方面已处于世界领先水平。 据天津清源电动车辆有限公司副总工程师周荣介绍,在过去的十多年里,电动汽车的关键技术取得了许多的突破,我国电动汽车研发水平几乎与发达国家站在同一起跑线上,最大差距不超过5年。因此,电动汽车成为我国赶超世界先进水平的一个突破口。在车型开发方面,北方车辆厂和北京理工大学在尼奥普兰的底盘上开发大客车;一汽和东风在各自原有的底盘上开发混合动力公共汽车和大型客车;上汽奇瑞和上海交大、天津汽车和中国汽车工业研究所负责纯电动轿车开发;东风电动汽车公司负责开发混合动力轿车;燃料电池客车由清华和北京客车总厂合作研究;燃料电池轿车则由上汽集团、同济大学及信息产业部电机研究所等单位共同承担。

天津清源电动车辆有限公司承担着国家863计划重点项目"XL-2纯电动轿车"的研发工作。在第一轮的开发基础上,该公司对天津一汽的三个车型进行了两种配置的系统集中模块化设计,降低了整车重量,大幅提高了节能度和安全可靠性。目前他们开发的XL纯电动汽车各项技术指标达到了国际先进水平,全车总重1.6吨,最高时速达到140公里,持续行驶里程超过250公里,最大爬坡层不小于20%,时速从零到50公里只需6.8秒,被认为是国内水平最高又最接近产业化的电动车型。比亚迪汽车研发中心(上海)主要承担电动汽车和新款轿车的研发任务,目前已解决了电动汽车的一些关键性技术难题,特别是电池大容量存储电能的技术瓶颈取得了一定突破性,电动汽车已进入生产制造阶段。

汽车方面的一些专家认为,中国发展电动汽车的确有很多优势。

目前我国燃料电池发动机发展趋势很好,已从过去单电堆研究发展到带有支持系统和控制系统的燃料电池发动机系统研发能力。

在电动汽车的四轮驱动方面也取得了一些进展。上海燃料电池汽车动力系统公司和同济大学新能源汽车工程中心试制成功了一辆四轮驱动微型汽车功能模型车。该车型将电机驱动、制动、测速、悬架集成于四个相同的独立模块,采用国产燃料电池发动机、轮毂电机和锂离子电池,并自行开发了整车控制策略及其相应的软、硬件,实现了转速闭环控制和电子差速,形成以锂离子电池、燃料电池为动力的电-电混合驱动形式。在此基础上,该公司还将自行开发集驱动、制动、测速、转向为一体的电动轮驱动模块、独立悬架和整车中央控制块,并形成不同成本价格、可配置成电池驱动、电池-发动机和电池-燃料电池混合驱动的微型电动汽车。

我国在车用电池的攻关上也取得了群体性突破。中国雷天绿色电动源有限公司成功地研究开发出大功率、低成本的锂离子动力电池,顺利通过了国家电池权威检测机构的检测,填补了国内空白。

深圳中星汽车制造公司研制的超级纳米碳纤素电池容量是一般铅酸电池的十一倍,展示出明显的商业化前景。 此外,东风汽车公司与中科院大连化物所联合开发的质子交换膜燃料电池、清华大学等单位开发的新型电池材料等都取得了重大突破。

二、安全

安全性是汽车消费者最关心的问题了。对于汽车安全性的关注不仅仅是为了司机和乘客,还有道路上的其他人。 大部分用户认为最需要考虑的问题是汽车的安全性,它比汽车性能、车载娱乐和燃油效率都更重要,安全气囊和ABS更有望成为标准配置。安全设备已经从物理领域转向电子领域,从轮胎和刹车技术的进步,到侧撞保护和安全气囊,直到今天的辅助驾驶系统。最新的汽车采用了大量的电子技术和传感器,不断监测和评估周围的环境、为司机显示相关信息,并且在某些情况下,甚至接管车辆的控制。在提高汽车安全性、舒适性和驾驶效率方面,这些电子系统起着重要的作用。未来相关的安全技术和市场也将得到极大的拓展。据Strategy Analytics公司的市场研究报告指出,汽车安全系统是汽车电子领域增长最强劲的需求之一,年平均增幅达到25%以上。

国际汽车安全系统市场正呈现主动和被动安全系统分别发展并走向融合的趋势,但产品核心技术还是掌握在国际大的企业手中,比如ABS、EBD、ESP、压力传感器,芯片发射等。

2、1被动安全–安全气囊等

Renesas(瑞萨)对中档轿车的研究揭示:国外1996年就将安全气囊作为标准配置,从2002年起国际上已经将两个乘客测知座椅、预紧式安全带和传感器系统与安全气囊一起作为标准配置,预计到2006年预紧式安全带和传感器系统将增加到4个,传感器系统更是大幅度增加以提高冲撞检测能力并提高乘车的稳定性,从而有可能构成统一的安全气囊网络。

2011年,安全气囊厂商将可望从北美洲获得11.7亿美元的营收,主要是美国国家高速公路安全局(National Highway Transportation Safety Administration)规定,2009年起所有在美国销售的汽车需通过侧面撞击的测试,因而带动起安全汽囊的需求。欧洲将贡献10亿,亚洲仅7.63亿。

安全气囊零组件的生产一直都是掌握在国外厂商手中而且有大者恒大的现象,前三大厂商几乎囊括所有订单,分别是第一大厂瑞典的Autoliv、第二大厂美国的TRW及第三大厂日本的Takata。中国在ABS和安全气囊的研究才刚刚起步 。不过中国公司仍有机会受惠于这一波安全气囊的强劲需求。此外,智能型安全气囊内不可或缺的MCU和传感器也可为中国IC厂商开启另一扇门。

2、2主动安全—ABS/ESP等

汽车制造商们在被动安全性(比如说保护气囊和安全带)和主动安全性(如 ABS、变线辅助系统)上的改进成效卓著,而目前的关注重点已经集中于整体安全性方面。车辆将逐渐装配全套的驾驶辅助系统,预报和尽可能防止可能发生的事故,并通过装配在汽车上与道路交通系统相联的沟通设备在事故发生时激活紧急救援系统。

安全剎车技术在近几年取得的最主要进展是在电子控制领域,从最初的ABS(剎车防抱死系统)到后来的EBA(紧急刹车辅助系统),线控刹车技术(Brake by Wire)处于早期发展阶段。不过线控刹车技术有望实现更富效率和安全的刹车,无需体积庞大的液压技术,能大大减少尺寸和维护成本。是未来的发展方向。

另外剎车防抱死系统 (ABS) 已经成为了欧洲车辆标准配置,而在中国,该系统在新型车辆中的安装率也已上升到70%。他们的下一个目标是普及电子稳定系统 (ESP),从而防止车辆在转弯时失控。该系统在欧洲的使用率为35%,在美国是11%,在中国则相对较低。当然,这种状况将得到改善,因为电子稳定系统已经证明它的强大作用,它的安装使客乘车的交通事故率降低了20%-50%,大型车辆如四轮驱动SUV的事故率则下降了67%之多。

 
2、3TPMS系统
 
美国高速道路交通安全局(NHTSA)日前已提出相关标准,要求2007年9月1日以后生产的全部车辆均将配备轮胎气压监测系统(TPMS)。这是继安全带、安全气囊之后汽车安全的第三个立法产品。目前,国外新产车型大多都装配了TPMS,这些车型有:奔驰、奥迪、宝马、法拉利、保时捷、大众的Pheaton、Touareg,英国阿斯顿· 马汀的Vanquish,林肯大陆等。国内只有个别车型如通用的别克安装了TPMS。

国外主要生产商有Smar Tire公司,固特异轮胎橡胶公司,米其林集团公司,诺基亚轮胎公司,日本横滨公司等。日本ALPS(阿尔卑斯)电气日前成功地开发出了不需电池的直接方式轮胎气压监控系统(TMPS),并宣布2005年开始量产。住友橡胶工业日前宣布开始向德国博世公司提供轮胎气压降低报警装置软件。该软件使用ABS和ESC等车轮信息进行运算,通过轮胎外周长的变化来发现气压的降低,属于间接式。与使用压力传感器直接检测气压的直接式相比,具有耐用性强、成本低的优点。 固特异轮胎橡胶公司与西门子公司联合展示了一个新型轮胎用压力监测系统。该系统还包括补偿温度、压力以及轮胎负载、速度等因素的相关软件。 飞利浦电子集团推出了可直接测量车辆轮胎气压并识别轮胎的新型半导体解决方案。

最近一年来国内汽车电子中TPMS可谓炒得拂拂扬扬,市场一片大乱,目前为止上TPMS项目的企业和厂家近200多家,不过基本上是靠引进国外公司轮胎压力监测系统开发平台及生产线,毫无自主知识产权可言。目前国内常见的方案主要是由主要是由motorola、infineon、GE提供的。

三、导航与通讯

GPS走入消费性市场,市场正在快速扩大,众多厂家积极跨入汽车导航市场。全球导航系统的年需求将由2002年的430万套增加到2010年的1,220万套。GPS接收机的需求将从2004年的940万台,增加到2010年的3,000万台。全球汽车市场的增长主要来自中国,中国导航系统市场的快速发展对全球市场有举足轻重的影响。

3、1未来我国卫星导航产业发展的趋势:

在导航产品方面,将由过去单一的导航定位功能设备向能够提供其他功能(授时、信息)或融合进其他设备(个人电子产品)的方向发展;在运营服务方面,将由单一的导航定位服务向联合不同的内容提供商(如数字地理信息提供商等)共同开展综合服务的方向发展。

在新兴的全球卫星定位系统市场上,华强信息、赛格导航等企业都有较强的竞争优势。目前赛格车辆信息服务运营网络,直接服务的珠三角地区车辆就超过4万辆,车载产品已远销台湾、香港和澳大利亚等地区和国家。不久前,熊猫"车辆自动导航与通信报警系统"项目通过了初步设计方案评审。

从GPS整个应用而言,我国所有的GPS芯片和OEM接收板几乎都是靠进口。在GPS车辆跟踪方面,所使用的GPS核心定位产品主要来源为美国、日本、韩国和台湾等地,基本都是在这些核心产品上进行二次开发,生产车载终端、自导航和手持定位仪等产品。

 
虽然目前GPS关键性零组件如GPS芯片组的供应仍掌握在几家国外厂商手中(美国GARMIN,JAVAD,日本的ICOM,加拿大的CSI公司、美国PCC公司),国内厂家的机会不大,但由GPS衍生出来的相关产品与服务提供仍然能够带来十分可观的收益,是一个非常值得投入资金和人力的新领域。例如,生产移动电话的厂商可将GPS功能纳入未来产品设计之中,而开发其它电子产品的厂商也可考虑将GPS与现有产品相结合,使得产品更符合功能多元化的趋势。GPS提供的地理方位是以经度与纬度表示的,必须有电子地图的配合才能发挥功效,这对于我国电子地图的开发商而言也意味着无限商机。

3、2 Telematics

Telematics市场总值将从2001年的41亿美元,以27%的年复合增长率(CAGR)增长至2010的350亿美元。以如此高的市场增长率,显示Telematics产业已是未来十年内数种明星产业之一。

全球Telematics市场主要分布在北美地区、欧洲地区与亚太地区。北美地区包括加拿大与美国;欧洲地区主要包括英国、法国、德国与意大利;亚太地区主要为日及澳洲。北美为全球Telematics市场领导地区,其市场总值在2005年之前甚至大于全球其它地区之总和。在2001年时,北美地区之市场总值已接近40亿美元,而欧洲仅1亿6千万美元、亚太地区更只有8千万美元,显示北美市场起步甚早,并远远领先其它地区。但欧洲与亚太地区之增长也不容忽视,相比于北美地区19%之CAGR,欧洲与亚太地区从2001年开始以高达约50%之CAGR高度增长,至2010年仍可维持30%的年增长率。数据显示北美市场庞大,且具备基本的市场成熟度,而欧洲与亚太地区则具有高度增长力。

移动目标监控、调度及信息服务也是未来智能交通系统(ITS)的重要组成部分之一。通过车载终端的定位及通信系统收集车辆信息、提供道路交通诱导信息、车辆辅助导航等,将是移动目标监控与服务系统在未来ITS系统中应用的主要模式。从Telematics系统到ITS,标志着移动目标监控与服务系统在汽车应用市场具有巨大的发展前景。目前,北大青鸟率先在国内提出了"天目Telematics"系统的概念,并在2001世界大学生运动会上提供服务,这说明国内业界在这方面的开发已经起步。随着技术的成熟以及用户市场意识的觉醒,Telematics及ITS将成为未来移动目标监控与服务的重要发展方向之一。

3、4 全球Telematics各区域市场趋势

OnStar与Wingcast是目前汽车移动电子商务发展较为迅速的两家公司,前者是通用汽车公司于90年代中期开始导入的汽车服务系统,后者则是福特与美国通讯大厂Qualcomm合资成立的汽车移动资讯服务公司。以这两家公司的服务为例,道路救援、路况导航、与移动语音通讯仍是目前主要的汽车移动服务内容,随着移动通讯系统的传输能力提升与电子商务交易、安全机制的成熟,将会出现更多的移动商务类型,如无线上网、线上交易、移动定位服务等。

除了通用与福特两家汽车大厂外,许多汽车厂商、软硬件业者以及内容服务业者也开始投入汽车移动服务市场,目前几乎大部分的知名厂牌,如Mercedes-Benz、BMW、Toyota等都已宣布投入汽车移动服务设备的开发,另外,许多内容提供与整合业者也在此项服务前景的吸引下开始提供相关应用,例如:欧洲的Tegaron、美国的ATX、InfoMove等皆与开发Telematics的车厂进行合作。

四、未来发展趋势和热点

今后10年国际电子行业将集中发展汽车用发动机管理系统、底盘电子控制系统、数字显示、通信导航系统、防撞防盗系统和娱乐装置等。也有不少专家认为汽车多媒体将是未来的主要发展潮流,所谓汽车多媒体是指以多媒体技术、移动通信技术为基础,同时综合应用GPS卫星定位技术、人工智能技术、数据库技术、嵌入式仿真等多项技术制成的汽车。

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