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汽车电子控制器市场规模与企业配套情况

发布时间:2019-03-22 10:33

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  汽车电子最重要的作用是提高汽车的安全性、舒适性、经济性和娱乐性。用传感器、微处理器、执行器、及其相关元器件和零部件组成了汽车电子控制系统。

  汽车电子控制器的作用是接收来自传感器的信息,进行处理,输出相应的控制指令给到执行器执行,控制器的反应速度、判断准确性至关重要。随着计算机技术和控制理论的不断发展,控制器的功能范围不断扩大。汽车电子控制单元作为汽车电子控制系统的核心部分,是嵌入式系统装置,一般包括硬件和软件两部份。一般汽车电子控制器硬件结构主要包括微处理器(MCU)、存储器、输入& 输出接口(A/D、D/A 转换器)单元。

  根据统计分析,目前乘用车的汽车电子控制单元(ECU)数量在25~100 个左右。

  汽车电子控制系统大体可分为四个部分:发动机电子控制系统,底盘综合控制系统,车身电子安全系统,信息通讯系统。其中发动机控制器包括:

  可使发动机在不同转速,进气量等因素下,在最佳点火提前角工况下工作,使发动机输出最大的功率和转矩,而将油耗和排放降低到最低限度。

  根据各传感器输送来的信号,能有效控制混合气空燃比,使发动机在各种工况下空燃比达到较佳值,从而实现提高功率,降低油耗,减少排气污染等功效。

  将一部分排气中的废气引入进气侧的新鲜混合气中再次燃烧,以抑制发动机有害气体氮氧化合物的生成。

  根据发动机冷却液温度及其它有关参数,如空调开关信号,动力转向开关信号等,使发动机的怠速处于最佳状态。

  除以上控制装置外,发动机部分的控制内容还有:发动机输出,冷却风扇,发动机排量,气门正时,二次空气喷射,发动机增压,油气蒸发控制及系统自诊断等。

  作为全球最大的汽车市场,我国汽车电子控制器市场近几年增长迅速,到2016年行业市场规模已经超过6000亿元,预计到2020年市场规模有望超过万亿元。

  国内汽车电子控制器行业起步较晚,正处于成长阶段,行业集中度较低。国内汽车电子控制器行业制造商主要分布在珠三角、长三角等地区,其中珠三角为汽车电子控制器行业最重要的生产、出口区域,占比约有50%。

  微处理器包括MCU、MPU、DSP和逻辑IC等。其中市场知名的为微处理器厂家主要有恩智浦、TI、英飞凌、瑞萨、ADI等公司,电子控制单元(ECU)领先企业是跨国汽车电子零部件巨头,如博世、电装、大陆公司等。

  汽车用微处理器经常要进行大量的I/O操作,要实现高精度和实时控制,能够同时进行多种独立的控制操作。为此,微处理器必须具有高速计算、高速实时输入和输出、高速A/D和D/A转换、多中断响应等持续性。因此汽车用微处理器一直在根据汽车的要求不断更新换代,以发动机管理控制单元用微处理器(MCU)为例说明,从欧3到欧6,随着汽车油耗要求的不断提高,为达到要求,微处理器也从早期的16位CPU到32位CPU,处理速度(MIPS指标)不断加快,所用的存储器容量也不断提高。汽车自动驾驶的发展使得汽车微处理器处理的数据量成几何级增长,需要汽车微处理器有高性能计算能力,特别是汽车识别行人物体的计算机视觉和深度学习功能要求芯片具有强大的实时计算处理能力。

  由于汽车智能化的迅猛发展趋势,可以预计汽车的微处理器市场广阔,据市场调研机构IHS公司预测,2021年全球汽车微处理器市场可达到约14亿美元的规模。

  随着汽车智能化的不断提高,软件系统越来越复杂,整个汽车软件代码行数在1000万以上,软件价值占比不断上升,开发成本占汽车电子系统总成本的一半以上,重要性凸显。

  汽车软件系统包括系统软件和应用软件两大部分。系统软件包括操作系统和一系列实用程序,一般由处理器芯片厂家提供。应用软件包括:数据采集与过程监控模块、88必发娱乐数据处理模块、控制算法模块、执行机构控制模块、故障自诊断模块。

  控制理论的不断突破,为汽车电子控制系统的发展提供了有力的理论支撑,从早期的经典控制理论到现代控制理论再到智能控制理论,与之相对应,汽车电子控制系统采用的控制技术由PID控制到鲁棒控制再到神经网络控制(CNN),控制功能越来越多。

  由于汽车结构的复杂,各个系统相互耦合,一般来说,系统层的控制采取智能控制、模糊控制算法,执行层的控制采取建立精准数学模型、精确控制的算法。

  (1)汽车电子架构发展趋势:目前所有领先车企和零部件企业都在开发线控技术产品。TRW公司开发的线控系统使得燃油经济性提高5%,德尔福、博世、法雷奥也纷纷开发了线控技术产品。

  汽车电子控制系统越来越复杂,系统存在较大的故障潜在隐患。未来基于高性能总线技术的分布式计算架构将改善这种情形。

  (2)半导体工业的驱动:ITRS 2012发布全球集成电路发展路线图,未来集成电路将沿着“延续摩尔定律”(Moore)、“超越摩尔定律”(More than Moore)和“超越CMOS”(Beyond Moore)方向发展。“延续摩尔定律”通过不断缩小尺寸升级产品,如SoC;“超越摩尔定律”通过系统级封装(SiP)等实现功能的集成。

  从产业链来看,汽车电子控制器上游零部件包括芯片、传感器、无源器件、电路板;中游为智能控制器设计制造;下游是汽车电子终端产品。上游的芯片直接反映了技术应用和产品性能,而这正是国内外汽车电子控制器差距所在。针对不同控制系统关键芯片的发展现状:

  对于汽车MCU、ADAS处理器等技术薄弱领域,目前许多半导体公司正在进行的国际并购整合、企业合作、购买/授权知识产权等方式强化芯片技术,拓展汽车应用市场。

  在汽车传感器、电源管理芯片、功率器件等已经实现散点突破的领域,要尽快构建虚拟IDM模式,提升汽车芯片制造能力和可靠安全性能。

  三是对于通讯导航芯片等目前国内发展较好的领域,要加强汽车芯片企业与整车和零部件企业的联动,实施汽车芯片国产化替代。

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