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半导体产品如何推动“绿色驾驶”

导读: 大众环保意识的日益增强、二氧化碳排放的监管更加严格、政府补贴和石油价格波动,所有这一切都增加了人们对节油汽车的需求。电动汽车蓄势待发,日产、戴姆勒和三菱等汽车巨头今年推出了首批“零排放”电动汽车,丰田普瑞斯和本田Insight等混合动力汽车正日益普及。

  无论您驾驶的是电动汽车、混合动力汽车还是传统的内燃发动机汽车,在创新思想和产品的帮助下,汽车的电气化水平正在不断提高,从而为汽车行业提高能源利用率带来了全新机遇。

  大众环保意识的日益增强、二氧化碳排放的监管更加严格、政府补贴和石油价格波动,所有这一切都增加了人们对节油汽车的需求。电动汽车蓄势待发,日产、戴姆勒和三菱等汽车巨头今年推出了首批“零排放”电动汽车,丰田普瑞斯和本田Insight等混合动力汽车正日益普及。

  与此同时,所有汽车制造商仍然承受着如何提高传统内燃发动机汽车燃油效率的巨大压力,因为这类汽车仍然占据当今全球新车销量百分之九十以上的份额。欧盟已经确立了2015年以前实现130g / km的碳减排目标,并出台了一整套严厉的处罚措施,包括对超标排放课以最高每克95欧元的罚款。美国奥巴马政府为汽车制造商制定了企业平均燃油经济性标准(CAFE标准)的最后期限,即2016年实现34.1 mpg(英里/加仑)的CAFE标准。中国政府已经研究争取2015年实现42.2 mpg的燃油效率目标。

  恩智浦半导体拥有系列广泛的汽车半导体产品,不仅支持汽车厂商设计生产节油减排的汽车,而且支持传统汽车、微型及轻度混合动力车以及电动车方面的节能创新。恩智浦始终将汽车视为一个完整的系统——例如,要考虑动力系统如何与底盘、车身电子和信息娱乐系统配合工作和传递信息,同时帮助汽车企业采用电子产品取代笨重的机械和液压部件,从而提升整个系统的工作效率。

  以下是恩智浦帮助OEM厂商提高燃油效率的五个例子,包括电动助力转向(EPS),启停系统,双离合器变速器,车身电子和远程信息处理。

  启停系统

  汽车启停系统(或称停车起步系统)在每次车辆完全停下(如遇到红灯或者交通拥堵)时会关闭发动机。当车辆恢复行驶时,则立即重新启动发动机。根据实现方式的不同,汽车启停系统可以通过驾驶员松开刹车踏板、触碰加速踏板或者换挡等动作或多个动作组合来触发。

  启停系统在停停走走的城市交通中特别有效。Supplier Business估计启停系统能够降低油耗和碳排放达4-10%。启停系统已经应用在Micro-hybrid(微型混合动力)汽车和一些汽油及柴油发动机汽车上。在Mild Hybrid(轻型混合动力)汽车中,启停系统通过“有源升压”——即在加速时由电动机向发动机提供额外扭矩来增加起动机/发电机的动力,在汽车减速时则提供高效的能源再生。目前已引入启停系统的汽车厂商包括大众、雪铁龙、宝马、丰田、菲亚特、马恒达、塔塔汽车、吉利(仅举几例)。

  对于启停系统,关键问题是不同的动力部件之间的信息传递和协调。例如,当ABS速度传感器检测到车辆停止时且未挂挡,发动机控制单元就会关闭发动机。或者,当踩下离合器踏板并挂档时,起动机被激活,发动机控制单元则会重新启动发动机。

  为实现快速可靠的车内通信,恩智浦研发了可用于CAN和FlexRay网络的高性能收发信机,以及可满足发动机、ABS和变速箱控制单元特殊要求的功率MOSFET。事实上,恩智浦在当今市场上提供品种广泛的CAN和FlexRay收发信机产品系列。此外,恩智浦还提供能够检测踏板位置及ABS速度的MOSFET和传感器。不仅如此,恩智浦还因生产市场领先的汽车安全防盗芯片而远近闻名。这些安全系统可以确保汽车只有在车钥匙处于正确位置时启动,无论此时钥匙是在锁孔中还是在驾驶者口袋中(“无匙启动”功能)。

  此外,恩智浦还可以让汽车在启停系统工作时继续播放音乐。恩智浦音的频放大器在发动机启动或者重新启动时可以保持性能不受影响,即使在电源下降到6伏时也可以享受无缝的车载娱乐体验,。

  实现启停系统的一种好方法是使用一体式起动发电机(ISA),它将发电机和起动机集成到一个可逆单元中,单元中安装一个功能强大的电子逆变器,可以实现两个功能的快速切换。这种集成既减轻了车重,提高了效率,还使车辆在减速时获得能量,令ISA在城市交通中大显身手。

  ISA逆变器采用三相或多相技术,只需要阻值很小的电阻开关即可处理非常大的电流,从而降低了能耗。典型的要求包括导通电阻为0.5 mΩ左右而电流处理能力却超过200A。恩智浦提供定制的汽车功率MOSFET,采用已知合格芯片紧凑型热增强无损耗封装,令启停系统的运作更加稳定有效。

  电子助力转向系统(EPS)

  电子助力转向系统根据需要提供转向助力。该系统使用电动机,比传统的液压助力转向系统消耗燃料更少,原因是不再需要皮带驱动的液压泵,液压泵需要始终运行,甚至在发动机处于怠速、不需要提供转向助力时仍在运行。EPS系统由本田和宝马首先使用,如今大多数汽车制造商正在以不同的程度将其应用于下一代车辆中。

  配备EPS的汽车能够降低油耗和碳排放约10 g/km[1]。此外,由于EPS系统不再需要转向阀和液压泵、储油器以及耐压胶管,因而节省了车辆空间和重量;同时由于减少了系统部件,所以节省了组装和安装时间。

  恩智浦研发的磁阻角度传感器可以对转向位置和扭矩进行准确、可靠的测量,恩智浦的功率MOSFET具有极低的导通电阻RDS(on),有助于扩大电动汽车使用EPS的范围。此外,恩智浦的FlexRay收发信机可将不同电控单元连接起来,让EPS系统可以快速、实时、不受故障影响地工作,确保能够根据不同车速施加相匹配的转向力。

  转向系统的下一步发展是线控转向,即采用电子设备代替驱动控制和转向机构之间的机械连接,这将进一步降低车重、体积、功耗,甚至因为不再需要转向柱可以进一步提高驾驶者的安全系数。恩智浦致力于为业界提供耐用的高质量产品和一流的技术专长,帮助汽车制造商设计快速的车载网络,支持汽车行业向线控转向的方向发展。

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