“連接、自主、電動“。它越來越成為汽車行業採用的座右銘，因為它越來越難以應對電動汽車/混合動力汽車和自動駕駛汽車。 因此，知識比以往任何時候都更加強大。
儘管公眾很少忽視它，但2017年標誌著也許是日常交通中最大的轉變的開始，因為大型汽車製造始於1901年。那時奧迪推出了自稱是A8的A8第一輛能夠進行SAE 3級自主操作的車輛。為什麼這是重要的？在3級操作過程中，駕駛員可以將他們的視線從道路上移開並讓車輛自行駕駛。
A8只能在嚴格限制駕駛條件下進入3級操作，並且由內燃機驅動。儘管如此，這代表著完全自動化的全電動汽車的路線圖邁出的一大步，該汽車在沒有人力幫助的情況下運行，並且每個機械和液壓功能已經被其電氣等價物取代。
1. 不要嚇跑馬。 第一輛無馬車是馬力運輸的開端。 試圖順利過渡包括1904年將假馬連接到前輪的專利。
朝向車輛電氣化的運動始於無馬車的早期（圖1）。 最早的車輛使用煤油燈進行照明，並使用明火點燃燃料混合物，但這並沒有持續太久。 亮點之一：
- 機電分配器和真空提前到電子點火正時timing
- 化油器用於電子燃油噴射器和閉環發動機控制
- 油燈到白熾燈和後來的LED燈
- 液壓控制傳動到電子傳動
消費者需求繼續增加，以便於電動座椅，後視鏡，巡航控制，LED照明，防抱死制動（ABS）和電子穩定控制（ESC）等便利和安全功能。但汽車電子內容的下一階段預計將圍繞三個詞彙來展開：連接，自主和電動。
互聯汽車：把世界帶入汽車
通用汽車的OnStar於1996年推出，是首次在車輛與外部世界之間提供數據和語音連接的服務之一。最近，寬帶無線技術使車輛與廣泛的外部服務保持聯繫：GPS，流式音頻和視頻，天氣，交通信息等。這些與傳統無線電在信息娛樂標題下分組，其中還包括視聽先進的駕駛輔助系統（ADAS）的組件，在下面更詳細地討論。
在“數字駕駛艙”中，隨著應用處理器提供模擬儀器的圖形表示，離散量規消失。其他功能還包括用於導航的活動地圖和平視顯示器（HUD），以在視線顯示重要信息，以便駕駛員可以專注於前方道路。
各種電子技術聚集在一起，以幫助車輛添加信息娛樂功能。圖2中的參考設計包含多個TI部件：DRA718“Jacinto”應用處理器;高清觸摸屏;高速有線和無線通信;以及諸如Wi-Fi，數字音頻廣播（DAB）接口和D類音頻放大器等熟悉的模塊。
2. DR71x信息娛樂應用處理器構成了可支持多種視頻和圖形格式的低成本參考設計的基礎。
在不久的將來，我們希望通過車輛到車輛（V2V）和車輛到基礎設施（V2I）模塊實時進行車輛間的實時通信和環境通信。 V2V功能可以減少事故，例如通過交換速度信息和制動狀態，或警告主要道路上的車輛即將從旁路進入其他車輛。 V2V還將允許車輛排隊，其中多個緊密間隔的車輛以高速車隊一起行進，這是一種節省大量燃料的技術。 V2I將啟用諸如事故或交通擁堵警報等功能，其中包括信號同步以加速交通流量。
混合動力汽車和電動汽車鞭策高壓電力電子開發
越來越嚴格的排放和燃油經濟性法規繼續在全球範圍內實施，推動了混合動力和全電動汽車的採用。對全球預警的關注刺激了減少或消除內燃機（ICE）的努力。事實上，中國，美國，和一些歐洲國家正在努力在未來幾十年內禁止這種車輛。
3.混合動力電動汽車取代越來越多的機械和液壓功能及其電氣等同物，最終成為全電動汽車。
自1997年第一輛豐田普銳斯下線以來，混合動力汽車和電動汽車獲得了巨大的宣傳（和市場份額）。混合動力汽車和特別是電動汽車取代了許多帶有電子部件的機械部件，並構成了新電子內容的主要增長市場。我們可以將HEV / EV技術分為六個階段（圖3）。
對於電子組件，混合動力汽車和電動汽車主要側重於交流和直流電之間的節能能量轉換（圖4）。所有類型的拓撲都包含在內：
- DC-DC轉換器為低電壓電子設備供電。
- DC-AC轉換器驅動電動機，包括動力傳動系統。
- AC-DC轉換器為標準住宅網點和大功率充電站的車輛充電。
4. HEV / EV需要多種類型的高壓轉換器，包括單向和雙向DC-DC拓撲。
儘管HEV / EV具有為許多系統提供48 V和12 V電壓的中間直流總線，但基本系統電壓來自鋰離子（Li-ion）電池組，該電池組可堆疊多個鋰離子電池以產生400多個V，所以HEV / EV需要使用專門的高壓組件和技術。
安全是高壓設計中的重中之重。當然，防止人體暴露於危險的電壓和電流是非常重要的，但其他電路必須受到保護，以防止與HV相關的危害，如過電壓，過電流，電源尖峰或電磁噪聲。
確保系統安全涉及設計過程的每個方面：材料選擇，工藝開發，電路設計，封裝和認證。專用設備，如TMS570 Hercules系列微控制器（MCU）專為電氣系統的安全控制而設計：它們包括雙鎖步CPU，自檢和錯誤糾正等功能。另一款MCU系列C2000針對高速實時電機控制進行了優化。
設計用於主牽引電機的DC-AC逆變器在特斯拉S型等高性能電動汽車中尤其具有挑戰性，因為它必須切換大於300 kW的功率水平。絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）和硅MOSFET已用於功率開關，但氮化鎵（GaN）晶體管理論上能夠在兆赫茲頻率下開關1 kV或更高，所以它們正在成為首選解決方案。
電池組本身是什麼？雖然鋰離子電池是混合動力汽車和電動汽車電池的首選化學品，但鋰離子電池具有相對較小的安全操作區域（SOA）。過度充電和其他條件可能會導致不良後果，從電池壽命縮短到災難性火災，因此電動車電池組需要精確的電池管理系統（BMS）。典型的BMS測量電池電壓，電池電流和溫度，以平衡電池之間的電荷分佈並確保電池壽命長。
一旦電池大小已經確定，電動汽車的最大範圍取決於其功耗。油門上的輕腳有助於幫助，但電氣部件的設計必須能夠實現從電機到數字時鐘的最高能效。此要求可能會影響組件設計的各個方面。
操作時組件必須消耗最小功率，並在不需要時轉換到低功耗“睡眠”模式。更復雜的部件，如ASIC和微控制器，如果它們不用於特定的操作，也可以關閉耗電的功能塊。
順便提一句，電動汽車不僅在州際公路上，它們也在軌道上。 Formula-E賽車系列現在已經進入第四個賽季，參加了12場比賽，其目的是雙重目的：提高電動汽車的知名度，並在廣泛的前沿改進技術，遵循著名的格言“賽車改進品種”。“該系列正在追求多年的發展計劃。在第一季中，所有車隊都使用相同的車輛，但接下來的賽季逐漸開放了更多比賽區域。從第二季開始，車隊可以改變他們的電動機，變速箱和變頻器，並且新的底盤將在下個賽季推出。
自動駕駛汽車：人類駕駛之路的終結？
從長遠來看，自動駕駛汽車的興起是另一個趨勢，對電子元件供應商來說是一件好事，但它可能預示著傳統汽車行業的鉅變。
隨著自動駕駛汽車的廣泛普及，消費者將其視為智能手機應召服務，有人甚至預測20年後人類駕駛汽車可能會立法失效，並被放逐到少數私人擁有的道路上，賽道。
令人擔憂的是，人類太諷刺地帶給我們完整的圈子。在19世紀90年代，人們也擔心車輪背後的人類。但那時候，那是因為沒有一支擁有天生智慧的馬匹來彌補人類的錯誤！
5. SAE J3016定義了六級自動駕駛，從0級（No Automation）到5級（全自動）
汽車工程師協會（SAE）將SAE J3016標準中的自動駕駛分為五個等級（圖5）。
每個後續級別添加功能。等級0,1和2要求駕駛員監控駕駛狀況並在必要時接管，而較高等級則逐漸降低人員參與程度：
- 等級0（不自動）
- 等級1（駕駛員輔助）：添加巡航控制等簡單功能。
- 2級（部分自動化）：包括一些高級功能，如車道保持輔助，加速和合並以及避免碰撞。多輛生產車輛符合二級標準。
- 等級3（條件自動化）：車輛可以承擔各方面的駕駛控制，但人類必須在系統提示時進行控制。奧迪A8聲稱擁有3級的能力。
- 4級（高度自動化）：車輛可能會要求駕駛員接管，但不要求人員做出響應。如果駕駛員忽略該要求，則4級車必須仍然安全響應。
- 等級5（全自動）：自主車輛始終能夠全面控制。
由於高速汽車網絡的大規模增加，自主運營所需的許多構建模塊開始出現在ADAS的範疇之內。 ADAS技術包括自適應巡航控制，避免碰撞和停車輔助技術等等。到2025年，ADAS市場預計將超過670億美元，複合年增長率（CAGR）為19.0％。
ADAS需要許多功能模塊，包括捕捉周圍環境信息的傳感器。許多ADAS模塊已經安裝在有人駕駛的車輛上。例如，視覺傳感器可以取代傳統的後視鏡和側視鏡，併為駕駛員提供360度的視角。通過駕駛艙顯示屏查看。自主車輛中的視覺系統還必須檢測障礙物，解釋道路標誌，並與可見光範圍外的傳感器緊密合作。超聲波，雷達和LiDAR傳感器在某些條件下各有優缺點。
ADAS需要將多個高清圖像緊密集成到一個360°的攝像機中。視圖。對於實時響應，系統必須針對最大吞吐量進行優化。
圖6顯示了具有四個攝像頭的ADAS視覺系統的框圖。該設計包含以下功能塊：串行器，解串器集線器，圖像信號處理器（ISP）和應用處理器。它使用TI的高速FPD-Link III，允許通過單根同軸電纜發送高速視頻，電源和雙向控制信號。與絕大多數汽車電子系統一樣，該設計需要結合許多功能：高清圖像捕捉，高速數據通信，同軸電纜（PoC）和視覺處理。
6. ADAS視覺系統必須從多個遠程攝像機捕獲同步圖像，並將其傳輸到中央視覺處理器以進行聚合和駕駛艙顯示。
TI為ADAS視覺系統提供了一套完整的解決方案，包括TDAx系統級芯片（SoC）系列。這是一個可滿足ADAS和其他視覺系統要求的可擴展設備系列。
許多ADAS功能已經在高端車輛上。例如，2018年的梅賽德斯S級車以二級自動駕駛為特色，幷包括盲點輔助的ADAS功能;防碰撞輔助，包括前方碰撞;主動式車道輔助;和車道偏離警告。
永恆的安全係數
我們在電動汽車方面提到了安全性，但汽車市場對安全，質量和可靠性要求提出了嚴格要求，特別是對於安全至關重要的功能。為以前的機械功能（例如，用電動機和控制器更換轉向柱）帶來電氣化，使評估安全性和潛在故障帶來的風險變得更加困難。
ISO26262規範為汽車電子系統的功能安全設定了標準。該規範涵蓋了整個生命週期，從需求規格到生命週期結束，並根據汽車安全完整性等級（ASIL）定義可接受的風險等級。
功能的ASIL級別基於三個因素的評估，因為它們與潛在故障有關：嚴重性，發生的可能性（暴露）和可控性。最高等級ASIL D適用於可能導致生命危險或致命傷害的故障，並且在大多數正常操作中可能發生，以及可能難以或不可能控制的事實。
正如你可以想象的那樣，自動駕駛車輛中幾乎沒有發生任何事情，不會影響乘客，其他車輛和路人的安全，所以ISO26262在自動駕駛車輛中的精確應用仍在討論中。
結論
幾乎從成立以來，汽車一直在用機械部件取代電動部件。最近，它也開始添加網絡通信，互聯網功能和駕駛員輔助。現在完全自動化的全電動車正在進入視野。
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