電子產品是?汽車?行業的核心，電動汽車 (EV) 將越來越重要。微電子技術，特別是大功率電子技術的巨大發展，導致信息娛樂、照明和傳感器應用顯著增加，這些應用需要穩健可靠的設計。分析師估計營業額超過 800 億美元，未來幾年將呈指數級增長。該行業正在通過開發和發展限制事故的技術（例如，通過穩定性控制系統和駕駛員健康狀況）為道路安全做出積極貢獻。

從智能電網開始，智能（智能）技術的出現引起了人們對 GPS 和整個物聯網生態系統的興趣，以支持車輛接收和傳輸高速數據。三個主要因素使汽車對技術具有吸引力：自動駕駛、電動汽車和消費者對信息娛樂服務的強烈需求。無人駕駛汽車代表了不久的將來的挑戰。遠程干預已編程的電子系統、減少道路事故數量并因此避免危險情況的可能性是成功克服這一挑戰的一個原因。

讓我們看看電子是如何取代機械的。

MEMS技術

雖然典型應用是安全氣囊和高級駕駛輔助系統 (ADAS)，但傳感器的普及，例如基于微機電系統 (MEMS) 的陀螺儀和加速度計，允許一系列控制解決方案提供更高的效率。MEMS 技術使用微制造技術將微電子學的能力與微傳感器的機械特性相結合。這些方法的優點包括高效率、小尺寸和低成本。基于 MEMS 的電子安全系統可以確保符合功能安全標準，并使設計人員能夠更有效地實現目標。汽車行業對安全和安保的需求不斷增長是該市場增長的主要驅動力。?微機電系統?加速度計測量一個、兩個或三個正交軸上的加速度，用于識別相對于重力加速度的傾斜或方向，以及測量振動和沖擊。加速度計基于硅半導體。測量的物理原理基本上由熱或電容方法組成。電容方法可能更適合某些應用，例如碰撞檢測和安全氣囊激活。另一方面，基于密封腔內加熱的氣體分子對流原理的熱方法更適用于電子穩定控制（ESC）。電容式器件利用壓電效應或晶體結構的應力和加速力，將機械應力轉化為電信號。

另一方面，MEMS 陀螺儀提供了一種測量角速度（或旋轉運動）的簡便方法，并且是運動控制的流行選擇。它們還用于大多數智能手機的消費領域。主動懸架采用四個傳感器與加速度計和陀螺儀相結合，以確保車輛的穩定和規律的動態行為。大多數陀螺儀基于具有兩個質量的音叉配置，在相反方向上連續振蕩。當施加角力時，每個質量塊上的科里奧利力作用于相反方向，從而產生與角速度成比例的容量變化，然后將其轉換為電信號。至于噪音，我們有一個內在噪音，代表靜態慣性狀態，沒有旋轉，振動，

因此，加速度計的汽車應用主要包括安全氣囊和主動懸架，而陀螺儀則用于ESC系統和GPS導航系統。陀螺儀可用于汽車中，以激活 ESC 制動系統以防止事故發生，或在發生傾斜狀況或正面碰撞時激活安全氣囊。隨著納米機電系統的出現，一個新的 MEMS 市場正在興起。由于它們的靈敏度，這些納米尺寸的設備可以提供非常小的傳感器，在原子水平上檢測應力和振動。

電磁兼容

汽車行業的快速發展以及自動駕駛汽車和 ADAS 系統的趨勢繼續推動汽車行業對更復雜的電磁兼容性 (EMC) 設計和測試場景的需求。車輛平臺變得越來越復雜，其中的電子設備需要可靠運行而不影響安全或通信基礎設施。汽車行業及其制造商旨在滿足各種 EMC 要求。例如，有兩個要求必須確保電子設備不會發出電磁干擾或過大的噪聲，并且不受其他電磁源發出的噪聲的影響。

應用于汽車行業的新無線通信范例需要高性能電子系統，這些系統需要以高數據速率運行，因此也需要以高頻率運行，具體取決于運行環境。這些新子系統中的每一個都必須符合 EMC 標準。此外，信號完整性以及傳輸和處理的數據模式是關鍵方面。電子設備的小型化是必須的，因此，制造公差不能再被忽視。標稱設計參數的變化會導致對 EMC 和信號完整性產生負面影響的不穩定行為。汽車系統在汽車周圍安裝了多個無線電接收器。IEC 委員會制定了國際標準來保護它們。這種電磁噪聲的國際標準被制定為 CISPR 25。CISPR 25 是一個包含多種測試方法的標準。測試區域的電磁噪聲電平應至少比被測最低電平低 6 dB。另一個測試標準是 ISO 11452-4 大電流注入，它檢查組件是否受到窄帶電磁場的不利影響。測試是通過使用電流探頭直接在布線中注入噪聲來執行的。CISPR 25 包含在 150 kHz 至 1,000 MHz 頻率范圍內測量無線電干擾的限制和程序。該標準適用于任何用于車輛、拖車和各種設備的電子/電氣組件。測試區域的電磁噪聲電平應至少比被測最低電平低 6 dB。另一個測試標準是 ISO 11452-4 大電流注入，它檢查組件是否受到窄帶電磁場的不利影響。測試是通過使用電流探頭直接在布線中注入噪聲來執行的。CISPR 25 包含在 150 kHz 至 1,000 MHz 頻率范圍內測量無線電干擾的限制和程序。該標準適用于任何用于車輛、拖車和各種設備的電子/電氣組件。測試區域的電磁噪聲電平應至少比被測最低電平低 6 dB。另一個測試標準是 ISO 11452-4 大電流注入，它檢查組件是否受到窄帶電磁場的不利影響。測試是通過使用電流探頭直接在布線中注入噪聲來執行的。CISPR 25 包含在 150 kHz 至 1,000 MHz 頻率范圍內測量無線電干擾的限制和程序。該標準適用于任何用于車輛、拖車和各種設備的電子/電氣組件。測試是通過使用電流探頭直接在布線中注入噪聲來執行的。CISPR 25 包含在 150 kHz 至 1,000 MHz 頻率范圍內測量無線電干擾的限制和程序。該標準適用于任何用于車輛、拖車和各種設備的電子/電氣組件。測試是通過使用電流探頭直接在布線中注入噪聲來執行的。CISPR 25 包含在 150 kHz 至 1,000 MHz 頻率范圍內測量無線電干擾的限制和程序。該標準適用于任何用于車輛、拖車和各種設備的電子/電氣組件。

車內噪音

汽車行業最重要的方面之一是吸熱發動機氣缸中的燃燒階段。由于這些電機已經存在多年，工程師們一直致力于設計技術來處理低頻噪聲。我們將看到，對于電動汽車，要管理的問題恰恰相反：它們發出的噪音太低，出于安全原因，我們必須制造更多噪音。

節能技術有助于生產更環保的車輛，但并不總是提供噪音較小的客艙體驗。通過減少氣缸數來配備更高效、更環保的發動機，從而降低發動機噪音的頻率。為降低發動機噪音，汽車工程師使用主動聲學控制或主動噪聲控制 (ANC) 來生成由車內揚聲器再現的降噪信號。ANC 技術使用車輛的音頻系統來減少發動機產生的有害噪音。主動音頻聲音控制是一種信號處理方法，可降低聲音的有效幅度以提高信噪比，從而使不需要的噪音不易察覺。ANC 方法也稱為音頻降噪，它基于相干聲學，旨在使用車輛內部的放大器和麥克風以及數字信號處理來消除噪音，從而準確地復制各種形式的原始聲場。在實踐中，聲音可以描述為由振幅和相位組成的壓力波。

降噪系統由一個音頻設備組成，該設備發出具有相同幅度但相移為 180°（反相，也稱為反相）的波。兩種波的復合過程基于稱為相消干涉的物理原理。ANC 是通過使用混合信號電路或數字信號處理實現的，使用控制算法分析聲音波形并生成放大到換能器的反相波。這些系統嚴重依賴配備高性能標準 CPU 和軟件基礎設施的集成片上系統。需要實時處理資源來快速實施和完成反饋控制循環，以使 ANC 解決方案正常工作。在具有三到六個麥克風的典型汽車系統設計中，

LED照明

在汽車行業，發光二極管 (LED) 廣泛用于遠光燈、制動燈和位置燈以及側轉向燈和后轉向燈。在一個 LED 驅動項目中，各種照明設備的亮度強度是不一樣的，而是取決于它們的具體功能。因此，LED 工作在不同的亮度級別；例如，制動時的最大亮度和尾燈亮度的 10% 至 25%。LED 調光電路用于通過脈沖寬度調制驅動技術來區分亮度級別，該技術調制施加到 LED 上的電流脈沖的寬度。然而，對于戶外照明應用，需要為同一個 LED 提供不同的亮度級別。例如，停車燈和側燈，或近光燈和遠光燈，被定義為兩個亮度級別。在某些情況下，

照明控制系統的一個重要方面是管理由不同配置的集成電路 (IC) 驅動器提供的電源，稱為降壓和升降壓。LED 易于控制，使其成為智能照明系統。

LED 解決方案需要恒定電流來產生均勻的亮度。電源的精度、電壓波動和其他參數實際上是正確驅動器實現最相關的設計參數。因此，必須仔細考慮車輛的電源紋波。此外，設計階段反映的其他要求包括溫度和濕度、電壓范圍、EMC 以及資格測試規定的可靠性要求。汽車應用中的高可靠性表明驅動器 IC 內部有必要的保護電路，以防止過壓、欠壓、反極性、過流、短路和極端高溫或低溫。惡劣的汽車環境需要保護電路來防止發生故障時出現問題。

手勢識別

手勢識別或手勢檢測是設備識別人體一系列運動以應用某些控制功能的能力。這種電子技術基于在 2D 或 3D 場景中識別和掃描場景的相機的幫助，或者通過基于飛行時間技術的解決方案。后者包括向要分析的目標發送紅外線，隨后反射由接收電子設備處理的信號。電子設備通過分析各種運動來創建一種地圖，并通過算法以正確的動作做出響應。其他解決方案采用超聲波信號，例如用于停車傳感器的超聲波信號。

目標是掃描場景的整個圖像。所使用的相機由一個發射器和一個接收器傳感器組成（由一個像素矩陣組成，該矩陣收集來自同一感興趣區域的光）。視覺控制算法必須掃描圖像以分析手勢并進行識別。傳感器的目的是解調反射光，測量每個像素的位置，這表示透射光和反射光之間的相關性。像素從場景的各個不同部分收集光線。通過重新組合信號，創建重建圖像。所有傳感器像素均由解調和調制輸入控制。像素解調與透射光信號的調制同步。

光子（在基質上反射的光）轉化為量子過程的電子是由隨機函數調節的。特別是，光子產生率使用泊松分布。類似地，目標反射的光子信號及其在像素內相對轉換成電子的過程也是具有泊松分布的量子過程。在這些情況下，并非所有撞擊像素的光都被轉換為電子。為了檢查系統的質量，最好測量作為傳輸中使用的光波長的函數的量子效率。

手勢識別技術也涉及眼睛。假設您想通過簡單地將眼睛移到后視鏡來啟動后雨刷，或者通過簡單地將眼睛移到儀表板上來打開收音機。這些是控制算法應能夠實時解碼的眾多示例和特征之一。一個關鍵功能是能夠監測可能在駕駛時產生負面影響的心理-身體癥狀，例如疲勞。現代眼動追蹤系統使用紅外 LED 作為光源和高分辨率相機來檢測反射光。

激光雷達

LiDAR背后的原理??非常簡單，但構建這種類型的系統并不一定簡單。工程師用來計算距離的公式是：到物體的距離=（光速×飛行時間）÷2。激光雷達測量飛行時間，用于計算行進距離。該系統基本上發送波長從 830 nm 到 940 nm 的高頻光脈沖，并使用鏡子而不是天線來掃描激光。該光從傳感器反射回來，該傳感器解釋信號并通過測量其擴散來計算光行進的距離。通過這種方式，激光雷達系統允許自動駕駛車輛檢測障礙物或其他車輛。

復雜的因素之一是發射的光可以在不同的方向上反射。看一棵樹時，一些光子會從樹枝反射，但其他光子會繼續穿過并從地面反射。有可能，甚至很可能，多次反射會產生光脈沖。本質上，它與雷達技術非常相似。兩者都使用速度、角度和范圍等參數。當然，雷達使用無線電波而不是光。硬件本質上由一個發射器和一個接收器以及一組從掃描環境中識別大量數據的點組成。這將創建一個數據集，該數據集可以通過軟件應用程序進行轉換，以根據給定區域創建 3D 圖像。

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電動汽車

全球推動更可持續未來的核心是電動汽車。

電動汽車基本上使用電力來驅動發動機。它們需要 DC/DC 轉換器（從一種直流電轉換為另一種始終連續但電壓不同的直流電），通常從高壓到 12 V，為低壓電子設備供電；DC/AC 牽引逆變器，用于驅動電動機（通常為三相）并為車輪提供動力；和 AC/DC 轉換器，用于在制動能量回收期間以及從住宅或大功率（用于快速充電）充電站為車輛電池充電。汽車的制動系統可以產生電能為電池充電。這稱為“再生制動”，包括將動能轉換為電能。

電動汽車主要分為三種類型，根據使用電力作為能源的程度分類：電池電動汽車（BEV）、插電式混合動力電動汽車（PHEV）和混合動力電動汽車（HEV）。BEV 是帶有可充電電池但沒有汽油發動機的全電動汽車。BEV 使用大容量電池組在船上儲存電力。它們的電池電量用于操作電動機和所有車載電子設備。BEV 不會產生傳統汽油車造成的有害排放物和危害。電動汽車充電器根據它們為電動汽車電池充電的速度進行分類。PHEV 可以通過再生制動和通過“連接”到外部電源為電池充電。

電動和混合動力汽車的設計人員推動提高能量轉換效率，正朝著在熱管理和降低損耗方面高度可靠的設備發展。設計參數不同，涉及功率水平、轉換效率、車輛傳動系統的工作溫度、散熱的難易程度以及系統封裝。電動汽車設計中性能的關鍵是電池和推進系統。另一個需要考慮的方面是電動汽車的自主性，或者說它可以在充滿電的情況下行駛的距離。電動和混合動力汽車的普及催生了新的集成解決方案，使電池管理更加可靠。

最流行的鋰離子 (Li-ion) 電池現在需要特別注意，因為每個電池的特性都不同。因此，必須單獨處理每個電池，以完全避免放電。顯然，大多數制造商認為在運行過程中斷電是非常危險和不可接受的。出于這個原因，他們試圖實現極低的故障率。鋰離子電池在需要長期可靠運行時需要特別注意。電池電子設備必須能夠將來自電池組中每個電池的信息傳送到中心點進行處理。此外，電池管理電子設備必須最大限度地提高續航里程、持續時間、安全性和可靠性，同時最大限度地降低成本、尺寸和重量。

所有電動或混合動力車輛在減速期間都使用再生制動為電池充電。此外，太陽能電池可用于恢復最大電池電量或補償汽車中的靜態電流。除了?太陽能之外，其他可用的來源是熱能和使用機械動能的壓電效應。車輛的某些部分變得非常熱，溫差可用于儲存能量和為電池充電（熱能收集）。在這種情況下，SmartMesh 等網狀網絡解決方案可以消除與連接器、電纜和各種組件相關的任何維護。它還允許實現附加功能，同時提供一些可擴展性。

汽車行業使用的能量收集包括從外部來源獲取能量并將其轉換為電流以為任何設備供電。由于振動能量總是以不同的幅度存在，因此動能的收集是在發動機艙中收集能量的一種通用方式。使用幾種轉換原理和適當的微電子系統，這種能量可以有效地轉換為電流。然而，能量收集的性能在很大程度上取決于其適應環境源的能力。超低功耗微控制器開發的最新進展導致設備在運行所需的功率方面提供了前所未有的集成水平。從熱、光、聲、

我們已經看到，電池是任何?電動汽車的核心. 電動汽車中電池的采用使電子設計朝著新一代的充電監控設備方向發展。鋰離子電池有兩個重要的設計問題：一個是針對材料的化學性質，另一個是電子性質的（過載時會導致永久性損壞和相對過熱）。因此，擁有 BMS 來提供保護和電源控制非常重要。監控系統本質上代表了電池組的“大腦”：它測量和報告對電池運行至關重要的信息，并在各種運行條件下保護其免受損壞。BMS 是電動汽車的關鍵因素。無線連接的添加使其非常有吸引力，但需要很多關注。該技術旨在實現可持續性，不僅因為它消除了布線，而且在制造復雜性方面。它還允許您以模塊化和可擴展的方式設計電池組，這樣當您切換到第二次生命時，您可以使用這些電池組并將它們定制為特定的應用程序，然后以適合其第二次生命的方式重新配置它們。除了重量和靈活性方面的優勢外，wBMS 還允許采用不同的方式設計電池組。通過電池和電池模塊級別的持續健康計算獲取的數據可用于在電池組進入第二個生命階段時更準確地確定電池組的剩余價值。您可以使用這些包并將它們定制為特定的應用程序，然后以適合其第二次生命的方式重新配置它們。除了重量和靈活性方面的優勢外，wBMS 還允許采用不同的方式設計電池組。通過電池和電池模塊級別的持續健康計算獲取的數據可用于在電池組進入第二個生命階段時更準確地確定電池組的剩余價值。您可以使用這些包并將它們定制為特定的應用程序，然后以適合其第二次生命的方式重新配置它們。除了重量和靈活性方面的優勢外，wBMS 還允許采用不同的方式設計電池組。通過電池和電池模塊級別的持續健康計算獲取的數據可用于在電池組進入第二個生命階段時更準確地確定電池組的剩余價值。

除了將電荷累積計算為性能參數外，監控還保證了較長的電池壽命，并避免了可能損壞電池和電動汽車本身的情況。BMS 管理整個鋰電池陣列（單個電池或整個電池組），確定安全操作區域或電池組保證最佳技術和能源性能的安全區域。BMS 基本上是一個電子系統，用于完全控制車載高壓管理和電荷平衡的所有診斷和安全功能。wBMS 在單個芯片上包含用于電源、電池管理、RF 通信和模塊級安全功能的所有基本硬件和軟件部件。

電動汽車正變得越來越流行，它們在質量、功能簡單性以及最重要的能源效率方面具有環保特性。功能驅動由電動機提供，與內燃機 (ICE) 相比，其結構簡單。在能源效率方面，內燃機汽車和電動汽車的比較具有象征意義：內燃機汽車的能源效率為 16%，而電動汽車的能源效率為 85%。與基于燃燒的推進相比，推進的電力特性有一個優勢：能量再生。電力提供了很大的靈活性，包括使用各種形式的能量收集，幫助為電池充電，從而延長車輛本身的運行時間。

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電動汽車的續航里程直接反映了其發動機和能源管理系統的效率。此外，必要的基礎設施，例如現在達到數百千瓦功率的強大快速充電系統，也需要嚴格遵守預先設定的尺寸和效率限制。由于其特定的物理特性，碳化硅 (SiC) 代表了對這些新市場需求的有效響應。所有快速充電系統都需要建立具有緊湊高效設計的充電站，而當前的 SiC 功率模塊允許創建具有所需功率密度和效率的系統。高硬度 SiC 襯底的較高擊穿電壓允許使用更薄的基礎結構，以達到硅外延層厚度的十分之一。電池的趨勢是增加其容量，而此功能與更短的充電時間相關。

一個非常有趣的領域涉及使用位于車庫或公共停車場的充電站對電動汽車進行無線充電。充電點不一定要與車下的接收器精確對齊（就像智能手機一樣）。從長遠來看，我們將嘗試開發一個允許在公共道路上集成長載重板的版本，?以便即使在移動中也能裝載 EV/HEV 車輛，但這將取決于在國家和地方行政層面遇到的困難數量。無線充電技術不僅必須納入車輛本身，還必須納入車輛充電的家庭和城市基礎設施。基于磁共振技術的無線充電允許電動汽車，無論類型或大小，通過將柔性線圈放置在源墊上，使用混凝土和瀝青等材料，自動安全地充電。在無線充電中，電源中使用的線圈是分開纏繞的。通過發射器模塊中的線圈從精確定義的頻率（105 kHz 到 205 kHz 之間）產生磁場。接收器中的線圈產生為設備電池充電的電壓。

盡管它們比 ICE 更安靜，但假設電動機完全安靜是錯誤的。噪音來自發動機的各個部件，例如逆變器和 DC/DC 轉換器。盡管與傳統電機相比，電動機所面臨的挑戰較小，但仍需要付出更多努力來制定機械和隔音策略。同時，有規定和策略會在電動汽車低速行駛時產生噪音，這對聽不見其通過的行人來說是一種危險。當你第一次過馬路時，你首先使用的是你的耳朵。隨著所有車輛變得更安靜，外部噪音的缺乏對行人構成危險。在典型的城市速度下，風噪聲仍然很小，發動機噪聲大部分被道路和輪胎噪聲所掩蓋。

氫能汽車呢？

新一代汽車的普遍目標是生產有害物質更少、噪音更低的汽車。全世界都在試驗電動汽車。電動汽車屬于電動汽車領域，其缺點之一是充電時間長。這是一個可以用氫氣解決的問題。氫電池利用航天器到達地球軌道所使用的相同能量。但是氫能汽車是如何工作的呢？有哪些優勢和劣勢？

氫能汽車將化學能轉化為機械能。?氫?可以直接在 ICE 中燃燒，在這種情況下，我們有一輛帶有氫內燃機的車輛，稱為 HICEV。或者它可以用來在燃料電池中與氧氣發生反應，從而產生電力。這種類型的車輛被稱為燃料電池電動汽車（FCEV），近年來，FCEV引起了許多制造商的關注。FCEV 由電動機驅動，并有一個車載發電廠，可以生產和管理氫氣。氫動力汽車對環境的影響很小，因為它們不會產生污染排放物（溫室氣體、細粉塵等），而只會產生水蒸氣。氫是宇宙中最豐富的化學元素，但不是自然形式。因此，它不完全是可再生資源，必須使用不同的系統生產。整體環境影響取決于用于生產它的能源。使用可再生資源將減少到最低限度。

氫氣可以通過兩種不同的生產工藝和技術生產：重整和電解。重整對環境的影響更大，因為它涉及原油的開采、運輸和精煉。電解是通過電引起的化學反應將水分子分解成單獨的氫和氧原子的過程。該生產過程不排放污染氣體，但需要大量能源。電解過程由低壓電流組成，該電流流過水以釋放氣態的氧氣和氫氣。

氫與電池驅動的汽車一起為未來的可持續移動做出了重要貢獻。FCEV 可能代表零排放技術，但我們仍然需要通過可再生解決方案來提高氫氣產量。降低運輸和配送的基礎設施成本至關重要。充電基礎設施也是如此。目標是減少對充電的環境影響。

　　審核編輯：湯梓紅