Tradycyjny pojazd z napędem spalinowym wymaga około 500–600 chipów, a około 1000 lekkich samochodów mieszanych, hybryd typu plug-in i pojazdów w pełni elektrycznych wymaga co najmniej 2000 chipów.
Oznacza to, że w procesie szybkiego rozwoju inteligentnych pojazdów elektrycznych, nie tylko stale rośnie zapotrzebowanie na zaawansowane układy scalone, ale również na układy tradycyjne. Właśnie to dotyczy mikrokontrolerów (MCU). Oprócz wzrostu liczby rowerów, kontroler domeny generuje również nowe zapotrzebowanie na mikrokontrolery (MCU) o wysokim poziomie bezpieczeństwa, wysokiej niezawodności i dużej mocy obliczeniowej.
MCU (ang. MicroController Unit), znany jako mikrokomputer/mikrokontroler/mikrokomputer jednoprocesorowy, integruje procesor, pamięć i funkcje peryferyjne na jednym chipie, tworząc komputer na poziomie chipa z funkcją sterowania. Jest wykorzystywany głównie do przetwarzania sygnałów i sterowania. Stanowi rdzeń inteligentnego systemu sterowania.
Mikrokontrolery i elektronika samochodowa, przemysł, komputery i sieci, elektronika użytkowa, sprzęt AGD i Internet Rzeczy są ściśle związane z naszym życiem. Elektronika samochodowa to największy rynek elektroniki samochodowej, a elektrony samochodowe stanowią 33% globalnego rynku.
Struktura MCU
Mikrokontroler (MCU) składa się głównie z procesora centralnego, pamięci (ROM i RAM), interfejsu wejścia/wyjścia I/O, portu szeregowego, licznika itp.
Procesor:Centralna Jednostka Przetwarzająca (CPU), czyli procesor centralny, jest kluczowym elementem wewnątrz mikrokontrolera (MCU). Komponenty mogą wykonywać operacje arytmetyczne na danych, przetwarzanie zmiennych bitowych oraz transmisję danych. Elementy sterujące koordynują pracę sekwencyjnie, zgodnie z określonym czasem, aby analizować i wykonywać instrukcje.
ROM:Pamięć tylko do odczytu to pamięć programowa służąca do przechowywania programów napisanych przez producentów. Informacje są odczytywane w sposób nieniszczący. Essence
BARANPamięć o dostępie swobodnym (Random Access Memory) to pamięć danych, która bezpośrednio wymienia dane z procesorem, a dane nie mogą być zachowane po zaniku zasilania. Program może być zapisywany i odczytywany w dowolnym momencie działania, co jest zazwyczaj wykorzystywane jako tymczasowy nośnik danych dla systemów operacyjnych lub innych działających programów.
Związek między procesorem a mikrokontrolerem:
Procesor (CPU) stanowi rdzeń sterowania operacyjnego. Oprócz procesora (CPU), mikrokontroler (MCU) zawiera również pamięć ROM lub RAM, która jest układem scalonym na poziomie układu scalonego. Popularne układy to SOC (System On Chip), czyli układy scalone na poziomie systemu, które mogą przechowywać i uruchamiać kod na poziomie systemu, obsługiwać systemy operacyjne QNX, Linux i inne, w tym jednostki wieloprocesorowe (CPU + GPU + DSP + NPU + pamięć masowa + jednostka interfejsu).
Cyfry MCU
Liczba ta odnosi się do szerokości mikrokontrolera przetwarzającego dane. Im większa liczba cyfr, tym większa wydajność przetwarzania danych przez mikrokontroler. Obecnie najważniejsze są 8, 16 i 32 cyfry, z których 32 bity zajmują najwięcej miejsca i ich liczba szybko rośnie.
W zastosowaniach elektroniki samochodowej koszt 8-bitowego mikrokontrolera (MCU) jest niski i łatwy w opracowaniu. Obecnie jest on wykorzystywany głównie do stosunkowo prostego sterowania, takiego jak oświetlenie, system odprowadzania wody deszczowej, okna, fotele i drzwi. Jednak w przypadku bardziej skomplikowanych funkcji, takich jak wyświetlacze wskaźników, systemy informacji rozrywkowej, systemy sterowania zasilaniem, podwozie, systemy wspomagania kierowcy itp., głównie 32-bity, a także w miarę rozwoju elektryfikacji, inteligencji i sieci samochodowych, zapotrzebowanie na moc obliczeniową mikrokontrolerów (MCU) również rośnie.
Uwierzytelnianie samochodu MCU
Zanim dostawca MCU wejdzie do systemu łańcucha dostaw OEM, konieczne jest uzyskanie trzech głównych certyfikatów: etap projektowania musi być zgodny z normą bezpieczeństwa funkcjonalnego ISO 26262, etap przepływu i pakowania musi być zgodny z normami AEC-Q001 ~ 004 i IATF16949, a podczas etapu testowania certyfikacyjnego musi być zgodny z normami AEC-Q100/Q104.
Wśród nich norma ISO 26262 definiuje cztery poziomy bezpieczeństwa ASIL, od niskiego do wysokiego, A, B, C i D; AEC-Q100 dzieli się na cztery poziomy niezawodności, od niskiego do wysokiego, odpowiednio 3, 2, 1 i 0. Istota Certyfikacja serii AEC-Q100 trwa zazwyczaj 1–2 lata, podczas gdy certyfikacja ISO 26262 jest trudniejsza, a cykl dłuższy.
Zastosowanie MCU w branży inteligentnych pojazdów elektrycznych
Zastosowanie mikrokontrolerów (MCU) w przemyśle motoryzacyjnym jest bardzo szerokie. Na przykład, w przednim panelu znajdują zastosowanie w akcesoriach karoserii, układach zasilania, podwoziach, systemach informacji i rozrywki samochodowej oraz w inteligentnym prowadzeniu. Wraz z nadejściem ery inteligentnych pojazdów elektrycznych, zapotrzebowanie na produkty MCU będzie jeszcze większe.
Elektryfikacja:
1. System zarządzania baterią BMS:System BMS musi kontrolować ładowanie i rozładowywanie, temperaturę oraz balansowanie baterii. Główna płyta sterująca wymaga mikrokontrolera (MCU), a każda konsola podrzędna również wymaga mikrokontrolera (MCU);
2.Kontroler pojazdu VCU:Zarządzanie energią w pojazdach elektrycznych wymaga zwiększenia liczby sterowników pojazdu, a jednocześnie wyposażenia ich w 32-bitowe, zaawansowane mikrokontrolery, które różnią się od planów każdej fabryki;
3.Sterownik silnika/sterownik skrzyni biegów: wymiana seryjna, sterownik silnika pojazdu elektrycznego z falownikiem MCU, sterownik silnika pojazdu na olej alternatywny. Ze względu na wysoką prędkość obrotową silnika, reduktor wymaga wyhamowania. Sterownik skrzyni biegów.
Inteligencja:
1. Obecnie krajowy rynek motoryzacyjny znajduje się nadal w fazie penetracji systemów o wysokiej prędkości L2. Biorąc pod uwagę kompleksowe rozważania dotyczące kosztów i wydajności, producenci OEM nadal stosują architekturę rozproszoną w celu zwiększenia funkcjonalności systemów ADAS. Wraz ze wzrostem obciążenia, rośnie również liczba mikrokontrolerów przetwarzających informacje z czujników.
2. Ze względu na rosnącą liczbę funkcji kokpitu, rola nowych układów scalonych o wyższej mocy staje się coraz ważniejsza, a status odpowiadających im układów MCU maleje.
Rzemiosło
Sam mikrokontroler ma priorytetowe wymagania dotyczące mocy obliczeniowej i nie stawia wysokich wymagań dotyczących zaawansowanych procesów. Jednocześnie wbudowana pamięć masowa również ogranicza możliwości udoskonalenia procesu MCU. W produktach MCU należy stosować proces technologiczny 28 nm. Specyfikacja techniczna pojazdów obejmuje głównie płytki 8-calowe. Niektórzy producenci, zwłaszcza IDM, zaczęli przenosić się na platformę 12-calową.
Obecnie procesy 28 nm i 40 nm są dominujące na rynku.
Typowe przedsiębiorstwa w kraju i za granicą
W porównaniu z mikrokontrolerami klasy konsumenckiej i przemysłowej, mikrokontrolery samochodowe mają wyższe wymagania dotyczące środowiska pracy, niezawodności i cyklu dostaw. Ponadto trudno jest na nie wejść, dlatego struktura rynku mikrokontrolerów jest generalnie stosunkowo skoncentrowana. W 2021 roku pięć największych firm produkujących mikrokontrolery na świecie stanowiło 82%.
Obecnie w moim kraju mikrokontroler na poziomie samochodowym jest wciąż na etapie wstępnym, a łańcuch dostaw ma duży potencjał alternatywy dla rozwiązań krajowych i krajowych.
Czas publikacji: 08-07-2023
