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现代汽车电子元器件市场扫描(图)
发布时间:2020-02-07

1. 今天的汽车已经进入信息时代

人类进入21世纪Ↄ,现代汽车工业已进入成熟期,世界汽车生产能力已大于需求总量的20%。世界各大汽车公司为进一步争夺世界市场,不断增加开发投资力度,试图从不断提高汽车安全性、减低能耗、改善乘坐舒适性和扩大功能范围方面继续保持汽车工业的生存,从而推动汽车工业向高附加值方向发展。其重要标志是汽车技术向机电一体化迈进,汽车电子化程度不断提高。

据报载,近年来是日本以汽车导航系统为主角的汽车多媒体时代。汽车多媒体是汽车的音频装置、电视装置、微机和交通工具的复合体,通用型微机的普及是汽车多媒体时代的必要条件。在欧美汽车保有率达到500辆/千人以上的情况下,为了保证交通安全、防止交通堵塞,必须大力改进现代车辆的交通信息设备。汽车信息‰化发展的重要标志是电子导航系统。电子导航系统对汽车交通的现代化具有重要的作用。例如由日本建设省、警视厅、邮政省共同推进的道路交通信息系统(VICS),通过车载导航系统的FM发射电波,使车辆能在繁杂的交通条件下以最短时间到达目的地。随着TFF液晶成本的下降与半导体元件的高集成化,车辆选装件的普及价格为整车价格的10%。欧美日跨国汽车公司都相继成立了汽车电子研究中心,而世界著名的电子和计算机公司也☺☻积极开拓汽车电子产品市场,如德国波许、西门子、法国瓦雷奥∶、英国卢卡斯┎、日本日立、松下,美国英特尔、摩托罗拉等。可以说,汽车电子化引起了现代汽车工业的重大变革。

汽车电子化速度进入新世纪以来,其发展之速,应用之广与日俱增,汽车电子产品的种类和产量不断增加。电子技术的进步无疑奠定了电子装备在汽车上应用的深厚基础。其中必须提到的是为减少汽车的公害,节约能源,电子技术被充分应用到汽车排放净化与提高燃油经济性等方面。半导体技术,特别是微机的发展为汽车技术带来了根本性变革。电子技术首先应用于汽车发动机排放控制与燃油耗控制上,接着被应用于底盘系统的控制,以提高汽车行驶性与乘坐舒适性。而且随着交通运输的高密度发展,电子技术进一步被应用于汽车乘坐安全性提高和导航等方面。随着汽车工业与电子工业的不断发展,在现代汽车上,电子技术的应用越来越广泛。今天的汽车已经逐步进入了电脑控制的时代。专家预测未来3—5年内汽车上装用的电子装置成本将占汽车整车成本的25%以上,汽车将由单纯的机械产品向高级的机电一体化产品方向发展,成为所谓的“电子汽车”。现代汽车电子化的应用情况见图1。

2. 现代汽车电子技术的应用空间

当前,汽车电子技术进入了优化人—汽车—环境的整体关系的阶段,它向着超微型磁体、超高效电机以及集成电路的微型化方向发展,并为汽车上的集中控制提供了基础(例如制动、转向和悬架的∪集中控制以及发动机和变速器的集中控制)。汽车电子技术成就汽车工业的未来,未来汽车电子技术应在以下几方面进行突破。

传盛器技术。由于汽车电子控制系统的多样化,使其所需要的传感器种类和数量不断增加。为此,研制新型、高精度、高可靠性和低成本的传感器是十分必要的。未来的智能化集成传感器,不仅要能提供用于模拟和处理的信号,而且还能对信号作放大和处理。同时,它还能自动进行时漂、温漂和非线性的自校正,具有较强的抵抗外部电磁干扰的能力,保证传感器信号的质量不受影响,即使在特别严酷的使用条件下仍能保持较高的精度。它还具有结构紧凑、安装方便的优点,从而免受机械特性的影响。

微处理机技术。微处理机的出现给汽车仪表带来了革命性的变化,世界汽车工业的微处理机用量激增,由从前单一的仪器逐步发展为多用途、智能化仪表,不但可以很精确地把汽车上所有的待测量都检测出来,分别显示和打印需要的结果,而且还有运算、判断、预测和引导等功能。如可监视汽车各大部件的▒工作情况,还可以对蓄电池电压、轮胎气压、车速等检测量的高低限量进行报警。微处理机将更广泛地应用于安全、环保、发动机、传动系、速度控制和故障诊断中。

软件新技术。随着汽车电子技术应用的增加,对有关控制软件的需求也将会增加,并可能要求进一步计算机联网。因此,要求使用多种软件,并开发出通用的高水平语言,以满足多种硬件的要求。轿车上多通道传输网络将大大地依赖于软件,软件总数的增加及其功能的提高,将能够使计算机能完成越来越复杂的任务。

智能汽车及智能交通系统(ITS)。汽车智能化相关的技术问题已受到汽车制造商们的高度⺌重视。其主要技术中“自动驾驶仪”的构想必将依赖于电子技术实现。智能交通系统(ITS)的开发将与电子、卫星定位等多个交叉学科相结合,它能根据驾驶员提供的目标资料,向驾驶员提供距离最短而且能绕开车辆密度相对集中处的最佳行驶路线。它装有电子地图,可以显示出前方道路、并采用卫星导航。从全球定位卫星获取沿途天气、车流量、交通事故、交通堵塞等各种情况,自动筛选出最佳行车路线。未来的某天,路上行驶的都会是由计算机控制的智能汽车。

多通道传输技术。多通道传输技术由试验室将逐步进入实用阶段。采用这种技术后,使各个数据线成为一个网络,以便г分离汽车中心计算机的信息。微处理机可通过网络接收其它单元的信号。传感器和执行机构之间要有一个新式接口,以便与多通道传输系统相联系。

数据传输载体方面的电子新技术。汽车电子技术未来将实现整车控制系统。这一系统要求有一个庞大而复杂的信息交换与控制系统,车用计算机的容量要求更大,计算速度则要求更高。由于汽车用计算机控制系统的数量日益增多,采用高速数据传输网络日益显得必要。光导纤维可为此传输网络提供传输介质,以解决电子控制系统防电磁干扰的问题。

汽车车载电子网络。随着电控器件在汽车上越来越多的应用,车载电子设备间的数据通信变得越来越重要。以分布式控制系统为基础构造汽车车载电子网络系统是很有必要的。大量数据的快速交换、高可靠性及价廉是对汽车电子网络系统的要求。在该系统中,各从处理机独立运行,控制改善汽车某一方面的性能。同时在其它处理机需要时提供数据服务。主处理机收集整理各从处理机的数据,并生成车况显示。通信控制器保证数据的正常流动。

此外,电子技术中的集成化制造技术等在未来几年内也将会有大的突破。

随着中国汽车工业的发展,以及汽车消费者对汽车各方面要求的不″断提高,汽车电子产品市场在中国逐步兴起并迅速壮大起来。汽车电子不仅仅是汽车中的仪表盘和半导体收音机,EMS、ABS、安全气囊等众多汽车电子产品被应ξ用到国产汽车中,由于汽车电子产品符合消费者的需求,顺应中国汽车产业的发展方向,汽车电子产品正以惊人的速度在国产汽车产品中普及,从2006年开始,中国汽车电子产品市场进入加速增长阶段,增长的主要动力除了汽车增产以外,很大程度上取决于新型汽车电子产品在汽车产品中的普及速度不断加快,汽车稳定系统、车载娱乐系统、车载信息系统、车载网络产品等汽车电子产品将逐渐与汽车仪表、汽┈┉车空调等产品一样作为汽车的基本配置应用到汽车产品中。汽车电子市场这种加速增长的局面将一直持续到2010年,由于市场规模以达到较高的高度,而且中国汽车产业进入稳定发展时期,汽车电子市场规模增长速度放缓,但仍保持相当高的水平。预计到2010年,中国汽车电子产品市场规模将达到1500亿元。

3. 基础电子元器件助推现代汽车的发展

传感器、控制器、执行器作为汽车电子的基础,对整个汽车系统起着重要的支撑作用,这些技术的发展也随着汽车的发展不断前进。现代汽车已经越来越接近于“自动车”、“智能车”,汽车用基础电子元器件也已经成为这些先进系统的&ldquo⊙;神经末梢”或“控制神经”。当今只要有新的汽车电子应用系统出现,都将催生新的汽车用基础电子元器件与之配套。

传感器。汽车传感器作为汽车电子控制系统的信息“捕获者”,是其关键部件,也是汽车电子技术领域研究的核心内容之一。世界各国对车用传感器的研究开发、提高性价比都非常重视。“没有传感器技术就没有现代汽车”的观点已被世界所公认。汽车电子化越发达,自动化程度越高,对传感器依赖性就越大。目前,一辆普通家用轿车上大约安装几十只传感器,而豪华轿车上的传感器数量可多达200余只。据市场研究报告,2005年全球汽车传感器市场已达到90.5亿美元,在2006年达到101亿美元,预计到2012年汽车传感器销售额达158亿美元。传感器在汽车上主要应用在发动机控制系统、底盘控制系统和车身控制系统。主要有温度传感器、压力传感器、位置和转速传感器、加速度传卍感器、距离传感器、陀螺仪和车速传感器、方向盘转角传感器等。

智能传感器的迅速发展将汽车的安全性能提高到一个前所未有的高度。从目前发展来看,正在逐渐开始被导入高档轿车的智能传感器系统有以下几种:酒精检测MEMS系统,如意法半导体的新型信号处理电路集成酒精传感器,自动雨刷系统,电子式自动照明系统,胎压监测系统,安全气囊触发系统,如飞思卡尔推出的卫星加速度传感器。

加速度、振动、速度传感器是汽车运动测量中的三种主要传感器,目前,世界生产这三种传感器的大型企业有30几家,其中前5名公司占据了31.3%的市场份额。例如Endeveo占13.6%,WilcoxaResearch占9.1%,摩托罗拉占4.2%,IMI占3.0%,AnalogDevices占1.4%。西方发达国家排放法规对尾气排放量日益严格的要求,推动了汽车用氧传感器的开发与生产。目前,已实用的汽车氧传感器有氧化锗氧传感器、二氧化钛氧传感器等几种。

目前国内汽车行业引进国外的先进技术及与之相配套的传感器生产技术,基本满足了国内小批量、低水平车型的配套需求。但国内汽车传感器行业品种少,生产厂家分散,各厂产品品种单一,不配套;性能较落后,抗干扰性差;缺少核心传感器等。国内部分企业采用与国外进行合资经营的方式,消化吸收国外先进的传感器技术,使产品升级换代,逐步发展壮大,但绝大多数企业还只是处于配套生产的状态,利润薄、产品单一、产品质量和技术水平低下。

控制器(ECU)。车用控制器以微控制器(MCU)为核心,还包括前置的A/D转换器、数字信号缓冲器以及放大器等。当前ECU的发展总趋势是从单系统向多系统集中控制过渡。随着通信、连接、计算机技术与汽车的日益融合,MCU在汽车中▉应用的数量越来越多。过去几年里,平均一部汽车大约会用到20个MCU,而现在汽车中使用的MCU数量已达40-60个,部分高档轿车MCU数量已经达到上百个。20♨04年,全球汽车半导体的收入是160亿美元,其中汽车╦╧MCU的销售收入就占到34%,数年内这一比例继续保持。MCU是汽车电子中的核心部件,由于它在汽车电子中实现的功能呈现多样性,从简单的车灯控制到复杂的发动机控制、汽车远程通信等,因此高、中、低端MCU在汽车中都可以发挥作用,可以共存于一个系统中。通过各类MCU销售收入所占百分比的变化可以看出,未来几年高、中、低端MCU在汽车中的应用格局与现在差别不大。总体上呈现出中档MCU所占份额有所下降,而高、低端MCU不断对中档MCU进行挤压。在应用方面来看,未来8位MCU的应用集中在中、低端,32位MCU的应用集中在高端。我国近年来在车身控制器方面取得了很大的发展,中国车身控制系统的增幅仅次于车载信息通信系统的增幅。但是,由于我国缺乏高端MCU应用(如汽车动力和ABS等方面)的开发经验且中国汽车电子应用多受成本抑制,导致中国汽车⊕电子市场低端MCU占据主导地位。

执行器。执行器是用来精确无误地执行电子控制器发出的命令信号。目前汽车用机电式执行器类型很多,如电磁阀а、压电元件、点火电子组件、继电器、热电耦等。其中继电器的发展最为活跃。它是仅次于传感器在汽车上应用最多的汽车电子元器件之一。汽车继电器主要有机电式电磁继电器、电子混合式继电器Γ、热保护继电器、延时继电器等几大类。统计数据显示,2006年全球继电器销售额为42.2亿美元,其中汽车继电器销售额为8.5亿美元,占20.1%。预计2007年全球继电器销售额将达44亿美元,其中汽车继电器销售额为8.9亿美元,增幅4.71%。当前国外汽车继电器的生产量以泰科为龙头,接下来有OMRON、松下、安电、富土通等公司。在众多执行器产品中,汽车继电器在我国也得到了迅猛发展。目前我国境内有300多∑家继电器生产企业,其中约有一半生产汽车继⇔电器。有数据显示,2005年我国汽车继电器总产量为4.5亿个,2006年增长到5.4亿个,卐而到2007年大约升至6.48亿个。

4. 汽车电子元器件的开发重点

随着辅助系统的增加,必须使电子装置之间获得协调,应该从系统功能和电子部件的硬件两方面加以统筹考虑。因此,汽车电子装置之间的协调、可靠性和安全性是今后开发的重点。

控制系统在每辆°゜车上装用多个控制辅助系统,在系统开发阶段就应该考虑到它们之间的协调性。作为车辆的基本性能“行驶”方面,应考虑发动机与传动系的综合控╠╡制,并应与防滑控制功能相协调。在“制动&rd∝quo;功能方面,应该考虑防抱死制动装置(ABS),在“转向”方面,动力转向,四轮转向(4WS)在功能上相近,都应考虑到这些辅助装置之间的协调性。也就是说,要开发出能满足上述3种基本性能的协调系统。从功能上来讲,在分组化的协调系统内,就能易于设计出功能上互相配套合作、支援,系统可靠性良好的产品。另一方面,在设计时应有效配置传感器以节约成本,这也是设计上必※须注意的要点。当考虑到故障诊断时,分为各控制单元内相互联接的车载式自诊断系统与由专门维修调整站进行的非车载式诊断系统,对此,也应考虑到这些设备之间的协调。这样,系统间协调的设计思想将对车辆性能的改进、系统设计、故障诊断设计提供广阔的设计思路,即使对于维修装置也是至为重要的。

信息通信、显示系统之间的协调为了显示汽车的行驶状态而开发了高清晰、高精度、高品位、多功能的一系列显示元件,如液晶显示元件、彩色阴极射线管等☎增大了设计的自由度。在今后不断发展的信息化社会环境中,有必要向驾车者提供车辆状态的多种信息,增加与驾驶计算机导航系统相适应的信息终端设备的功能。随着信息通信需求的增加,⿺移动体通信技术的进步,汽车作为信息载体进一步系统化。在显示技术和信息通信技术向综合系统化发展的过程中,必须注意到系统协调的必要性。

可靠性、安全性随着电子辅助系统的增加,必须提高可靠性,消除故障引起的事故发生率,因此必须进一步发展汽车电子化技术。车用电子装置众多,从使用微机开始,到大型计算机可靠性的提高及类似的援助技术;另一方面,也有组装在机器中的计算机系统的特殊性,所以,必须经常考虑车用电子装置的特殊性。各种车用电子辅助控制系统大多采用微机,由于是内装式结构,很难分离硬件和软件╭╮。因此要求有高度重视成本的设计思想和专业的程序,能较容易编制复杂的程序体系的特点,为此,在开发、生产、检验阶段,要求具有分离硬件软件的分析方法和开发装置,包括开发辅助系统间干扰的检查方法,多样化的程序标准化方法。利用硬件标准化,不断提高电子系统的可靠性,是必不可少的方面。电子系统可靠性的提高,与装车使用的电控单元、传感器、执行元件等要素构成可靠性(硬件方面),与该系统必要的控制方式的可靠性(软件方面)燥有同等重要性。

在控制系统设计阶段,要采取故障安全保险软件、支援系统、容错系统的方法。容错系统,对于降低汽车成本是一个相当困难∮的问题,解决的重要途径在提高计算机性能和降低成本两个方面。主要是研制用于分离硬件、软件功能的硬件模∞拟器和软件模拟器。硬件开发要依靠相当丰富的经验。各种车用辅助系统虽然规模小,但种类繁多,要一个个制造模拟器是非常麻烦的。但是为了保证汽车电子系统的整体可靠性,必须设立必要的检验机构。

电子技术对控制系统、信息系统和显示系统起到了重要作用,为了进一步发展,必须从通用技术方面进行改进:开发高密度电路组装技术、小型化技术,以使功能扩大数十倍;在高密度组装的电路之间,开发用于传感器、执行元件间电气联接的多重通信技术;利用高性能微机和系统控制技术,开发ASIC技术;用于提高软件开发效率的软件开发支援系统≥。

5. 厂商逐步推进国产化

中国汽车电子产业是在中国汽车产业的带动下发展起来的,但是价格竞争才是促使中国汽车电子÷产业发展的主要催化剂。在市场需求的推动下,国外汽车电子厂商和汽车零配件厂商纷纷来华投资,全球汽车电子产品产能开始向中国转移,对这些在华投资的汽车电子厂商来说,在中国建厂不但可以使其迅速抢占中国汽车电子市场,同时也可以利用中国深厚的电子产品加工基础和廉价的劳动力,来控制其产品的成本,以进一步战略国际市场。除外资和合资企业以外,一些本土汽车电子厂商也悄然兴起,他们有些通过OEM等方式进入该市场,后逐渐树立↹自己的品牌,有些通过自主研发,切入相应产品市场。经过几年的发展,中国汽车电子产业吸引了越来越多相关企业的重视,全球各主要汽车电子厂商纷纷加大在华投资力度,欲使中国成为其主要的生产基地之一,此外,许多本土企业也不断发展和壮大,一个设计领域广泛的全球汽车电子产品生产基地初见端倪。但与世界水平相比,中国才▲刚刚起步,随着各汽车厂商对成本的控制力度不断加大,零配件国产化已经成了汽车电子产品发展的必然趋势。除了满足国内需要以外,中国还将在全球汽车电子产业中扮演生产基地的角色,国外汽车电子产能将持续向中国转移将推动中国汽车电子产业的发展。2008≥年,中国汽车电子产业将保持较高的增长速度,并从此开始进入一个加速增长的时期,产业规模增长率有望保持超过30%的增长速度。纵观中国汽车电子市场,在EMS、ESP、ABS等核心汽车电子产品市场上,国外企业依旧占据着明显的优势,这主要是由于本土企业在对汽车核心技术以及电子产品底层技术的掌握上,与那些国际知名企业有很大的差距。但是,在汽车音响、防盗器、中≈控锁等与汽车核心技术联系不是很机密,而且技术要求不是很高的产品领域,中国企业开始逐步显示出优势,它们凭借自身在电子产品生产加工上的优势在市场上站住了脚跟。

6. 我国电子元件⊥行业的发展方向

汽车电子技术近些年有了很大的发展,普遍认为今后还将有更大的发展。这是·由于人们对汽车的需求越来越高,要求汽车更加&l★dquo;清洁”(低污染),更安全,更舒适,更有效率。这对于很多╞传统的机械系统已无法满足,必须转向用电子控制。而电子控制本身也必须不断提高水平。如目前的CPU多数还是8位的,在发动机管理与变速控制方面有用16位,随着导航系统的发展,将会越来越多的应用32位,今后由于通讯系统的引入,预计将会发展到64位,甚至128位。在存储方面将会用DVD-ROM(数字视盘只读器)ρ代替目前的CD-ROM,其存储量可增加6—7倍。此外,要推广电子产品的应用,还必须要不断降低成本,这是一个总的趋势。目前全球电子元件的销售额在电子信息产品制造业中约占15%,我国电子元件的销售额在电子信息产品制造业中也大约占15%左右。在新型电子元件产品中,集成电路和无源元件占全部电子元器件及零部件的生产总成本的46.1%和9.1%,而在总安装成本中却分别占12.7%和55.1%,甚至某些片式元件的管理和安装成本已经超过其价格。因此不难看出,新型电子元件包括片式元件、无源集成元件和无源模块等,已经成为制约整机进一步向小型化、集成化发展的瓶颈。

从世界电子元件的产品结构看,印制电路板、连接器仍是电子元件制造业的两大支柱,产销比例占的也比较大。技术方面,片♂式化已经成为衡量电子元件技术发展水平的重要标志之一,其中,片式电容、片式电阻、片式电感三大无源元件,约占片式元件总产量的85%-90%。电子元件在片式化的同时,也在向小型化方向迅速发展。电装品发展趋势:一是多路传输系统的多通道化,对成本、重量、体积和提高可靠性是有明显优势的,预计这是一项非常有前途的技术;二是光纤通信系统:利用光信号进行控制要比电气信号控制有更多优点,有利于减轻重量,增加控制通道,而且能明显降低噪声。目前,还要在降低成本和提高可靠性等方面继续加以完善。

随着电子设备小型化进程的加快,电子元件复合化和集成化的步伐也在加快。我国电子元件行业近年来发展稳定,我国电子元件产品产量约占全球总产量的30%左右,位居世界前列。但从销售额来看,我国电子元件占全球总销售额还不高。我国生产的电容器、电阻器、磁性材料、电子变压器、压电石英晶体器件、电声器件、微特电机、印制电路板的产量已居世界首位,而且一半以上的产品出口国际市场,印制电路板、电声器件、微特电机、电接插元件、电容器和电子变压器等是我国电子元件出口创汇的支柱产品。但是近年来,我国电子元件进出口贸易逆差越来越大,一方面是受到加工贸易快速增长的影响,另一方面是国产元件不适应高档产品市场日益增长的矛盾越来越突出。新功能、新结构和高性能的电子元件仍需进口,整机国产化率仍然较低。

针对我国电子元件行业的特点,今后几年的发展方向:一是我国电子元件的发展必须以市场为导向,密切跟踪数字化、网络化技术的发展趋势,不断开发新产品,提高技术档次,加快新↘型电子元件的开发,使我国电子元件由生产大国向生产强国转变;二是突破关键元器件技术,电子元件企业要加快技术创新体系建设,提升『行业整体竞争力;三是片式化是电子元件的重要发展方向,不仅市场需求量大,而且充分体现了规模经济的特点,如果结๑·ิ.·ั๑合上下游产品,如材料、零部件、设备、仪器等,形成产业链,则产业规模更大,拉动效益更明显。最后,要把握国际电子信息产业调整和转移的机遇,推动更高层次的国际合作,以资本为纽带,调整产业结构和产品结构,提升管理水平,培育我国电子元件的跨国公司,打造国际级的龙头企业和拳头产品,努力提高国内外市场的占有率,继续保持我国电子元件较快的增长速度。

纵观近十年来汽车技术的重大成就,大都是在应用电子技术上进行的突破,电⊙子技术已成为汽车工业发展的重要动力源泉。目前,我国汽车工业面临入世的巨大冲击,能否在未з来的世界汽车业竞争中能否掌握主动权,关键取决于能否在电子技术上占领制高点。加快汽车电子技术新领域的研究是我国汽车工业发展的当务之急。

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