MaaS
車載電氣系統超前部署 48V輕油電擁抱新應用
48V技術為了遵循CO2規格,可實現再生煞車及中間能源儲存等功能,之後還能針對傳統燃燒引擎提供電氣支援,不過在未來限值方面,似乎無法重現相同效益,因此許多汽車製造商都以HV-BEV為發展方向。圖1顯示在遵循未來限值的情況下,電動車市占率可能的發展情形。這說明為何各界通常將48V車輛電氣系統視為銜接技術。
圖1 ICE、48V輕油電混合車及電動車在遵循未來限值的情況下,可能的市占率發展示意圖
就技術觀點而言,本地零排放的純電動車顯然是理想解決方案,必須依此進行開發及推廣。不過是否要完全仰賴HV電動車,則成為各界爭論的話題。其中的風險在於燃料電池或CO2中和合成燃料等充滿潛力的技術,其開發工作可能會因此受到影響,導致喪失潛力十足的關鍵技術。此外如果全球改為使用純電動車,在原料生產及能源產生方面,還無法達到CO2中和的境界,特別是能源組合及HV電池的生產及回收問題,可能對碳足跡造成負面影響。其中的決定性因素,將是實作電動車技術在未來實現CO2中和目標的時間,以及48V車輛電氣系統如何為此提供支援。因此以下主要將探討48V車輛電氣系統是否只能作為銜接技術,以及是否具有進一步的發展潛力。
48V架構/應用逐步成市場矚目焦點
動力傳動系統有各種電機(EM)整合選項(P0至P5)。連接式燃燒引擎的「增壓」及「動能回收」,以及分離式燃燒引擎的「滑行」等基本功能,可在所有組態中實現,其中分離運作時必須使用自動啟動離合器。有別於受曲柄軸速度影響的P0及P1組態,P2至P5組態的共同點,就是可在內燃機引擎分離時回收煞車動能,並在48V系統的效能範圍內實現純電動駕駛。P4及P5架構也能以48V系統為基礎實現全輪駕駛功能。
不論驅動時使用的是HV-BEV、燃料電池或合成燃料,其他裝置的48V電壓位準都比12V更節能,在車輛中的安裝及運作也比HV更簡單,具有最佳化的可能性。視驅動概念而定,圖2顯示可能的48V應用,例如2~4kW的電動渦輪增壓器(eTurbo)、4~5kW的電動空調壓縮機(eA/C)、1~5kW的電動催化劑加熱(eCAT)、PTC輔助加熱器及擋風玻璃除冰等電動加熱器、1~5kW的電動驅動及滾動穩定(ERC)、最高1kW的泵及風扇,以及其他需要高電源密度及/或連續使用的應用。目前採用P2-P4組態的第二代輕油電混合車,正以48V為發展方向開發前述應用,此外也在HV-BEV作為第三電壓位準。
圖2 搭載48V輔助裝置的雙電壓車輛電氣系統示意圖
如果再稍微進一步探討都會行動商業部門的未來發展,或是所謂的「公共運輸行動服務(MaaS)」整體概念,就能為48V技術開創更多應用機會。相較於HV-BEV目前所需因應的極長範圍(>400km)及持續縮短充電時間等需求,48V技術的主要焦點為成本、電池重量、隔離保護,以及2km至20km的短距離行駛。有足夠時間在工作期間、整夜或類似期間進行充電,視車輛基礎設施及停車情形而定。對此項需求而言,計算顯示30kW驅動足以讓小型都會車完成都會及陸上的標準週期。此外,48V BEV動力傳動系統的成本,在此運作週期中約比HV400V BEV動力傳動系統便宜25%。目前市面上已經有負載最高1,000kg的商用車採用48V BEV,而採用48V BEV的摩托車及電動機車也在市場上站穩腳步,部分車款甚至採用可更換電池。以上所有實作都能採用已開發或預定開發的輕油電混合車應用,例如含電池管理系統(BMS)的電池、變頻器、DC/DC轉換器及輔助設備。
MaaS如何持續發展仍是問題所在。即使是傳統汽車製造商,目前也重新調整定位,並擬定策略轉型為MaaS供應商,定義全新的生態系統。這類車款因應完整行動力範圍的問題,除了可讓數人搭乘的小型都會車外,也有類似於EasyMile的「接駁POD」,提供12位乘客的運輸能力,並以類似於巴士的「人員移動裝置」及「貨物移動裝置」作為最後一哩服務。前述車款由於重量高於小型都會車,因此需要更高的電源密度。這可能讓48V不僅用於傳統動力傳動系統及輔助裝置,也將用於轉向、煞車及駕駛穩定性等項目,此外也可能用於輪轂馬達。類似應用也出現在卡車、農業、營造機械、堆高機、特殊車輛及航空市場。
即使前述應用只有部分獲得實作,且未來發展仍有很長一段路要走,但這有可能大幅延長48V的生命週期。
48V架構巧搭車載元件精準控制
48V車輛電氣系統的半導體,主要用於控制電動馬達、配電變頻器或向輔助裝置供電,還以DC/DC轉換器連結48V及12V電氣系統層級。其中的對應元件包括感測器、微控制器、電源供應器、通訊及驅動器IC。
圖3顯示控制啟動器-交流發電機的半導體基本配置;啟動器-交流發電機是48V車輛電氣系統的關鍵元件。為了向微控制器供電,因此將系統電壓(48V)降低至微控制器及其他IC的一般程度。這是供電IC(安全系統供電)的基本功能,也可在功能安全領域執行其他作業。微控制器可實現電動馬達的場導向控制,以及在交流發電機運作時控制勵磁機繞組。微控制器為此實作複雜的計時器單元,並透過各種通訊匯流排(例如CAN)與車輛的其他控制單元通訊。
圖3 48V微型混合系統搭配主要半導體元件的方塊圖
如果使用適當的感測器,電動馬達轉子的轉子位置及旋轉速度,以及目前通過變頻器的電流,就可接受量測並傳輸至微控制器。智慧型感測器IC已經可以在內部處理量測資料,並透過感測器匯流排以數值方式將此項資料提供給微控制器。為了精準控制馬達,也必須將個別馬達相位的電流傳輸至微控制器,因此會在變頻器使用分流電阻器,或使用磁場感測器判定電流。
低損耗MOSFET通常在48V車輛電氣系統作為功率級IC,大多是以專屬的三相驅動器控制及監控,並可於緊急狀態時切換為安全狀態。除了馬達驅動器IC以外,其他重要元件還包括高效能閘極驅動器IC,可搭配MOSFET提供高度可靠的電池開關或安全開關,因應48V/12V隔離需求。48V車輛電氣系統以DC/DC轉換器與12V車輛電氣系統電氣耦合。
48V系統需慎選應用
半導體商如英飛凌(Infineon)為48V系統提供完整的晶片組系統解決方案,其中涵蓋穩壓器、收發器、感測器、微控制器、智慧型電源驅動器,乃至於電阻較低的MOSFET。
AURIX微控制器系列可謂成功,特別是動力傳動系統領域,不過也能因應其他領域需求,例如安全或駕駛輔助系統。同時最新一代AURIX TC3xx產品(40nm搭配嵌入式快閃記憶體)也正在生產,提供高效能及高效設計的所有要素。這樣設計人員就可選擇各式各樣的可擴充記憶體容量、周邊裝置功能、頻率、溫度及封裝選項。AURIXTC3xx系列採用多核心架構,包含六個獨立運作的32位元TriCore處理器核心,運算效能遠超過前代產品。該微控制器結合即時功能、資料安全及功能安全,能夠滿足最高ASIL-D的ISO 26262系統需求。
AURIX與TLF35584安全供電裝置是良好組合。外部安全裝置不僅提供電力,也能監控供電及微控制器的功能安全(例如看門狗),有時也負責在發生安全相關故障事件時,將系統切換為安全狀態(失效安全)。如此可提高系統可用性,同時也能個別設定微控制器的錯誤回應。48V系統的其他重要通訊及電源元件為隔離CAN收發器及橋接驅動器IC。
48V應用對80V及100V MOSFET具有高度需求,用於啟動器-交流發電機(皮帶驅動或整合式)、DC/DC轉換器或電池主開關等應用。而英飛凌OptiMOS5系列提供可擴充的低導通電阻器(最低1.2mΩ)產品組合及多種封裝,例如新型TOLL(TO無鉛)、TOLG(HSOG-8)、TOLT(頂端冷卻提供高效能)、裸晶及晶片嵌入。
同時,48V系統也需要精準強大的感測器,感測BLDC馬達的轉子位置,以及用於量測電流。基本上感測器占用空間應越小越好,具備低損耗、彈性及符合成本效益等特性,並在完整的服務壽命期間提供高度精準、強大及安全的運作。例如霍爾型電流感測器XENSIV TLI4971,是英飛凌新系列「無核心」電流感測器的首款產品,可因應前述所有需求,量測電流最高可達120A,經校正後可供貨使用。
晶片嵌入技術降元件/接合複雜度
如英飛凌與Schweizer Electronic AG也合作開發功率MOSFET晶片嵌入技術(圖4)。這項技術可提升最高60%的48V系統效能,同時降低元件及接合技術的複雜度。晶片嵌入技術的MOSFET,並不像之前一樣焊接至印刷電路板,而是直接整合,也就是所謂的標準單元,其採用銅製導線架的MOSFET裸晶。其中提供的相關熱能及電氣優勢,可大幅提升電源密度,同時也更為可靠,特別是在與陶瓷模組比較的情況下。這樣開發人員就能提升48V系統效能,或使其更具成本效益。例如整合式48V啟動器-交流發電機扮演重要角色,讓輕油電混合車排放的CO2比傳統傳動動力系統減少15%。
圖4 使用晶片嵌入可進一步提升35%的電源密度
依據本文所述背景及應用範例,針對車用48V車輛電氣系統電壓技術進一步投資及系統最佳化,無疑為合理作法。
(本文作者皆任職於英飛凌,Dusan Graovac為汽車系統工程部門總監暨全球負責人;Christoph Schulz-Linkholt為配電部門首席系統架構師;Thomas Blasius任職於汽車車體系統行銷部門)
Mobileye/WILLER攜手合作 自駕計程車最快明年上路
英特爾(Intel)旗下汽車公司Mobileye與跨足日本、東南亞與台灣的交通營運商WILLER形成策略性合作,將在日本、台灣及東南亞提供自動駕駛計程車(Robotaxi)服務。透過基於Mobileye的自駕車(Automated Vehicle, AV)技術,自駕交通解決方案將從日本開始測試並部署。
圖 Mobileye與WILLER形成策略性合作。來源:Mobileye
英特爾高級副總裁暨Mobileye總裁/執行長Amnon Shashua表示,與WILLER的合作促進Mobileye的全球交通生態系布局,帶來有意義的發展。期待透過合作,為亞洲市場帶來便利的自駕車行車服務。
Mobileye與WILLER正在嘗試透過雙方優勢,尋找自駕車與按需求調整班次的自駕接駁車的商業模式。Mobileye將會提供自駕車的整合系統,而WILLER則補足針對不同地區的法規與使用者特性,規劃每個地區的服務形式,並為車隊營運公司提供方案。
兩公司預計在2021年讓自駕計程車在日本上路,同時於2023年推出全自駕的叫車及共享汽車服務,並在未來進一步將類似的服務移植台灣及其他東南亞市場。就Mobileye而言,與WILLER合作增進其邁向全球交通行動服務供應商(Mobility-as-a-service, MaaS)的目標。自從向外宣布成為行動服務的供應商,Mobileye便開始一系列的向外合作,串接不同城市、交通機構與移動技術公司,藉此在主要市場中發展並部署自駕解決方案。
WILLER成為Mobileye的MaaS合作夥伴,而WILLER旨在整合不同國家/區域用戶間的使用者體驗,並在2019年推出一個MaaS App,今年App的QR code可以做為行動支付使用。WILLER已經與台灣的大型巴士營運商、越南最大的計程車公司取得合作,同時投資新加坡最大的共享汽車公司Car Clud,並與150個日本在地的交通供應商合作。
結合Mobileye的自駕技術與WILLER對亞洲市場的緊密合作關係,兩公司的合作將促進新興運輸模式的發展,包含客運、鐵路與共享汽車等。未來自駕車有望提供符合使用者需求的乘車體驗,在日本面對高齡化社會與駕駛短缺的狀況下,提供減少交通事故與塞車的乘車服務。
晶片商新品/布局策略再現 CES 2020自駕風潮持續延燒
日前CES 2020落幕,本次展覽亮點仍聚焦於自駕技術發展,晶片大廠趁勢展示最新技術及合作策略,如高通(Qualcomm)發布汽車運算晶片以開拓自駕市場,以及英特爾子公司Mobileye宣布與兩大國際城市達成協定,拓展其ADAS市場藍圖。
資策會MIC副所長洪春暉表示,汽車產業仍為本次展會最受矚目的焦點,汽車產業演進趨勢之一即為自駕化。而晶片大廠高通為火力集中於自駕化的例子,在本次展會針對自駕車市場推出運算晶片,為一大亮點。
高通推首款汽車運算平台 降低自駕系統功耗
高通於展期間首度推出汽車運算晶片—Snapdragon Ride平台,進一步開拓自駕車市場。
平台內包括Snapdragon Ride Safety系統單晶片(SoC)、安全加速器(Snapdragon Ride Safety Accelerator)及自動疊層(Snapdragon Ride Autonomous Stack)(圖1)。
圖1 高通推新汽車平台整合自動駕駛疊層及安全加速器
高通技術公司產品管理高級副總裁Nakul Duggal表示,這些解決方案可在功率受限的環境於各類型的汽車上運作。
該平台具有高度可擴展性、開放性、可訂製且具高度功耗優化的自動駕駛解決方案,滿足從新車評價計畫(NCAP)至L2+高速公路自動駕駛到自駕計程車的系列需求。
此平台結合Snapdragon Ride自動疊層、汽車製造商或一級供應商的運算法,加速於大眾汽車市場部署高性能自動駕駛。
新平台旨在透過高效能硬體及人工智慧技術,以及開創性的自動駕駛疊層,解決自動駕駛和先進駕駛輔助系統(ADAS)的複雜性,提供全面、高成本效益和高能源效率的系統解決方案;其系統單晶片、加速器和自動駕駛疊層組合支援自動駕駛系統的三個產業領域—用於車輛的L1/L2主動安全先進駕駛輔助系統、L2+便利型先進駕駛輔助系統,以及L4/L5全自動駕駛。
據悉,Snapdragon Ride平台搭載可擴展和模組化的異構高性能多核CPU、高能效人工智慧和電腦視覺引擎與GPU,可根據各市場區隔需要使用,提供良好的熱效率,從用於L1/L2應用的每秒30兆次(TOPS)運算表現,至L4/L5駕駛所需的130W以上700兆次(TOPS)運算表現。
此外,新自動駕駛軟體疊層已整合至新平台,加速汽車OEM和一級供應商開發和創新,且該軟體疊層可為複雜使用案例提供優化的軟體和應用程式,協助提升日常駕駛安全性與舒適度。
高通整合式車用平台提升該公司在車聯網、車載資訊娛樂系統及車內互聯領域的地位,訂單總值超過70億美元;新晶片預計於2020年上半年可提供汽車製造商和一級供應商預開發,同時搭載該晶片的車輛將於2023年量產。
Mobileye放眼自駕前景首攻中國市場
至於英特爾子公司Mobileye則進一步擴大先進駕駛輔助系統(Advanced Driver-Assistance System, ADAS)及自動駕駛移動即服務(Mobility-as-a-Service, MaaS)的全球版圖,於CES 2020期間宣布分別與上海汽車集團(上汽集團)及韓國大邱廣域市合作。
Mobileye首度攻入中國市場,偕上海上汽於中國布建L2+系統,使用Mobileye道路體驗管理(Road Experience Management, REM)技術及全球雲端地圖資料庫RoadBook,匯集中國道路資訊,製作高清晰度地圖以供L2+和更高自動駕駛層級車輛使用,推動中國L2+級ADAS系統布建,並提供其他OEM合作車廠進入中國地圖測繪市場的機會。
另一方面,該公司則聯手韓國大邱廣域市推動自駕MaaS布建,結合自動駕駛計程車(Robotaxis)移動服務協定,預計連同大邱廣域市(直轄市)測試、部署自動駕駛計程車移動解決方案,將自駕系統整合至車輛中,實現無人駕駛MaaS操作。
該公司於全球亦有多方合作案例,如與巴黎大眾運輸公司(RATP)聯合巴黎市政府將自動駕駛計程車(Robotaxis)導入法國市場;與中國蔚來汽車(NIO)合作生產該公司自駕系統,並銷售搭載該系統的消費者層級自駕車;聯手福斯汽車(Volkswagen)及Champion Motors的合資事業在以色列經營自動駕駛計程車隊等。
本次的兩項合作反映Mobileye針對車用市場的投入策略,包括地圖道路體驗管理、先進駕駛輔助系統、自動駕駛移動即服務和消費者自動駕駛車輛(Autonomous Vehicle,...
Mobileye看好自駕潛力 強攻中韓市場
英特爾子公司Mobileye進一步擴大先進駕駛輔助系統(Advanced Driver-Assistance System, ADAS)及自動駕駛移動即服務(Mobility-as-a-Service, MaaS)的全球版圖,於CES 2020期間宣布分別與上海汽車集團(上汽集團)及韓國大邱廣域市合作,拓展該公司於全球布建自駕技術版圖,進一步提升駕駛體驗。
Mobileye持續擴展ADAS、MaaS及AV等領域版圖。
Mobileye執行長暨英特爾資深副總裁Amnon Shashua表示,該兩項新協議拓展Mobileye在MaaS和ADAS領域的全球版圖,同時進一步接近完全自動駕駛。
Mobileye首度攻入中國市場,偕上海上汽於中國布建L2+系統,使用Mobileye道路體驗管理(Road Experience Management, REM)技術及全球雲端地圖資料庫RoadBook,匯集中國道路資訊,製作高清晰度地圖以供L2+和更高自動駕駛層級車輛使用,推動中國L2+級ADAS系統布建,並提供其他OEM合作車廠進入中國地圖測繪市場的機會。
另一方面,該公司則聯手韓國大邱廣域市推動自駕MaaS布建,結合自動駕駛計程車(Robotaxis)移動服務協定,預計連同大邱廣域市(直轄市)測試、部署自動駕駛計程車移動解決方案,將自駕系統整合至車輛中,實現無人駕駛MaaS操作。
該公司於全球亦有多方合作案例,如與巴黎大眾運輸公司(RATP)聯合巴黎市政府將自動駕駛計程車(Robotaxis)導入法國市場;與中國蔚來汽車(NIO)合作生產該公司自駕系統,並銷售搭載該系統的消費者層級自駕車;聯手福斯汽車(Volkswagen)及Champion Motors的合資事業在以色列經營自動駕駛計程車隊等。
本次的兩項合作反映Mobileye針對車用市場的投入策略,包括地圖道路體驗管理、先進駕駛輔助系統(ADAS)、自動駕駛移動即服務(MaaS)和消費者自動駕駛車輛(Autonomous Vehicle, AV)等領域,據悉該公司於2019年的銷售額接近10億美元,有望於2020年達到雙位數成長;至2030年MaaS總體潛在市場規模(Total Addressable Market, TAM)將達1,600億美元,拓展其於ADAS領域的地位。