Мировой рынок систем автомобильной электроники составляет около 45 млрд. долл. Специалисты утверждают, что сегодня на электронные системы приходится около 20% стоимости автомобиля.

К 1998 году сектор интегральных схем для автомобильной электроники (на Западе для его обозначения принят термин auto-IC) стал наиболее быстро развивающейся частью рынка полупроводниковых приборов с долей около 6%. Циклический спад полупроводниковой промышленности в середине 90-х, когда иные отрасли переживали глубокий кризис, практически никак не отразился на сегменте auto-IC. Более того: продажи росли со средними темпами 8% в год. Подобная ситуация обуславливалась своеобразным «переводом» сложных электронных систем (например, устройства цифрового управления подвеской или боковыми воздушными подушками, антиблокировочные и навигационные системы и т. д.) из сектора автомашин класса «люкс» в нишу стандартных моделей.

По мнению Джорджа Фрая, аналитика компании Forward Concept, годовой объем рынка автомобилей практически не связан с ростом рынка автомобильной электроники. Ежегодные темпы роста выпуска автомобилей невелики и едва ли достигают 1% (в 2000 году было выпущено 55 млн. машин); такое положение вещей, как полагают, не изменится вплоть до 2005 года. Однако полупроводниковая «начинка» машин будет существенно большей, ведь появляются все новые типы автомобильной электроники, причем во всевозрастающих объемах. В 1998-2005 годах ежегодный рост продаж микросхем для автомобильных мультимедийных систем, средств безопасности и охраны, кузовной электроники в среднем составит 12%, а аналогичный показатель для систем управления двигателем или автомобилем приближается к 5-процентной отметке.

Наиболее широко автомобильная электроника будет использоваться в Северной Америке, Европе и Японии; в остальных регионах мира использование таких схем будет существенно меньшим, но и здесь они будут «трудиться», по крайней мере, над снижением потребления топлива и сокращением вредных веществ в выхлопных газах.

Рынок автомобильной электроники в цифрах

Ситуацию на этом рынке, как ни странно, в значительной степени определяют не конкуренция и не потребители, а... государственные органы, постоянно ужесточающие требования к безопасности движения и заботящиеся о снижении загрязнения окружающей среды.

Мировой рынок систем автомобильной электроники в настоящее время составляет около 45 млрд. долл., причем на долю полупроводниковых приборов приходится около 8 млрд. долл. К 2005 году он достигнет 75 млрд. долл. с долей полупроводниковых приборов уже в 19 млрд. долл. В структуре рынка полупроводниковых приборов для автомобильной промышленности выделяют четыре сектора: два больших — кузовная электроника (объем продаж 3,4 млрд. долл.) и системы управления двигателем и автомобилем, в значительной степени определяющие экологическую безопасность автомобиля (4,2 млрд. долл.), и два меньших — мультимедийные системы (0,6 млрд. долл.) и системы безопасности и охраны (1,2 млрд. долл.). Но к 2005 году положение дел должно кардинальным образом поменяться; в лидеры выйдет кузовная электроника с предполагаемым объемом продаж в 6,9 млрд. долл. На системы управления двигателем и автомобилем придется 6 млрд. долл., на мультимедийные системы — 1,4 млрд. долл., а на системы безопасности и охраны — 2,8 млрд. долл. Дело в том, что западный мир в значительной степени уже решил экологические проблемы, связанные с автотранспортом, и все больше и больше внимания уделяет безопасности движения и его комфорту. Доля полупроводниковых приборов в стоимости автомобиля будет расти со среднегодовыми темпами 9%. Любопытно, что ниши дискретных устройств и особенно дисплеев будут таять, как шагреневая кожа, а вот удельный вес «умных» датчиков на твердотельных электронных схемах, способных устанавливать и поддерживать связь со схемами управления, почти удвоится. Соответственно и годовые темпы прироста продаж составят: дискретные приборы — 6%, дисплеи — 4%, датчики — более 20%. Вообще говоря, на смену автомобильным компьютерам, дисплеям и прочим электронным системам идут надежные и недорогие, более точные и интеллектуальные датчики.

Безусловно, рынок автомобильной электроники не представляет собой единого целого. Поставки полупроводниковых приборов теснейшим образом «привязаны» к модульным системам, используемым производителями автомобилей. Для повышения эффективности электронных систем стандарты постоянно видоизменяются, делая возможным применение более универсальных и менее дорогих микросхем. Самым ярким примером такой политики является сетевая система с мультиплексированием каналов, позволяющая объединить все используемые в автомобиле подсистемы.

Автомобиль — это сеть

Сроки разработки и внедрения автомобильной и стандартной бытовой электроники всегда были неодинаковы; для бытовой электроники сроки эти, естественно, короче. Это приводило и до сих пор приводит к тому, что в автомобилях практически не используется современная техника, и фактически полупроводниковая «начинка» автомашин имеет приличный — по меркам мира микроэлектроники — возраст.

Разумеется, подобное положение вещей необходимо исправлять. Известный лозунг корпорации Sun Microsystems «компьютер — это сеть» активно примеряют и к автомобильной электронике. Уже сейчас активно используются электронные шины данных интеллектуальных транспортных систем (IBD), позволяющие улучшить обмен информацией между различными автомобильными системами и, что еще важнее, облегчить установку новой электроники. Эти устройства поддерживают последовательный коммуникационный протокол, позволяющий без особых проблем подключать новую аппаратуру к сети автомобиля. Тем самым устраняется ситуация, когда производители бытовых изделий были вынуждены снабжать свою продукцию всякий раз новыми интерфейсами, в соответствии с внутренними сетями конкретного производителя автомобилей. Второе преимущество изделий, созданных по принципу IBD, заключается в том, что к подобным устройствам предъявляются значительно менее жесткие эксплуатационные требования, поскольку их работа не создает помех осуществлению основных функций управления автомобилем или работе систем безопасности.

Конечно, IBD будут использоваться практически всеми производителями автомобилей, даже несмотря на то, что архитектура разрабатываемого для них программного обеспечения в Европе и Азии может отличаться от американской. Как предполагают, IBD будет способствовать быстрейшему внедрению электроники в среду автомобиля, а значит, приведет к расширению использования электроники, повышению конкуренции на рынке встраиваемых автомобильных электронных систем и, наконец, к снижению их стоимости.

Реальный сдерживающий фактор на пути массового применения современных электронных систем в настоящее время, как это ни парадоксально, заключается в том, что производители автомобилей, осознавая, что запуск в производство новых видов машин — весьма и весьма дорогая вещь, желают убедиться в востребованности встраиваемой в них электронной начинки. Они хотят быть уверены в этом еще до того, как новейшие электронные устройства войдут в серию. Применение же идей IBD позволит изготовителям автомобильной электроники продавать устройства, разработанные по наиболее перспективным технологиям.

Осенью 2000 года два автомобильных гиганта — BMW и DaimlerChrysler и две ведущие микроэлектронные компании — Motorola и Philips Semiconductors объявили о совместном решении создать консорциум FlexRay. Цель этого проекта — создание стандарта быстродействующей автомобильной аппаратуры управления с обменом информацией по автомобильной сети (система x-by-wire). FlexRay обещает расширить набор стандартов внутримашинных сетей, таких как CAN, LIN, MOST. В Motorola и Philips намерены создавать интегральные схемы передачи данных на канальном и физическом уровнях.

Коммуникационные системы стандарта FlexRay позволят передавать информацию как в синхронном, так и в асинхронном режимах со скоростью порядка 10 Мбит/с. Передача информации будет детерминированной, с фиксированным временем ожидания сообщения и защитой от случайных помех. Данная технология предусматривает тактовую синхронизацию на базе глобального системного времени; среди ее несомненных плюсов — исключительно быстрое обнаружение ошибок и немедленное оповещение о них.

Внутренние проблемы автомобиля

Постоянное увеличение удельного веса электронных систем в автомобилях порождает проблемы с обеспечением их электроэнергией. Это затрудняет использование в полном объеме новых компонентов электронного управления тормозами, стартером, генератором, клапанами и т.д.

Чтобы устранить эти трудности, через пару лет предлагается перейти на новый стандарт электропитания, в соответствии с которым напряжение аккумулятора будет увеличено с 12 до 36 В, а генератора — с 14 до 42 В. Кроме того, использование этого стандарта может принести значительную выгоду от снижения себестоимости двигателей и силовых приводов, а вес указанных агрегатов может быть снижен на 25%. Еще один плюс — возможность снизить порог всплесков напряжения от генератора ориентировочно до 20 В; сейчас же полупроводниковые приборы должны выдерживать всплески напряжения до 60 В.

Однако введение таких норм не будет беспроблемным: могут начаться трудности с одной из важнейших систем автомобиля — фарами. Дело в том, что для обеспечения нужной силы света необходимо иметь ту же самую мощность ламп накаливания, а при повышении напряжения для получения той же самой мощности следует снизить ток в нити накаливания. Снижение тока, в свою очередь, приведет к пропорциональному уменьшению диаметра нити накаливания. В то же время уже сейчас вольфрамовые нити накаливания достаточно тонки, и их дальнейшее утоньшение может привести к нестабильной работе фар — например, при вибрации автомобиля, что, конечно, недопустимо, ведь идеальных дорог еще никто не придумал и не построил.

Безусловно, применение нового стандарта не принесет и прямых выгод с точки зрения стоимости полупроводниковых приборов — хотя бы потому, что необходимая переделка электрической системы внесет существенные изменения в их конструкцию. Во что это выльется, никто пока не подсчитывал.

Общение с внешним миром

Навигационное оборудование и интеллектуальные транспортные системы (ITS) во всем мире стали объектами самого пристального интереса. Подобное оснащение помогает решить многие проблемы — сократить время транспортировки, получить информацию о дорожно-транспортных происшествиях, оценить степень загрязнения окружающей среды и проч. Использование ITS повышает пропускную способность трасс и безопасность движения, увеличивая информированность водителей о текущей и ожидаемой транспортной ситуации. ITS включает элементы, которые поддерживают связь с транспортными средствами, электронные подсистемы сбора и обработки информации о транспортных потоках, а также средства транслирования этой информации в целях управления транспортными потоками.

В ближайшее время большинство автомобильных электронных систем, которые сопрягаются с информационными системами и системами управления движением автотранспорта, будут включаться в состав IBD или аналогичных системных шин данных. Однако общепринятого, единого подхода к интеграции автомобильной электроники в мире нет, поскольку существуют различия в методах конструирования и использования автомобилей в Америке, Японии, Европе и других регионах. А это отражается на требованиях к автомобильной электронике. В США, например, три крупнейших автомобильных концерна сейчас способны конкурировать в любых подходах к интеграции электронных автомобильных систем. В Европе же ряд независимых поставщиков автомобильной электроники поддерживает разных производителей автомобилей в разных странах, ввиду чего здесь имеется чрезмерно широкий разброс требований к электронным системам. Осознавая опасность такой ситуации, европейцы в настоящее время прикладывают значительные усилия по конструированию единой технологии автомобильной шины данных. Если ее удастся создать, то при установке новой электронной аппаратуры в автомобиль не будет никаких проблем — поставил и поехал!

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями