據(jù)美國(guó)交通部稱，僅在美國(guó)，機(jī)動(dòng)車每年的行駛里程數(shù)就超過(guò)了4萬(wàn)億英里。為了理解這一數(shù)字所代表的距離，想象一下光從太陽(yáng)到達(dá)地球大約需要8 分鐘，但走完美國(guó)機(jī)動(dòng)車每年行駛的里程則需要8個(gè)多月。以上統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)并不代表人們渴望在路上花更多時(shí)間，而是表述汽車在日常生活中扮演的核心角色。由于角色重要，人們?cè)絹?lái)越期待車輛系統(tǒng)更安全，其提供的個(gè)人化輔助和易用性水平也能像機(jī)動(dòng)車駕駛員和乘客的手機(jī)和平板電腦提供的一樣。 

 消費(fèi)者需求和競(jìng)爭(zhēng)壓力促使廠商提高汽車、卡車及其它公路車輛的智能化水平。例如，雪佛蘭沃藍(lán)達(dá)(Chevy Volt) 汽車中使用了近100個(gè)微處理器，共運(yùn)行約1000萬(wàn)條代碼，使得雪佛蘭沃藍(lán)達(dá)的軟件運(yùn)用比波音787夢(mèng)幻客機(jī)、以前的航天飛機(jī)和當(dāng)代的噴氣式戰(zhàn)機(jī)還豐富。在這種電動(dòng)汽車?yán)铮髁鞯钠囋O(shè)計(jì)越來(lái)越依賴更加復(fù)雜精細(xì)的電子系統(tǒng)。 

 今天，設(shè)計(jì)師們可以利用各種日益強(qiáng)大的硬件和軟件技術(shù)來(lái)創(chuàng)建更復(fù)雜全面的汽車解決方案。結(jié)合AUTOSAR (AUTomotive Open System Architecture，汽車開(kāi)放體系結(jié)構(gòu))等基于標(biāo)準(zhǔn)的平臺(tái)，制造商們可以將各種汽車子系統(tǒng)混合及匹配，滿足特定的成本、性能和功能要求。實(shí)際上，汽車技術(shù)的進(jìn)步接踵而至，但最顯著的進(jìn)步主要以汽車技術(shù)領(lǐng)域的五種關(guān)鍵趨勢(shì)為中心。 

 技術(shù)趨勢(shì) #1：先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 

 ADAS基于嵌入式可視技術(shù)，其設(shè)計(jì)旨在降低駕駛過(guò)程本身中駕駛員的負(fù)擔(dān)。根據(jù)這種概念，可視系統(tǒng)圍繞在車輛周圍，旨在形成保護(hù)車輛免受駕駛員失誤、道路障礙、其它車輛和行人等影響的保護(hù)罩。利用其視覺(jué)處理能力，這些系統(tǒng)為車上安全系統(tǒng)提供識(shí)別和追蹤信息，實(shí)現(xiàn)車道偏離告警、防撞、駕駛員疲勞檢測(cè)和其它更多保護(hù)功能。 

 嵌入式視覺(jué)系統(tǒng)的識(shí)別和實(shí)時(shí)跟蹤能力傳統(tǒng)上需要圖像捕獲和處理技術(shù)領(lǐng)域高度專業(yè)化的知識(shí)。如今，很多資源能幫助我們簡(jiǎn)化這些復(fù)雜視覺(jué)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。專業(yè)視覺(jué)處理器、多核CPU和視覺(jué)軟件庫(kù)的組合，讓每個(gè)工程師都擁有了復(fù)雜視覺(jué)的能力。事實(shí)上，多種開(kāi)發(fā)工具套件，例如安富利的Blackfin嵌入式視覺(jué)啟動(dòng)套件等，都能通過(guò)提供構(gòu)建這些解決方案所需要的全套硬件、軟件和測(cè)試功能，顯著降低視覺(jué)式系統(tǒng)的準(zhǔn)入門檻。 

 技術(shù)趨勢(shì) #2：先進(jìn)電機(jī)控制 

 除初級(jí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)外，高級(jí)汽車還裝配了驅(qū)動(dòng)各類油泵、風(fēng)扇、壓縮機(jī)、旋轉(zhuǎn)器、制動(dòng)器和自動(dòng)駕駛裝置的專用電機(jī)控制系統(tǒng)。大多數(shù)情況下，受效率和控制能力最大化的渴望推動(dòng)，工程師們漸漸舍棄傳統(tǒng)的標(biāo)量控制系統(tǒng)，轉(zhuǎn)而采用更復(fù)雜的數(shù)字矢量控制算法，以提供最大扭矩并且加/減速的速率精確受控。新興的無(wú)感控制方式進(jìn)一步促成更多高性價(jià)比解決方案出現(xiàn)，為工程師提供駕馭先進(jìn)級(jí)矢量控制方法強(qiáng)大力量的最大化電機(jī)能力。 

 復(fù)雜的電機(jī)控制方法提供極大靈活性，但對(duì)設(shè)計(jì)師而言充滿挑戰(zhàn)。實(shí)際上，要使矢量控制設(shè)計(jì)的電機(jī)在任何極端情況下能都穩(wěn)定工作，就需要高度專業(yè)化的知識(shí)，并且在開(kāi)發(fā)周期較短時(shí)往往會(huì)陷入困境。Zynq?-7000 All Programmable SoC/ Analog Devices智能驅(qū)動(dòng)套件等開(kāi)發(fā)套件的出現(xiàn)，極大地簡(jiǎn)化了這些技術(shù)的應(yīng)用（圖1）。智能驅(qū)動(dòng)套件包含一整套開(kāi)發(fā)軟件、電機(jī)控制參考設(shè)計(jì)和大氣污染，還包括最新的Analog Devices數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和基于ARM Cortex-A9 雙核處理器的Xilinx Zynq-7000 All Programmable SoC。 

 德州儀器 (Texas Instruments) 采用其基于C2000的Piccolo MCU系列，進(jìn)一步將電機(jī)控制功能壓縮到單芯片解決方案內(nèi)。德州儀器這些專門的MCU在片上ROM中集成了該公司的InstaSPIN電機(jī)控制軟件解決方案，進(jìn)一步縮短這些復(fù)雜應(yīng)用的開(kāi)發(fā)周期。

 技術(shù)趨勢(shì) #3：引擎/能源管理系統(tǒng) 

 人們對(duì)更遠(yuǎn)行駛距離和更低燃料成本的渴望，提升了在車輛銷售時(shí)，每加侖行駛英里數(shù)額定指標(biāo)的重要性，也刺激引擎管理向高效數(shù)字化系統(tǒng)轉(zhuǎn)化發(fā)展。除了在電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車中提供嚴(yán)格安全的電池監(jiān)控功能，管理系統(tǒng)還為優(yōu)化燃油或電池能量利用率提供所需的能量監(jiān)測(cè)、分析和控制。 

 當(dāng)在全車分散布設(shè)控制系統(tǒng)成為電機(jī)控制技術(shù)的趨勢(shì)時(shí)，引擎管理的方式卻是將信息從外設(shè)向中央控制器集中。因此，這些管理系統(tǒng)面對(duì)的困難，是將來(lái)自動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)，與燃料或能量單元使用的復(fù)雜模型相協(xié)調(diào)，以優(yōu)化整體工作狀態(tài)。 

 對(duì)設(shè)計(jì)人員而言，一系列廣泛的車用傳感器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和微處理器為這些解決方案提供了主要部件。NXP半導(dǎo)體的MC33975這類的器件配合集成的MCU，可實(shí)現(xiàn)多達(dá)22路模擬輸入線路向MCU上集成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的多路傳輸，進(jìn)一步簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，降低成本。

 技術(shù)趨勢(shì) #4：圖形化界面 

 汽車設(shè)備廠商不斷響應(yīng)消費(fèi)者對(duì)更強(qiáng)大信息娛樂(lè)系統(tǒng)的渴望。目前許多級(jí)別的機(jī)動(dòng)車都提供觸摸屏顯示控制臺(tái)，設(shè)置在中控臺(tái)、扶手、椅背甚至后視鏡上（參見(jiàn)“全新TFT LCD技術(shù)塑造未來(lái)汽車信娛系統(tǒng)”一文）。這些解決方案的核心中，都使用薄膜晶體管(TFT) LCD提供分辨率、對(duì)比度和屏幕尺寸等所需設(shè)置的組合。制造商利用車上顯示屏的觸摸功能，為車輛所有者提供“像智能手機(jī)一樣”的車輛信娛和控制系統(tǒng)圖形化接口，甚至允許相似的第三方應(yīng)用程序商店提供范圍更廣的車載式服務(wù)。 

 半導(dǎo)體制造商做出的回應(yīng)是越來(lái)越多使用LCD和高集成度支持的顯示管理。擁有片上LCD控制的MCU能簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)且減少元件數(shù)，使得這些越來(lái)越重要的汽車功能得以提高可靠性并降低成本。 

技術(shù)趨勢(shì) #5：物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)中的汽車系統(tǒng) 

因?yàn)榕c交通相關(guān)的設(shè)施對(duì)復(fù)雜性和安全性的要求極高，很少有系統(tǒng)應(yīng)用的處理能力和交互式計(jì)算能力能與高檔汽車的水平相匹敵。結(jié)合無(wú)所不在的社交網(wǎng)絡(luò)，也許再?zèng)]有其它應(yīng)用能提供更大的互連潛力，將智能汽車、卡車和其它車輛連接到一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)中，能優(yōu)化車輛性能，實(shí)現(xiàn)乘客區(qū)內(nèi)外的最佳用戶體驗(yàn)。 

 正如以上每種趨勢(shì)一樣，這種趨勢(shì)也利用了芯片制造商的能力，將更強(qiáng)的功能集成到更強(qiáng)大的微處理器中。這種情況下，集成無(wú)線連接能力不僅簡(jiǎn)化了汽車子系統(tǒng)間的通信，而且也能用于車輛與外部事物相連，如外部網(wǎng)絡(luò)、交通控制系統(tǒng)甚至其它車輛。在物聯(lián)網(wǎng)廣泛進(jìn)入家庭和商業(yè)領(lǐng)域的愿景下，互連的車輛及其來(lái)源豐富的數(shù)據(jù)將為更多服務(wù)提供未開(kāi)發(fā)的潛力，例如預(yù)見(jiàn)性維護(hù)、性能動(dòng)態(tài)、交通管理以及可能最重要的一點(diǎn)，即增強(qiáng)的安全性和突發(fā)狀況響應(yīng)能力。 

 很少有工程領(lǐng)域與汽車電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域一樣必須結(jié)合復(fù)雜性和安全性考慮。不過(guò)，在先進(jìn)汽車電子的幫助下，制造商正快速提供隱藏了設(shè)計(jì)復(fù)雜性的開(kāi)發(fā)解決方案。反過(guò)來(lái)，這些現(xiàn)成的解決方案通過(guò)更先進(jìn)的ADAS、電機(jī)控制、引擎管理、車內(nèi)人機(jī)界面和車外通信，承諾提供更強(qiáng)安全性、更低價(jià)格和更高性能。