动力系统的下一步发展

是概念上较为简单的纯电动汽车，它的控制策略也可能非常复杂：

电动机通常需要同时应对加速和减速的扭矩需求，因为这类汽车通常采用再生制动技术。

某些车型还安装多台电动机来实现更高的性能水平。负责扭矩矢量控制和前/后扭矩分配的动态控制元件也需要得到管理和控制。

除了所有这些性能要求，市场对功能安全的要求也越来越高。驾驶员对扭矩输出的直接控制越来越少，因此必须确保电动机在任何条件下都能作出预判并安全响应。

另外，自 2011 年 ISO 26262 《道路车辆功能安全》标准发布以来，所有汽车应用领域对功能安全的重视程度也变得越来越高。关于功能安全对动力系统的意义，电动汽车和混合动力汽车的电池管理系统可以作为一个例子。特斯拉电动汽车采用大型 90kWh 锂电池组，它所携带的能量相当于 77 公斤 TNT 炸药。虽然这个数字小于传统动力汽车油箱内携带的能量，但是正确地进行电池的热管理和充电管理（由电子控制单元负责）对于确保安全行驶来说的确至关重要。

半导体厂商需要在这方面提供支持，包括具体的产品设计特点（例如双核锁步、ECC 内存保护和总线）和设计流程（例如为 IEC 61508 / SIL 3、ISO 262626 / ASIL D 提供安全手册和支持）。

动力系统控制需要克服的最后一个难题是控制的集中化趋势。目前市场上的高端车型配备 100 多个独立电子控制单元。在动力系统内部，为基本的内燃机控制、气门控制（例如 BMW Valvetronic 系统）、变速箱控制以及混合动力汽车的牵引电动机/变频器/电池配备独立的控制器是常见的做法。不少汽车厂商开始寻求将多项控制功能整合到数量较少但是功能更强大的电子控制单元中，尤其是在豪华车市场。这类控制器可能是多处理器设备，每一个处理器可能配备多个内核并运行多个应用程序。运行多套操作系统并通过管理程序实现任务虚拟化的能力将变得日益重要，不仅针对信息娱乐领域，也包括所有汽车应用领域。

在 2016 年 6 月举行的路德维希堡汽车电子大会（Ludwigsburg Automobil Elektronik Kongress）上，与会者的演讲和讨论表明，BMW、梅赛德斯和奥迪都在追求未来汽车架构的集中化策略。这项任务显然难度很大，要从高度分散直接跨越到高度集中也是不太可能的事。由此看来，所谓的"域控制器"架构类型将得到更加广泛的采用。这种架构将汽车上单个域（例如动力系统）内的功能整合作为单个控制器来对待。

不久前，BMW 在一份关于推出自动驾驶汽车平台的声明中对这个趋势可能产生的结果作出了预测。BMW 认为，这样的汽车最终将只有两个大型控制器：一个负责控制车辆，另一个负责控制信息娱乐平台。这是一个长期趋势，在 2020 年之前还不太可能对汽车市场造成什么影响。但是，半导体的投资周期很长，因此要满足这些新的需求，现在就必须行动起来。

在这些不断变化且严苛的要求推动下，到 2023 年，用于发动机控制应用程序的处理器市场规模预计将超过 10 亿美元。这其中有大约 9% 的需求来自轻型汽车原装应用程序。

发动机控制应用程序对处理器的需求（百万美元）

在这些发动机控制应用程序当中，来自电动汽车动力系统的处理器需求增速远远高于传统汽油和柴油动力汽车。如上图所示，到 2023 年，超过 37% 的发动机控制处理器需求将来自电动汽车。这个比例明显高于电动汽车 15% 的产量份额，因为不少电动汽车都是混合动力汽车，同时需要对汽油/柴油发动机和电动机/变频器/电池进行控制。

到 2020 年，一辆普通的纯汽油驱动汽车需要安装价值约 7 美元的处理器来运行发动机控制应用程序。

如果是插电式混合动力汽车，那么发动机控制所需的处理器明显价值更高，到 2020 年将超过 34 美元。

启示

目前的动力系统处理器大多采用专属架构，但是已经有迹象表明未来将发生改变。所有为汽车产业服务的半导体厂商都面临一个巨大的挑战：如何投入巨额资金来升级现有的专属架构，好让它们继续为下一代动力系统服务。需求总是在变化，何时/是否升级产品线将是决策的关键。如果能有一套现成的解决方案，既包括必要的安全特性，也提供安全相关应用程序的流程/文件，那么将极大程度地缩短新设计的上市时间。

长期而言，随着汽车控制的集中化程度越来越高，包括 BMW 在内的部分汽车厂商已经开始研究如何将所有重要的车辆动态控制系统集中到一个模块当中。这个过程将伴随自动化程度更高的汽车问世而得到完善。动力系统控制技术正在从数量众多的分散式控制盒，向数量更少、功能更强大的控制设备转变。在这个背景之下，从各自为政的专属架构向