نحن في نقطة تحول تاريخية وملموسة في صناعة السيارات. هناك قدر هائل من الضغط على شركات صناعة السيارات لابتكار وإعادة تعريف استخدام السيارة. لا يحتاجون فقط إلى تلبية طلب المستهلكين ، ولكن يجب عليهم أيضًا مواكبة اللوائح المتغيرة للسلامة والبيئة. ونتيجة لذلك ، يعمل صانعو السيارات على زيادة عدد المستشعرات المستخدمة داخل وحول المركبات لتزويد عملائهم بمزيد من الأمان والوظائف ، الأمر الذي يتطلب مدخل بطاقة الذاكرة : نعم الشركات المصنعة لتصغير وتحسين التقنيات السابقة.
في هذه المقالة ، سوف أسلط الضوء على ثلاثة اتجاهات رئيسية ستزيد بشكل كبير من عدد المستشعرات المستخدمة في المركبات في السنوات العشر القادمة: التطورات في أنظمة المعلومات والترفيه ، والسلامة الإضافية وميزات القيادة المستقلة ، وزيادة في استخدام الكهرباء.
الاتجاه رقم 1: أصبحت أنظمة المعلومات والترفيه أكثر تقدمًا
معدل التكنلوجيا يعد الاعتماد داخل المركبات لتشمل أحدث ميزات واتجاهات المعلومات والترفيه أمرًا هائلاً. أصبحت تجربة المستخدم أكثر بكثير من مجرد محرك أقراص.
كما هو مبين في الشكل 1، يتزايد عدد شاشات العرض المستخدمة في سيارة نموذجية - من مجموعات الأدوات القابلة لإعادة التكوين إلى وحدات التحكم المركزية إلى الترفيه للركاب. في الوقت نفسه ، تزداد جودة العرض أيضًا بفضل الشاشات الأكبر ذات الدقة الأدق ومستويات السطوع الأكبر. كما أصبحت المرايا الإلكترونية الخاصة بالمناظر الخلفية والجانبية أكثر شيوعًا ، وكذلك وحدات الشحن اللاسلكي ومراكز الوسائط الإضافية. بدأت السيارات تبدو وكأنها امتدادات سلسة للهواتف الذكية ، حيث يتوقع المستهلكون تصميمات سطح لمس نظيفة من الناحية الجمالية ، مما يؤدي إلى دوائر متكاملة إضافية (ICs) مثل الحث إلى الرقمية محول مستشعرات (LDC) تتيح ميزة "اللمس بقوة" على الأسطح غير الشاشات ، مع القدرة على اكتشاف مقدار القوة المطبقة.
الشكل 1: أنظمة المعلومات والترفيه الحديثة والمليئة بالمزايا (المصدر: Texas Instruments)
تتيح مستشعرات LDC مثل LDC3114-Q1 من Texas Instruments (TI) تجربة واجهة مستخدم سلسة (UI) مع أسطح معدنية أو بلاستيكية أو زجاجية تعمل باللمس لواجهة المستخدم حول الكونسول المركزي.
بالإضافة إلى ذلك ، تتيح مستشعرات تأثير القاعة ثلاثية الأبعاد مثل TI's TMAG3-Q5170 اكتشاف الموضع في المحولات الإلكترونية (مبدلات التروس) والتحكم في المعلومات والترفيه في أذرع التحكم والمقابض ، والتي غالبًا ما يتم دمجها مع ميزات اللمس وواجهة المستخدم حول وحدات التحكم المركزية.
يتطلب دعم كل هذه الميزات وشاشات العرض الجديدة دوائر متكاملة إضافية في أشكال أصغر ، مما أدى إلى تصغير الدوائر المتكاملة وطباعتها الدارة الكهربائية لوحات (PCBs) مع تحقيق وظائف أكبر. التحدي هو أنه عندما تقوم بتقليل حجم الملف وحدة التي تحتوي على مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور مع زيادة متطلبات المعالجة، لديك الوصفة المثالية لدرجات حرارة تشغيل أعلى. ويحدث هذا في المقام الأول بسبب زيادة استهلاك الطاقة بسبب المزيد من المعالجة وانخفاض تدفق الهواء الناجم عن عوامل الشكل الأصغر - وكلاهما يتفاقم بسبب البيئة، نظرًا لأن أنظمة المعلومات والترفيه غالبًا ما تتعرض لأشعة الشمس طوال معظم حياتها.
نظرًا لأن مستشعرات درجة الحرارة تلعب دورًا مهمًا في المساعدة على تجنب تلف الدوائر الناتج عن ارتفاع درجة الحرارة ، فإن صانعي السيارات يزيدون من عدد مستشعرات درجة الحرارة المستخدمة في ثنائي الفينيل متعدد الكلور النموذجي ويعطون الأولوية للموثوقية والدقة أثناء اختيار المنتج. يساعد وضع مستشعرات درجة الحرارة في النقاط الساخنة للنظام مثل المتحكم الدقيق أو مصدر الطاقة أو شاشة LED الخلفية في الحفاظ على هذه المكونات ضمن ظروف التشغيل الموصى بها ، مما يمكّن نظام المعلومات والترفيه من تقديم الأداء والموثوقية التي يتوقعها المستهلكون.
قد يكون العثور على النوع المناسب من مستشعر درجة الحرارة أمرًا صعبًا نظرًا لآلاف الخيارات المتاحة. واحد لا يكسر البنك ، وهو أكثر موثوقية من الثرمستورات التقليدية ذات معامل درجة الحرارة السلبية ، هو الثرمستور الخطي TMP61-Q1. تساعد الدقة المتزايدة لجهاز TMP61-Q1 على تقليل هوامش أمان أخطاء درجة الحرارة إلى الحد الأدنى لمنع التشغيل الخاطئ. يتيح ذلك لأنظمة التحكم العمل بالقرب من الحدود الحرارية والخنق أو الإغلاق فقط عند الحاجة.
على مدى السنوات القليلة المقبلة ، يمكنك أن تتوقع زيادة ليس فقط في عدد منتجات الاستشعار ، ولكن أيضًا في الدقة العالية والتكامل داخل أنظمة المعلومات والترفيه ، بهدف تمكين ميزات تجربة مستخدم إضافية ومحرك أكثر إمتاعًا.
الاتجاه رقم 2: ميزات إضافية للسلامة والقيادة الذاتية
ليست كل السيارات متساوية ، خاصة عندما تكون مصممة لأسواق معينة. لكن اللوائح الحكومية تسد فجوة ميزات الأمان القياسية لضمان سلامة المستهلك. على سبيل المثال ، في عام 2019 ، فرضت الحكومة الهندية ميزات أمان نشطة وسلبية مثبتة في جميع طرازات السيارات المباعة في بلدها. من أجل إضافة ميزات الأمان هذه إلى طرز الطبقة المنخفضة والمتوسطة ، يحتاج صانعو السيارات إلى إضافة المزيد من أجهزة الاستشعار لاستشعار البيئة داخل وحول السيارة.
ستجد مثالًا رائعًا لهذا الاتجاه في كاميرات الرؤية الخلفية. كانت متوفرة فقط في الطرازات الفاخرة منذ 10 سنوات ولكنها أصبحت الآن ميزة أمان قياسية لمعظم المركبات الجديدة ؛ من الصعب العثور على سيارة جديدة بدونها. مثال آخر هو أنظمة مراقبة السائق ، والتي تزداد أيضًا شعبيتها. لذلك إذا أعاد التاريخ نفسه ، فلن أتفاجأ برؤية اعتماد واسع النطاق لميزات أمان أكثر تقدمًا.
تعد ميزات الأمان المتقدمة جزءًا من أنظمة مساعدة السائق المتقدمة (ADAS). اشتهرت ADAS في البداية بالتحكم في السرعة ، وتحولت إلى أكثر من ذلك بكثير ، حيث نقلت المستشعرات الموجودة في المركبات إلى مستوى جديد تمامًا من أجل دعم ميزات مثل المراقبة داخل المقصورة ، واكتشاف النقاط العمياء ، والتحذير من مغادرة المسار ، والمساعدة في ركن السيارة - حتى أحدث الأنظمة ذاتية القيادة تكنولوجيا القيادة.
الشكل 2 يوضح المستويات المختلفة للقيادة الذاتية والميزات المقابلة لها. على الرغم من وجود العديد من العوائق للوصول إلى المستوى الخامس من الاستقلالية ، يعمل صانعو السيارات على جعل ذلك حقيقة واقعة.
الشكل 2 مستويات القيادة الآلية (مصدر Texas Instruments)
لا يمكن أن توجد وظائف القيادة الذاتية بدون الكاميرات وأجهزة الاستشعار فوق الصوتية أو الرادار أو LiDAR على الحافة لاستشعار البيئة المحيطة بالسيارة. مع تسابق المزيد من صانعي السيارات للوصول إلى مستويات أعلى من القيادة الذاتية ، فإن زيادة عدد أجهزة الاستشعار أمر لا مفر منه. لكن أين ستضعهم؟
هذا هو المكان الذي يلعب فيه التصغير - حيث يتألق حجم الحزمة والتكامل. على سبيل المثال ، تتميز المركبات المتطورة اليوم بنظام رادار فردي متعدد الشرائح. نظرًا لاستخدام مكونات منفصلة متعددة ، فإن أنظمة الرادار هذه كبيرة وضخمة عندما تحتاج إلى أن تكون أصغر حجمًا ، وأقل طاقة ، وفعالة من حيث التكلفة. تقدم TI حلول مستشعرات رادار الموجة المليمترية للسيارات (mmWave) مثل TI's AWR1843 التي تمت معالجتها في نفس الموقع مع الواجهة الأمامية لتقليل حجم وشكل أنظمة الرادار بنسبة 50٪. تقدم TI أيضًا مستوى أعلى من التكامل مع أجهزة الرادار mmWave الهوائي على العبوة مثل TI's AWR1843AOP ، والتي تتيح التركيب الفعال لأنظمة الرادار المتعددة حول السيارة.
ليست فقط أجهزة الاستشعار التي تتطلب كثافة بيانات عالية هي المطلوبة ؛ ستضمن مستشعرات كتل البناء الأصغر كثيرًا السلامة والأداء طويل المدى للمعالجات الحاسوبية المكثفة لدمج أجهزة الاستشعار والذكاء الاصطناعي. في حالة ارتفاع درجة حرارة المعالج ، أو وجود قدر كبير جدًا من التيار ، أو تعرضه لمستويات رطوبة عالية ، يمكن أن يتدهور أداء المعالج أو قد ينكسر تمامًا ، مما يؤثر على وظيفة ADAS. تحافظ مستشعرات درجة الحرارة والتيار وحتى الرطوبة مثل HDC3020-Q1 على هذه المعالجات ومكونات ADAS الأخرى مثل مستشعرات LiDAR في ظروف التشغيل المحددة لمنع التلف.
لدى ADAS متطلبات أمان أكثر صرامة على مستوى النظام من أنظمة السيارات الأخرى ، لأن المركبات تصبح أكثر ذكاءً ، كما أنها تصبح أكثر تعقيدًا. يثير المزيد من التعقيد مخاوف تتعلق بالسلامة ، خاصة وأن القيادة الذاتية أصبحت سائدة. تحدد تقييمات مستوى سلامة السيارات (ASIL) متطلبات التخفيف من المخاطر وضمان إجراءات السلامة القياسية عند تصميم هذه الأنظمة. نتيجة لذلك ، يجب أن تتمتع العديد من الأنظمة الفرعية في جميع أنحاء السيارة بسلامة وظيفية على مستوى النظام.
أحد المتطلبات الشائعة في السلامة الوظيفية هو التكرار. من أجل تلبية متطلبات التكرار ، يتبنى صانعو السيارات بسرعة أجهزة استشعار لأنظمة التحكم الحرجة للسلامة ، مما يضاعف عدد أجهزة الاستشعار. لاحظ مصنعو المستشعرات مثل TI هذا الاتجاه وركزوا على تسهيل العثور على أجهزة الاستشعار واستخدامها ، سواء في التصميمات المستهدفة لتلبية معايير السلامة الوظيفية أو في أنظمة أكثر أمانًا متباينة بشكل تنافسي.
الاتجاه رقم 3: ارتفاع في الكهرباء
يعمل صانعو السيارات بكل ما في الكلمة من معنى على السيارات الكهربائية (EVs). لماذا المركبات الكهربائية؟ حسنًا ، القيادة الهادئة وعزم الدوران الفوري ليسا السبب الوحيد وراء اكتسابهما قوة الجر ؛ هناك قوة أكبر بكثير تلعب دورًا فيما يتعلق بأهداف الحكومة لتقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.
أعلنت العديد من الدول المواعيد المستهدفة والتعهدات فيما يتعلق بمبيعات السيارات الكهربائية. على سبيل المثال ، أعلنت كوريا الجنوبية عن موعد مستهدف في عام 2050 لتصبح خالية من الكربون ، مع خطط مقابلة لزيادة عدد المركبات الكهربائية على الطريق إلى ما يقرب من 3 ملايين بحلول عام 2025 من خلال تمديد المزايا الضريبية للمركبات الكهربائية وأهداف شراء المركبات الكهربائية المحددة لتأجير السيارات. . قد تختلف تفاصيل هدف كل بلد ، ولكن الهدف المشترك هو التخلص التدريجي من مركبات محرك الاحتراق الداخلي (ICE) بمرور الوقت مع اللوائح والحوافز مثل الإعفاءات الضريبية أو الإعانات.
كيف تؤثر زيادة إنتاج المركبات الكهربائية على الطلب على أجهزة الاستشعار؟ بالمقارنة مع مركبات ICE ، زادت متطلبات المركبات الكهربائية من الجهد االكهربى، والتيار ، ودرجة الحرارة ، والرطوبة ، لأن الأنظمة الفرعية الكبيرة مثل الشاحن المدمج ، ومحول DC / DC ، والمحولات ، ونظام إدارة البطارية (BMS) كلها تتعامل مع الجهد العالي أو التيارات. يتطلب كل نظام من هذه الأنظمة مراقبة دقيقة لتقليل خطر اندفاعات التيار ، والهروب الحراري ، وحتى التآكل أو القصور الناتج عن تسرب الرطوبة.
يمكن أن تترجم دقة المستشعر العالية في هذه الأنظمة إلى فترات شحن أقصر للمركبات الكهربائية وعمر بطارية أطول. على سبيل المثال ، يمكن أن تؤدي القراءات الأكثر دقة لدرجة الحرارة إلى تقليل هوامش الخطأ ، وبالتالي منع التشغيل الخاطئ لأنظمة التحكم وتمكين التشغيل الأقرب للحدود الحرارية ، أو الاختناق أو الإغلاق فقط عند الضرورة. ترتبط الدقة الكاملة عند استخدام مستشعرات درجة الحرارة بالمستشعر والمكونات المحيطة ، وتقنيات التخطيط المستخدمة ، ومسارات التوصيل الحراري ، لذلك من الضروري مراعاة أفضل الممارسات عند استخدام مستشعرات درجة الحرارة المثبتة على السطح.
يساعد مستشعر درجة الحرارة TMP126-Q1 من TI الأنظمة على اتخاذ إجراءات وقائية لتقليل مخاطر التلف الحراري من خلال تنبيه معدل ارتفاع درجة الحرارة الذي يكتشف التغيرات السريعة في درجات الحرارة قبل أن تصل إلى مستويات خطيرة ، مما يقلل من خطر الانفلات الحراري. ليست المستشعرات مثل TMP126-Q1 دقيقة فحسب ، بل يمكن الاعتماد عليها أيضًا بفضل الانجراف المنخفض للمستشعر لمادة السيليكون الخاصة به. في BMS ذات التيارات العالية الشحن ، من المهم الحفاظ على دقة الاستشعار الحالي لمعرفة حالة شحن خلية البطارية بشكل صحيح. يمكن أن يساعد استخدام مستشعرات تيار دقيقة ومنخفضة الانجراف مثل TI's INA229-Q1 في الحفاظ على كفاءة بطارية EV بمرور الوقت ودرجة الحرارة ومستويات الرطوبة.
وفي الختام
ستستمر أجهزة الاستشعار في الزيادة بمرور الوقت فقط حيث أصبحت أنظمة المعلومات والترفيه أكثر تقدمًا ، وانتشرت ميزات السلامة والقيادة الذاتية ، وزادت السيارات الكهربائية من حصتها في السوق. لمساعدة مهندسي السيارات على تحسين تصاميمهم ، أشباه الموصلات توفر الشركات المصنعة أجهزة استشعار أصغر حجمًا وأكثر دقة وكفاءة في استخدام الطاقة. مع توفر العديد من أجهزة الاستشعار ، يمكن أن يكون اختيار المنتج أمرًا مربكًا. من المهم تحديد المعايير الأكثر أهمية - يُعد التركيز على معايير مثل الدقة والانجراف والحجم طريقة رائعة لتضييق نطاق خياراتك.
عن المؤلف
بريان باديلا مهندس تسويق منتجات في شركة Texas Instruments. لديه اهتمام مدى الحياة بسوق السيارات وتركيز مهني على تقنيات الاستشعار.
حول شركة Texas Instruments