Estamos en un punto de inflexión histórico y palpable en la industria automotriz. Existe una enorme presión sobre los fabricantes de automóviles para innovar y redefinir el uso de los vehículos. No solo necesitan satisfacer la demanda de los consumidores, sino que también deben mantenerse al día con los cambios en las regulaciones ambientales y de seguridad. Como resultado, los fabricantes de automóviles están aumentando la cantidad de sensores que se utilizan dentro y alrededor de los vehículos para brindar a sus clientes una mayor seguridad y funcionalidad, lo que requiere sensor fabricantes para miniaturizar y mejorar tecnologías anteriores.
En este artículo, destacaré tres tendencias clave que aumentarán significativamente la cantidad de sensores utilizados en los vehículos en los próximos 10 años: avances en los sistemas de información y entretenimiento, seguridad adicional y características de conducción autónoma, y un aumento en la electrificación.
Tendencia n. ° 1: los sistemas de infoentretenimiento son cada vez más avanzados
La tasa de la tecnología La adopción dentro de los vehículos para incluir las últimas características y tendencias de infoentretenimiento es exponencial. La experiencia del usuario se está convirtiendo en mucho más que un simple viaje.
Como se muestra en Figura 1 y XNUMX, la cantidad de pantallas utilizadas en un vehículo típico está aumentando, desde grupos de instrumentos reconfigurables hasta consolas centrales y entretenimiento para pasajeros. Al mismo tiempo, la calidad de visualización también está aumentando gracias a pantallas más grandes con resoluciones más finas y mayores niveles de brillo. Los espejos electrónicos para vistas traseras y laterales también se están volviendo más comunes, al igual que los módulos de carga inalámbricos y los centros de medios adicionales. Los automóviles comienzan a sentirse como extensiones perfectas de los teléfonos inteligentes, y los consumidores esperan diseños de superficie táctil estéticamente limpios, lo que conduce a circuitos integrados (IC) adicionales como inductancia a digital. convertidor Sensores (LDC) que habilitan una función de "toque forzado" en superficies que no son pantallas, con la capacidad de detectar la cantidad de fuerza aplicada.
Figura 1: Sistemas de clúster y de infoentretenimiento modernos y repletos de funciones (Fuente: Texas Instruments)
Los sensores LDC como el LDC3114-Q1 de Texas Instruments (TI) permiten una experiencia de interfaz de usuario (UI) perfecta con superficies táctiles de metal, plástico o vidrio para la interfaz de usuario alrededor de la consola central.
Además, los sensores de efecto Hall 3D, como el TMAG5170-Q1 de TI, permiten la detección de posición en las palancas de cambio electrónicas (palancas de cambio) y el control de infoentretenimiento de las palancas de mando y las perillas, que a menudo se combinan con funciones táctiles y de interfaz de usuario en las consolas centrales.
La compatibilidad con todas estas nuevas características y pantallas requiere circuitos integrados adicionales en factores de forma más pequeños, lo que ha llevado a la miniaturización de los circuitos integrados y circuito placas (PCB) y al mismo tiempo lograr una funcionalidad aún mayor. El desafío es que cuando disminuyes el tamaño del módulo que alberga PCB y al mismo tiempo aumenta los requisitos de procesamiento, tiene la receta perfecta para temperaturas de funcionamiento más altas. Esto se debe principalmente a un mayor consumo de energía debido a un mayor procesamiento y una disminución en el flujo de aire causada por factores de forma más pequeños, los cuales se ven agravados por el medio ambiente, ya que los sistemas de información y entretenimiento a menudo están expuestos a la luz solar durante la mayor parte de su vida útil.
Dado que los sensores de temperatura juegan un papel tan importante para ayudar a evitar daños en los circuitos causados por el sobrecalentamiento, los fabricantes de automóviles están aumentando la cantidad de sensores de temperatura utilizados en una PCB típica y priorizando la confiabilidad y precisión durante la selección de productos. La colocación de sensores de temperatura en los puntos calientes del sistema, como el microcontrolador, la fuente de alimentación o la pantalla LED de retroiluminación, ayuda a mantener estos componentes dentro de las condiciones operativas recomendadas, lo que permite que el sistema de información y entretenimiento brinde el rendimiento y la confiabilidad que esperan los consumidores.
Encontrar el tipo correcto de sensor de temperatura puede ser difícil dadas las miles de opciones disponibles. Uno que no arruinará el banco, y que es más confiable que los termistores tradicionales de coeficiente de temperatura negativo, es el termistor lineal TMP61-Q1 de TI. La mayor precisión del TMP61-Q1 ayuda a minimizar los márgenes de seguridad de error de temperatura para evitar disparos falsos. Esto permite que los sistemas de control funcionen más cerca de los límites térmicos y aceleren o apaguen solo cuando sea necesario.
En los próximos años, puede esperar ver un aumento no solo en la cantidad de productos de detección, sino también en una mayor precisión e integración dentro de los sistemas de información y entretenimiento, con el objetivo de habilitar funciones adicionales de experiencia del usuario y una conducción más entretenida.
Tendencia n. ° 2: funciones adicionales de seguridad y conducción autónoma
No todos los coches son iguales, especialmente cuando se adaptan a determinados mercados. Pero las regulaciones gubernamentales están cerrando la brecha de las características de seguridad estándar para garantizar la seguridad del consumidor. Por ejemplo, en 2019, el gobierno de la India ordenó la instalación de características de seguridad activa y pasiva en todos los modelos de vehículos vendidos en su país. Para agregar estas características de seguridad a los modelos de nivel bajo y medio, los fabricantes de automóviles deben agregar más sensores para detectar el entorno dentro y alrededor de un vehículo.
Encontrará un gran ejemplo de esta tendencia en las cámaras retrovisoras. Solo estaban disponibles en modelos de lujo hace 10 años, pero ahora son una característica de seguridad estándar para la mayoría de los vehículos nuevos; es difícil encontrar un coche nuevo sin él. Otro ejemplo son los sistemas de control de conductores, que también están ganando popularidad. Entonces, si la historia se repite, no me sorprendería ver la adopción generalizada de características de seguridad más avanzadas.
Las funciones de seguridad avanzadas forman parte de los sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS). Inicialmente conocido por el control de crucero, ADAS se ha transformado en mucho más, llevando los sensores en los vehículos a un nivel completamente nuevo para admitir funciones como monitoreo en la cabina, detección de punto ciego, advertencia de cambio de carril, asistencia de estacionamiento, incluso el último sistema autónomo. tecnología de conducción.
Figura 2 y XNUMX muestra los diferentes niveles de conducción autónoma y sus correspondientes características. Aunque existen muchos obstáculos para alcanzar el nivel 5 de autonomía, los fabricantes de automóviles están trabajando para hacerlo realidad.
Figura 2 Niveles de conducción automatizada (fuente Texas Instruments)
Las funciones de conducción autónoma no pueden existir sin cámaras y sensores ultrasónicos, de radar o LiDAR en el borde para detectar el entorno alrededor de un vehículo. A medida que más fabricantes de automóviles compiten por alcanzar niveles más altos de conducción autónoma, es inevitable un aumento en la cantidad de sensores. Pero, ¿dónde los vas a poner?
Aquí es donde entra en juego la miniaturización, donde brillan el tamaño del paquete y la integración. Por ejemplo, los vehículos de alta gama de hoy en día cuentan con un sistema de radar único de varios chips. Dado el uso de múltiples componentes discretos, estos sistemas de radar son grandes y voluminosos cuando necesitan ser más pequeños, de menor potencia y rentables. TI ofrece soluciones de sensores de radar de ondas milimétricas (mmWave) para automóviles, como el AWR1843 de TI, que tienen un procesamiento ubicado junto con la parte frontal para reducir el tamaño y el factor de forma de los sistemas de radar en un 50%. TI también ofrece un mayor nivel de integración con dispositivos de radar mmWave de antena en paquete, como el AWR1843AOP de TI, que permiten el montaje eficiente de múltiples sistemas de radar alrededor de un vehículo.
No son solo los sensores de alta densidad de datos los que están en demanda; Los sensores de bloques de construcción mucho más pequeños garantizarán la seguridad y el rendimiento a largo plazo de los procesadores computacionalmente intensivos para la fusión de sensores y la inteligencia artificial. Si un procesador se sobrecalienta, tiene demasiado consumo de corriente o está expuesto a altos niveles de humedad, su rendimiento puede degradarse o romperse por completo, afectando la funcionalidad de ADAS. Los sensores de temperatura, corriente e incluso humedad como el HDC3020-Q1 mantienen estos procesadores y otros componentes ADAS como los sensores LiDAR dentro de sus condiciones de funcionamiento especificadas para evitar daños.
ADAS tiene requisitos de seguridad a nivel de sistema más estrictos que otros sistemas automotrices, porque a medida que los vehículos se vuelven más inteligentes, también se vuelven más complejos. Una mayor complejidad plantea problemas de seguridad, especialmente a medida que la conducción autónoma se convierte en algo habitual. Las calificaciones del nivel de integridad de la seguridad automotriz (ASIL) establecen requisitos para mitigar los riesgos y garantizar los procedimientos de seguridad estándar al diseñar estos sistemas. Como resultado, muchos subsistemas de un vehículo deben tener seguridad funcional a nivel de sistema.
Un requisito común en seguridad funcional es la redundancia. Para cumplir con los requisitos de redundancia, los fabricantes de automóviles están adoptando rápidamente sensores para sistemas de control críticos para la seguridad, multiplicando aún más la cantidad de sensores. Los fabricantes de sensores como TI han notado esta tendencia y se han centrado en facilitar a los ingenieros la búsqueda y el uso de sensores, ya sea en diseños destinados a cumplir con los estándares de seguridad funcional o en sistemas más seguros diferenciados de la competencia.
Tendencia n. ° 3: aumento de la electrificación
Los fabricantes de automóviles apuestan por los vehículos eléctricos (EV). ¿Por qué los vehículos eléctricos? Bueno, una conducción silenciosa y un par instantáneo no son las únicas razones por las que están ganando tracción; hay una fuerza mucho mayor en juego relacionada con los objetivos del gobierno de reducir las emisiones de dióxido de carbono.
Muchos países han anunciado fechas objetivo y compromisos con respecto a la venta de vehículos eléctricos. Por ejemplo, Corea del Sur anunció una fecha objetivo de 2050 para convertirse en carbono neutral, con los planes correspondientes para aumentar la cantidad de vehículos eléctricos en la carretera a casi 3 millones para 2025 a través de una extensión de los beneficios fiscales de los vehículos eléctricos y objetivos específicos de compra de vehículos eléctricos para coches de alquiler. . Los detalles del objetivo de cada país pueden variar, pero el objetivo común es eliminar gradualmente los vehículos con motor de combustión interna (ICE) a lo largo del tiempo con regulaciones e incentivos como exenciones fiscales o subsidios.
¿Cómo afecta el aumento de la producción de vehículos eléctricos a la demanda de sensores? En comparación con los vehículos ICE, los vehículos eléctricos tienen mayores requisitos para voltaje, detección de corriente, temperatura y humedad, porque los grandes subsistemas como el cargador integrado, el convertidor CC / CC, los inversores y el sistema de gestión de la batería (BMS) se ocupan de alto voltaje o corrientes. Cada uno de estos sistemas requiere un monitoreo cercano para minimizar la amenaza de sobrecargas de corriente, fugas térmicas e incluso corrosión o cortocircuitos por fugas de humedad.
La alta precisión del sensor en estos sistemas podría traducirse en tiempos de carga de vehículos eléctricos más cortos e incluso una mayor duración de la batería. Por ejemplo, lecturas de temperatura más precisas pueden disminuir los márgenes de error, evitando así la activación falsa de los sistemas de control y permitiendo una operación más cercana a los límites térmicos, estrangulando o apagando solo cuando sea necesario. La precisión total al usar sensores de temperatura está relacionada con el sensor y los componentes circundantes, las técnicas de diseño utilizadas y las rutas de conducción térmica, por lo que es esencial tener en cuenta las mejores prácticas al usar sensores de temperatura de montaje en superficie.
El sensor de temperatura TMP126-Q1 de TI ayuda a los sistemas a tomar medidas preventivas para reducir el riesgo de daño térmico con una alerta de velocidad de variación de temperatura que detecta cambios rápidos de temperatura antes de que alcancen niveles peligrosos, lo que reduce el riesgo de fuga térmica. Los sensores como el TMP126-Q1 no solo son precisos, sino que también son fiables gracias a la baja deriva del sensor de su material de silicio. En BMS con altas corrientes de carga, es importante mantener la precisión de detección de corriente para conocer correctamente el estado de carga de una celda de batería. El uso de sensores de corriente precisos y de baja deriva, como el INA229-Q1 de TI, puede ayudar a mantener la eficiencia de la batería del EV a lo largo del tiempo, la temperatura y los niveles de humedad.
Conclusión
Los sensores solo continuarán aumentando con el tiempo a medida que los sistemas de información y entretenimiento se vuelvan más avanzados, las características de conducción autónoma y de seguridad se propaguen y los vehículos eléctricos aumenten su participación en el mercado. Para ayudar a los ingenieros automotrices a optimizar sus diseños, Semiconductores Los fabricantes están proporcionando sensores más pequeños, precisos y energéticamente eficientes. Con tantos sensores disponibles, la selección de productos puede resultar abrumadora. Es importante establecer qué criterios son más importantes: centrarse en parámetros como la precisión, la deriva y el tamaño es una excelente manera de reducir sus opciones.
Acerca del autor.
Bryan Padilla es ingeniero de marketing de productos en Texas Instruments. Él tiene un interés de por vida en el mercado automotriz y un enfoque profesional en tecnologías de detección.
acerca de Texas Instruments