Nous sommes à un tournant historique et palpable de l'industrie automobile. Les constructeurs automobiles subissent une pression énorme pour innover et redéfinir l'utilisation des véhicules. Non seulement ils doivent répondre à la demande des consommateurs, mais ils doivent également suivre l'évolution des réglementations en matière de sécurité et d'environnement. En conséquence, les constructeurs automobiles augmentent le nombre de capteurs utilisés à l'intérieur et autour des véhicules pour offrir à leurs clients une sécurité et une fonctionnalité accrues, ce qui nécessite capteur fabricants de miniaturiser et d'améliorer les technologies antérieures.
Dans cet article, je soulignerai trois tendances clés qui augmenteront considérablement le nombre de capteurs utilisés dans les véhicules au cours des 10 prochaines années : les progrès des systèmes d'infodivertissement, des fonctionnalités supplémentaires de sécurité et de conduite autonome, et une augmentation de l'électrification.
Tendance n°1 : les systèmes d'infodivertissement sont de plus en plus avancés
Le taux de sans souci l’adoption dans les véhicules pour inclure les dernières fonctionnalités et tendances d’infodivertissement est exponentielle. L’expérience utilisateur devient bien plus qu’un simple lecteur.
Comme représenté sur la Figure 1, le nombre d'écrans utilisés dans un véhicule typique augmente – des groupes d'instruments reconfigurables aux consoles centrales en passant par le divertissement des passagers. Dans le même temps, la qualité d’affichage augmente également grâce à des écrans plus grands avec des résolutions plus fines et des niveaux de luminosité plus élevés. Les rétroviseurs électroniques pour les vues arrière et latérales sont également de plus en plus courants, tout comme les modules de chargement sans fil et les hubs multimédias supplémentaires. Les voitures commencent à ressembler à des extensions transparentes des smartphones, les consommateurs s'attendant à des conceptions de surfaces tactiles esthétiquement épurées, ce qui conduit à des circuits intégrés (CI) supplémentaires comme l'inductance au numérique. convertisseur Capteurs (LDC) qui permettent une fonction de « toucher de force » sur des surfaces qui ne sont pas des écrans, avec la possibilité de détecter la quantité de force appliquée.
Figure 1 : Systèmes d'infodivertissement et de cluster modernes et riches en fonctionnalités (Source : Texas Instruments)
Les capteurs LDC comme le LDC3114-Q1 de Texas Instruments (TI) permettent une expérience d'interface utilisateur (UI) transparente avec des surfaces tactiles en métal, en plastique ou en verre pour l'UI autour de la console centrale.
De plus, les capteurs à effet Hall 3D tels que le TMAG5170-Q1 de TI permettent la détection de position dans les e-shifters (manettes de vitesse) et le contrôle d'infodivertissement des joysticks et des boutons, qui sont souvent combinés avec des fonctionnalités tactiles et d'interface utilisateur autour des consoles centrales.
La prise en charge de toutes ces nouvelles fonctionnalités et affichages nécessite des circuits intégrés supplémentaires dans des facteurs de forme plus petits, ce qui a conduit à la miniaturisation des circuits intégrés et imprimés. circuit cartes (PCB) tout en obtenant une fonctionnalité encore plus grande. Le défi est que lorsque vous réduisez la taille du module qui abrite des PCB tout en augmentant les exigences de traitement, vous disposez de la recette parfaite pour des températures de fonctionnement plus élevées. Cela est principalement dû à une consommation d’énergie plus élevée due à un traitement plus important et à une diminution du débit d’air causée par des facteurs de forme plus petits – deux facteurs aggravés par l’environnement, puisque les systèmes d’infodivertissement sont souvent exposés à la lumière du soleil pendant la majeure partie de leur durée de vie.
Étant donné que les capteurs de température jouent un rôle si important en aidant à éviter les dommages aux circuits causés par la surchauffe, les constructeurs automobiles augmentent le nombre de capteurs de température utilisés sur un circuit imprimé typique et donnent la priorité à la fiabilité et à la précision lors de la sélection des produits. Le placement de capteurs de température dans les points chauds du système, tels que le microcontrôleur, l'alimentation ou l'affichage à LED rétroéclairé, permet de maintenir ces composants dans les conditions de fonctionnement recommandées, ce qui permet au système d'infodivertissement d'offrir les performances et la fiabilité attendues par les consommateurs.
Trouver le bon type de capteur de température peut être difficile compte tenu des milliers d'options disponibles. La thermistance linéaire TMP61-Q1 de TI est la thermistance linéaire TMP61-Q1 de TI. La précision accrue du TMPXNUMX-QXNUMX permet de minimiser les marges de sécurité d'erreur de température pour éviter les faux déclenchements. Cela permet aux systèmes de contrôle de fonctionner plus près des limites thermiques et d'étrangler ou de s'arrêter uniquement en cas de besoin.
Au cours des prochaines années, vous pouvez vous attendre à une augmentation non seulement du nombre de produits de détection, mais également d'une plus grande précision et intégration dans les systèmes d'infodivertissement, dans le but de permettre des fonctionnalités d'expérience utilisateur supplémentaires et une conduite plus divertissante.
Tendance n°2 : Des fonctionnalités supplémentaires de sécurité et de conduite autonome
Toutes les voitures ne sont pas égales, surtout lorsqu'elles sont adaptées à certains marchés. Mais les réglementations gouvernementales comblent les lacunes des fonctionnalités de sécurité standard pour assurer la sécurité des consommateurs. Par exemple, en 2019, le gouvernement indien a rendu obligatoire l'installation de dispositifs de sécurité active et passive dans tous les modèles de véhicules vendus dans son pays. Afin d'ajouter ces caractéristiques de sécurité aux modèles de niveau inférieur et intermédiaire, les constructeurs automobiles doivent ajouter davantage de capteurs pour détecter l'environnement à l'intérieur et autour d'un véhicule.
Vous trouverez un excellent exemple de cette tendance dans les caméras de recul. Ils n'étaient disponibles que sur les modèles de luxe il y a 10 ans, mais sont maintenant une caractéristique de sécurité standard pour la plupart des nouveaux véhicules ; il est difficile de trouver une nouvelle voiture sans elle. Un autre exemple est celui des systèmes de surveillance des conducteurs, qui gagnent également en popularité. Donc, si l'histoire se répète, je ne serais pas surpris de voir l'adoption généralisée de fonctionnalités de sécurité plus avancées.
Les fonctions de sécurité avancées font partie des systèmes avancés d'aide à la conduite (ADAS). Initialement connu pour le régulateur de vitesse, l'ADAS s'est transformé en bien plus encore, amenant les capteurs sur les véhicules à un tout autre niveau afin de prendre en charge des fonctionnalités telles que la surveillance en cabine, la détection des angles morts, l'avertissement de sortie de voie, l'aide au stationnement - même le dernier système autonome. technologie de conduite.
Figure 2 montre les différents niveaux de conduite autonome et leurs caractéristiques correspondantes. Bien qu'il existe de nombreux obstacles pour atteindre le niveau 5 d'autonomie, les constructeurs automobiles s'efforcent d'en faire une réalité.
Figure 2 Niveaux de conduite automatisée (Source Texas Instruments)
Les fonctions de conduite autonome ne peuvent exister sans caméras et capteurs à ultrasons, radars ou LiDAR en périphérie pour détecter l'environnement autour d'un véhicule. Alors que de plus en plus de constructeurs automobiles se précipitent pour atteindre des niveaux plus élevés de conduite autonome, une augmentation du nombre de capteurs est inévitable. Mais où vas-tu les mettre ?
C'est là que la miniaturisation entre en jeu - où la taille et l'intégration de l'emballage brillent. Par exemple, les véhicules haut de gamme d'aujourd'hui sont équipés d'un système radar unique à puces multiples. Compte tenu de l'utilisation de plusieurs composants discrets, ces systèmes radar sont volumineux et encombrants lorsqu'ils doivent être plus petits, moins puissants et économiques. TI propose des solutions de capteurs radar automobiles à ondes millimétriques (mmWave) telles que l'AWR1843 de TI qui ont un traitement colocalisé avec l'extrémité avant pour réduire la taille et le facteur de forme des systèmes radar de 50 %. TI offre également un niveau d'intégration plus élevé avec les dispositifs radar mmWave à antenne intégrée tels que l'AWR1843AOP de TI, qui permettent le montage efficace de plusieurs systèmes radar autour d'un véhicule.
Ce ne sont pas seulement les capteurs à forte intensité de données qui sont demandés ; des capteurs élémentaires beaucoup plus petits assureront la sécurité et les performances à long terme des processeurs à forte intensité de calcul pour la fusion de capteurs et l'intelligence artificielle. Si un processeur surchauffe, consomme trop de courant ou est exposé à des niveaux d'humidité élevés, ses performances peuvent se dégrader ou se briser complètement, affectant la fonctionnalité ADAS. Les capteurs de température, de courant et même d'humidité comme le HDC3020-Q1 maintiennent ces processeurs et d'autres composants ADAS comme les capteurs LiDAR dans leurs conditions de fonctionnement spécifiées pour éviter tout dommage.
ADAS a des exigences de sécurité au niveau du système plus strictes que les autres systèmes automobiles, car à mesure que les véhicules deviennent plus intelligents, ils deviennent également plus complexes. Une complexité accrue soulève des problèmes de sécurité, d'autant plus que la conduite autonome devient courante. Les évaluations du niveau d'intégrité de la sécurité automobile (ASIL) établissent des exigences pour atténuer les risques et garantir des procédures de sécurité standard lors de la conception de ces systèmes. Par conséquent, de nombreux sous-systèmes d'un véhicule doivent avoir une sécurité fonctionnelle au niveau du système.
Une exigence courante en matière de sécurité fonctionnelle est la redondance. Afin de répondre aux exigences de redondance, les constructeurs automobiles adoptent rapidement des capteurs pour les systèmes de contrôle critiques pour la sécurité, multipliant encore le nombre de capteurs. Les fabricants de capteurs comme TI ont remarqué cette tendance et se sont efforcés de faciliter la recherche et l'utilisation des capteurs par les ingénieurs, que ce soit dans des conceptions visant à répondre aux normes de sécurité fonctionnelle ou dans des systèmes plus sûrs différenciés par rapport à la concurrence.
Tendance n°3 : Une montée en puissance de l'électrification
Les constructeurs automobiles misent sur les véhicules électriques (VE). Pourquoi les VE ? Eh bien, une conduite silencieuse et un couple instantané ne sont pas les seules raisons pour lesquelles ils gagnent en traction; il y a une force beaucoup plus grande en jeu liée aux objectifs du gouvernement de réduire les émissions de dioxyde de carbone.
De nombreux pays ont annoncé des dates cibles et des engagements concernant les ventes de véhicules électriques. Par exemple, la Corée du Sud a annoncé une date cible de 2050 pour devenir neutre en carbone, avec des plans correspondants pour augmenter le nombre de véhicules électriques sur la route à près de 3 millions d'ici 2025 grâce à une extension des avantages fiscaux pour les véhicules électriques et des objectifs d'achat de véhicules électriques spécifiques pour les voitures de location. . Les détails de l'objectif de chaque pays peuvent varier, mais l'objectif commun est d'éliminer progressivement les véhicules à moteur à combustion interne (ICE) avec des réglementations et des incitations telles que des allégements fiscaux ou des subventions.
Comment l'augmentation de la production de véhicules électriques affecte-t-elle la demande de capteurs ? Par rapport aux véhicules ICE, les véhicules électriques ont des exigences accrues en matière de Tension, la détection de courant, de température et d'humidité, car les grands sous-systèmes tels que le chargeur embarqué, le convertisseur CC/CC, les onduleurs et le système de gestion de batterie (BMS) traitent tous des tensions ou des courants élevés. Chacun de ces systèmes nécessite une surveillance étroite pour minimiser la menace de surtensions, d'emballement thermique et même de corrosion ou de courts-circuits dus aux fuites d'humidité.
La haute précision des capteurs dans ces systèmes pourrait se traduire par des temps de charge plus courts et une durée de vie encore plus longue de la batterie. Par exemple, des lectures de température plus précises peuvent réduire les marges d'erreur, empêchant ainsi le déclenchement intempestif des systèmes de contrôle et permettant un fonctionnement plus proche des limites thermiques, la limitation ou l'arrêt uniquement lorsque cela est nécessaire. La précision totale lors de l'utilisation de capteurs de température est liée au capteur et aux composants environnants, aux techniques de disposition utilisées et aux chemins de conduction thermique. Il est donc essentiel de garder à l'esprit les meilleures pratiques lors de l'utilisation de capteurs de température à montage en surface.
Le capteur de température TMP126-Q1 de TI aide les systèmes à prendre des mesures préventives pour réduire le risque de dommages thermiques avec une alerte de taux de variation de température qui détecte les changements de température rapides avant qu'ils n'atteignent des niveaux dangereux, réduisant ainsi le risque d'emballement thermique. Non seulement les capteurs comme le TMP126-Q1 sont précis, mais ils sont également fiables grâce à la faible dérive du capteur de son matériau en silicium. Dans les BMS avec des courants de charge élevés, il est important de maintenir la précision de détection du courant pour connaître correctement l'état de charge d'une cellule de batterie. L'utilisation de capteurs de courant précis et à faible dérive tels que l'INA229-Q1 de TI peut aider à maintenir l'efficacité de la batterie EV au fil du temps, de la température et des niveaux d'humidité.
Conclusion
Les capteurs ne feront que continuer à augmenter au fil du temps à mesure que les systèmes d'infodivertissement deviendront plus avancés, que les fonctionnalités de sécurité et de conduite autonome se propageront et que les véhicules électriques augmenteront leur part de marché. Pour aider les ingénieurs automobiles à optimiser leurs conceptions, Semi-conducteurs les fabricants proposent des capteurs plus petits, plus précis et plus économes en énergie. Avec autant de capteurs disponibles, la sélection de produits peut être écrasante. Il est important d'établir les critères qui comptent le plus – se concentrer sur des paramètres tels que la précision, la dérive et la taille est un excellent moyen d'affiner vos options.
A propos de l'auteure
Bryan Padilla est ingénieur marketing produit chez Texas Instruments. Il s'intéresse depuis toujours au marché automobile et se concentre professionnellement sur les technologies de détection.
à propos de Texas Instruments