אנו נמצאים בנקודת מפנה היסטורית מוחשית בתעשיית הרכב. יש לחץ עצום על יצרניות הרכב לחדש ולהגדיר מחדש את השימוש ברכב. הם לא רק צריכים לענות על הביקוש הצרכני, אלא שהם חייבים לעמוד בקצב שינויי תקנות הבטיחות והסביבה. כתוצאה מכך, יצרניות הרכב מגדילות את מספר החיישנים המשמשים בתוך כלי רכב וסביבתם כדי לספק ללקוחותיהם בטיחות ופונקציונליות רבה יותר, מה שדורש חיישן יצרנים להמזער ולשפר טכנולוגיות קודמות.
במאמר זה, אדגיש שלוש מגמות מרכזיות שיגדילו באופן משמעותי את מספר החיישנים המשמשים ברכבים בעשר השנים הקרובות: התקדמות במערכות מידע, ביטחון ותכונות נהיגה אוטונומיות נוספות, ועלייה בחשמל.
מגמה מס '1: מערכות המידע והבידור מתקדמות יותר
המדרג של טֶכנוֹלוֹגִיָה האימוץ בתוך כלי רכב כדי לכלול את התכונות והטרנדים העדכניים ביותר של מידע בידור הוא אקספוננציאלי. חווית המשתמש הופכת להרבה יותר מסתם כונן.
כמו שמוצג ב איור 1, מספר הצגים המשמשים ברכב טיפוסי הולך וגדל - מאשכולות מכשירים הניתנים להגדרה מחדש לקונסולות מרכזיות ועד בידור לנוסעים. במקביל, איכות התצוגה עולה גם הודות למסכים גדולים יותר עם רזולוציות עדינות יותר ורמות בהירות גבוהות יותר. גם מראות אלקטרוניות למבט אחורי ולצד הופכות נפוצות יותר, וכך גם מודולי טעינה אלחוטיים ורכזות מדיה נוספות. מכוניות מתחילות להרגיש כמו הרחבות חלקות של סמארטפונים, כאשר הצרכנים מצפים לעיצובי משטח מגע נקיים מבחינה אסתטית, מה שמוביל למעגלים משולבים נוספים (ICs) כמו השראות לדיגיטל מֵמִיר חיישני (LDC) המאפשרים תכונת "מגע בכוח" על משטחים שאינם מסכים, עם יכולת לזהות את כמות הכוח המופעל.
איור 1: מערכות מידע ותשתיות מודרניות ומלאות תכונה (מקור: טקסס אינסטרומנטס)
חיישני LDC כמו LDC3114-Q1 מטקסס אינסטרומנטס (TI) מאפשרים חווית ממשק משתמש חלקה (UI) עם משטחי מגע על מתכת, פלסטיק או זכוכית לממשק המשתמש סביב הקונסולה המרכזית.
בנוסף, חיישני 3D Hall-effect כגון TI TMAG5170-Q1 מאפשרים זיהוי מיקום במגברים אלקטרוניים (משמרות הילוכים) ובקרת מידע על ג'ויסטיקים וידיות, המשולבים לעתים קרובות עם תכונות מגע וממשק משתמש סביב קונסולות מרכזיות.
התמיכה בכל התכונות והתצוגות החדשות הללו דורשת ICs נוספים בגורמי צורה קטנים יותר, מה שהוביל למזעור של ICs ולהדפסה מעגל לוחות (PCB) תוך השגת פונקציונליות רבה עוד יותר. האתגר הוא שכאשר אתה מקטין את הגודל של מודול שמכילים PCB תוך הגדלת דרישות העיבוד, יש לך את המתכון המושלם לטמפרטורות עבודה גבוהות יותר. הדבר נגרם בעיקר על ידי צריכת חשמל גדולה יותר עקב עיבוד רב יותר וירידה בזרימת האוויר הנגרמת על ידי גורמי צורה קטנים יותר - שניהם מורכבים על ידי הסביבה, שכן מערכות מידע בידור חשופות לרוב לאור השמש במשך רוב חייהן.
מכיוון שחיישני טמפרטורה ממלאים תפקיד כה חשוב בסיוע במניעת נזק למעגלים הנגרמים כתוצאה מחימום יתר, יצרניות הרכב מגדילות את מספר חיישני הטמפרטורה המשמשים במחשב הלוח הרגיל ומתעדפים אמינות ודיוק במהלך בחירת המוצר. הצבת חיישני טמפרטורה בנקודות חמות של המערכת כגון המיקרו -בקר, ספק הכוח או תצוגת LED עם תאורה אחורית מסייעת לשמור על רכיבים אלה בתוך תנאי ההפעלה המומלצים שלהם, מה שמאפשר למערכת המידע -בידור לספק את הביצועים והאמינות הצפויים לצרכנים.
מציאת סוג חיישן הטמפרטורה הנכון יכולה להיות קשה בהתחשב באלפי האפשרויות הקיימות. אחד שלא ישבור את הגדה, ואמין יותר מאשר תרמיסטורים מקדמי טמפרטורה שליליים מסורתיים, הוא התרמיסטור הליניארי TMP61-Q1 של TI. הדיוק המוגבר של TMP61-Q1 מסייע למזער את שולי הבטיחות של שגיאות הטמפרטורה כדי למנוע הפעלת שווא. זה מאפשר למערכות הבקרה לפעול קרוב יותר למגבלות התרמיות ולמצער או לכבות רק בעת הצורך.
במהלך השנים הקרובות, אתה יכול לצפות לראות עלייה לא רק במספר מוצרי החישה, אלא גם דיוק ואינטגרציה גבוהים יותר בתוך מערכות מידע, במטרה לאפשר תכונות חווית משתמש נוספות וכונן משעשע יותר.
מגמה מס '2: תכונות בטיחות נוספות ונהיגה אוטונומית
לא כל המכוניות שוות, במיוחד כשהן מותאמות לשווקים מסוימים. אבל התקנות הממשלתיות סוגרות את הפער הסטנדרטי בתכונות הבטיחות כדי להבטיח את בטיחות הצרכן. לדוגמה, בשנת 2019, הממשלה ההודית החייבה תכונות בטיחות אקטיביות ופסיביות המותקנות בכל דגמי הרכב שנמכרים בארצו. על מנת להוסיף תכונות בטיחות אלה לדגמים נמוכים ובינוניים, יצרניות הרכב צריכות להוסיף חיישנים נוספים כדי לחוש את הסביבה בתוך רכב וסביבו.
תוכלו למצוא דוגמה מצוינת למגמה זו במצלמות אחוריות. הם היו זמינים רק בדגמי יוקרה לפני 10 שנים אך הם כיום תכונת בטיחות סטנדרטית לרוב הרכבים החדשים; קשה למצוא מכונית חדשה בלעדיה. דוגמה נוספת היא מערכות ניטור נהגים, שגם הן גדלות בפופולריות. אז אם ההיסטוריה תחזור על עצמה, לא אתפלא לראות אימוץ נרחב של תכונות בטיחות מתקדמות יותר.
תכונות בטיחות מתקדמות הן חלק ממערכות מתקדמות לסיוע לנהג (ADAS). ADAS ידועה בתחילה בבקרת שיוט, ADAS הפכה לכל כך הרבה יותר, והעלתה חיישנים לרכבים לרמה חדשה לגמרי על מנת לתמוך בתכונות כגון ניטור בתא, זיהוי נקודות עיוור, אזהרת סטייה מנתיב, סיוע בחניה-אפילו האוטונומי האחרון. טכנולוגיית נהיגה.
איור 2 מציג את הרמות השונות של נהיגה אוטונומית ותכונותיהן המתאימות. למרות שיש הרבה מחסומים בכדי להגיע לאוטונומיה לרמה 5, יצרניות הרכב פועלות לקראת הפיכתה למציאות.
איור 2 רמות נהיגה אוטומטית (מקור טקסס אינסטרומנטס)
פונקציות נהיגה אוטונומיות אינן יכולות להתקיים ללא מצלמות וחיישנים אולטראסוניים, מכ"ם או LiDAR בקצה כדי לחוש את הסביבה סביב רכב. ככל שיותר יצרניות מכוניות מתחרות להגיע לרמות גבוהות יותר של נהיגה אוטונומית, עליה בלתי נמנעת במספר החיישנים. אבל איפה אתה הולך לשים אותם?
זה המקום שבו המיזערציה נכנסת לפעולה - שם גודל החבילה ואינטגרציה בוהקים. לדוגמה, רכבים מתקדמים של ימינו כוללים מערכת מכ"ם יחיד רב שבבים. בהתחשב בשימוש במספר רכיבים נפרדים, מערכות המכ"ם הללו גדולות ומגושמות כאשר הן צריכות להיות קטנות יותר, צריכת חשמל נמוכה יותר וחסכוניות. TI מציעה פתרונות חיישן מכ"ם לרכב מילימטר (mmWave) לרכב כגון AWR1843 של TI עם עיבוד הממוקם יחד עם הקצה הקדמי כדי להפחית את הגודל ואת גורם הצורה של מערכות המכ"ם ב -50%. TI מציעה גם רמה גבוהה יותר של אינטגרציה עם מכשירי מכ"ם מסוג mmWave אנטנה על החבילה כגון AWR1843AOP של TI, המאפשרים הרכבה יעילה של מערכות מכ"ם מרובות סביב רכב.
לא רק חיישנים עתירי נתונים גבוהים מבוקשים; חיישני אבני בניין קטנים בהרבה יבטיחו את הבטיחות והביצועים לטווח הארוך של מעבדים אינטנסיביים לחישובית לאיחוי חיישנים ובינה מלאכותית. אם המעבד מתחמם יתר על המידה, יש לו יותר מדי משיכה הנוכחית או נחשף לרמות לחות גבוהות, הביצועים שלו עלולים להידרדר או שהוא עלול להישבר לחלוטין ולהשפיע על פונקציונליות ADAS. חיישני טמפרטורה, זרם ואפילו לחות כמו HDC3020-Q1 שומרים על מעבדים אלה ורכיבי ADAS אחרים כמו חיישני LiDAR בתוך תנאי ההפעלה שלהם כדי למנוע נזק.
ל- ADAS דרישות בטיחות מחמירות יותר ברמת המערכת מאשר מערכות רכב אחרות, מכיוון שככל שכלי רכב הופכים אינטליגנטים יותר, הם גם הופכים מורכבים יותר. מורכבות רבה יותר מעוררת חששות בטיחותיים, במיוחד כאשר נהיגה אוטונומית הופכת למיינסטרים. דירוגי רמת תמימות הבטיחות ברכב (ASIL) קובעים דרישות למתן סיכונים ולהבטחת נהלי בטיחות סטנדרטיים בעת תכנון מערכות אלה. כתוצאה מכך, מערכות משנה רבות ברחבי הרכב חייבות להיות בעלות בטיחות תפקודית ברמת המערכת.
דרישה אחת נפוצה בנושא בטיחות תפקודית היא יתירות. על מנת לעמוד בדרישות היתירות, יצרניות הרכב מאמצות במהירות חיישנים למערכות בקרה קריטיות לבטיחות, ומרבות את מספר החיישנים. יצרני חיישנים כמו TI הבחינו במגמה זו והתמקדו בהקלת המהנדסים למצוא חיישנים ולהשתמש בהם, בין אם בעיצובים המיועדים לעמוד בתקני בטיחות פונקציונליים ובין אם במערכות בטוחות יותר מובחנות בתחרות.
מגמה מס '3: עלייה בחשמול
יצרניות הרכב עושות הכל על רכבים חשמליים. למה רכבי EV? ובכן, נסיעה שקטה ומומנט מיידי אינן הסיבות היחידות מדוע הן צוברות אחיזה; יש כוח הרבה יותר גדול הקשור במטרות הממשלה להפחית את פליטת הפחמן הדו חמצני.
מדינות רבות הכריזו על תאריכי יעד והתחייבויות בנוגע למכירת רכבים חשמליים. לדוגמה, דרום קוריאה הכריזה על תאריך יעד של שנת 2050 להפוך לניטראלי בפחמן, עם תוכניות מקבילות להגדיל את מספר הרכבים על הכביש לכמעט 3 מיליון עד 2025 באמצעות הרחבה של הטבות מס רכבים ויעדי רכישה ספציפיים של רכבים להשכרה. . פרטי היעד של כל מדינה עשויים להשתנות, אך המטרה המשותפת היא לבטל את כלי הרכב של מנוע הבעירה הפנימית (ICE) לאורך זמן עם תקנות ותמריצים כגון הטבות מס או סובסידיות.
כיצד משפיע ייצור EV מוגבר על הביקוש לחיישנים? בהשוואה לרכבי ICE, לרכבי EV יש דרישות מוגברות מתח, חישה של זרם, טמפרטורה ולחות, מכיוון שתתי מערכות גדולות כגון המטען המשולב, ממיר DC/DC, ממירים ומערכת ניהול סוללות (BMS) מתמודדות כולן עם מתח גבוה או זרמים. כל אחת ממערכות אלה דורשת ניטור צמוד כדי למזער את האיום של עליות זרם, בורחות תרמיות ואפילו קורוזיה או קצרים מדליפת רטיבות.
דיוק חיישנים גבוה במערכות אלה יכול לתרגם לזמני טעינה של רכבי EV ואפילו חיי סוללה ארוכים יותר. לדוגמה, קריאות טמפרטורה מדויקות יותר יכולות להקטין את שולי הטעות, ובכך למנוע הפעלה כוזבת של מערכות בקרה ולאפשר פעולה קרובה יותר למגבלות תרמיות, חנק או כיבוי רק בעת הצורך. דיוק מוחלט בעת שימוש בחיישני טמפרטורה קשור לחיישן ולרכיבים שמסביב, טכניקות פריסה בשימוש ונתיבי הולכה תרמית, ולכן חשוב לזכור שיטות עבודה מומלצות בעת שימוש בחיישני טמפרטורה הרכובים על פני השטח.
חיישן הטמפרטורה TMP126-Q1 של TI מסייע למערכות לנקוט בפעולה מקדימה כדי להפחית את הסיכון לנזקים תרמיים באמצעות התראה על טמפרטורה נמוכה המזהה שינויי טמפרטורה מהירים לפני שהם מגיעים לרמות מסוכנות, ומפחיתים את הסיכון להימלטות תרמית. לא רק שחיישנים כמו TMP126-Q1 מדויקים, הם גם אמינים הודות להיסחפות החיישן הנמוכה של חומר הסיליקון שלו. ב- BMS עם זרמי טעינה גבוהים, חשוב לשמור על דיוק חישה זרם כדי לדעת נכון את מצב הטעינה של תא סוללה. שימוש בחיישני זרם מדויקים וסחיפים נמוכים כגון INA229-Q1 של TI יכול לעזור לשמור על יעילות סוללת EV לאורך זמן, טמפרטורה ולחות.
סיכום
חיישנים רק ימשיכו לגדול עם הזמן ככל שמערכות המידע והבידור יהיו מתקדמות יותר, בטיחות ותכונות הנהיגה האוטונומיות מתרבות ורכבים חשמליים מגדילים את נתח השוק שלהם. כדי לסייע למהנדסי הרכב לייעל את העיצובים שלהם, סמיקונדקטור היצרנים מספקים חיישנים קטנים יותר, מדויקים וחסכוניים יותר בחשמל. עם כל כך הרבה חיישנים זמינים, בחירת המוצרים יכולה להיות עצומה. חשוב לקבוע אילו קריטריונים חשובים ביותר - התמקדות בפרמטרים כמו דיוק, סחיפה וגודל היא דרך מצוינת לצמצם את האפשרויות שלך.
על הסופר
בריאן פדילה הוא מהנדס שיווק מוצרים בטקסס אינסטרומנטס. יש לו עניין לכל החיים בשוק הרכב והתמקדות מקצועית בטכנולוגיות חישה.
על טקסס אינסטרומנטס