私たちは、自動車業界において歴史的で明白なターニングポイントにいます。 自動車メーカーには、車両の使用法を革新し、再定義するという大きなプレッシャーがあります。 彼らは消費者の需要を満たす必要があるだけでなく、変化する安全および環境規制にも対応しなければなりません。 その結果、自動車メーカーは、顧客に安全性と機能性を向上させるために、車両内および車両周辺で使用されるセンサーの数を増やしています。 センサー 以前の技術を小型化および改善するメーカー。
この記事では、今後10年間で車両に使用されるセンサーの数を大幅に増やすXNUMXつの主要なトレンド、インフォテインメントシステムの進歩、追加の安全性と自動運転機能、および電化の増加に焦点を当てます。
トレンド1：インフォテインメントシステムはより高度になっています
の割合 テクノロジー 最新のインフォテインメント機能やトレンドを搭載した車両への採用は飛躍的に増加しています。 ユーザーエクスペリエンスは単なるドライブ以上のものになりつつあります。
に示すように 図1、一般的な車両で使用されるディスプレイの数は、再構成可能な計器クラスターからセンターコンソール、乗客のエンターテイメントに至るまで増加しています。 同時に、より高精細な解像度とより高い輝度レベルを備えた大画面のおかげで、表示品質も向上しています。 背面および側面用の電子ミラーも、ワイヤレス充電モジュールや追加のメディア ハブと同様に、より一般的になりつつあります。 自動車はスマートフォンのシームレスな拡張のように感じられ始めており、消費者は美しくクリーンなタッチ表面デザインを期待しており、これがデジタルインダクタンスなどの集積回路 (IC) の追加につながっています。 コンバータ （LDC）画面ではない表面で「感圧タッチ」機能を有効にし、加えられた力の量を検出する機能を備えたセンサー。
図1：最新の機能満載のインフォテインメントおよびクラスターシステム（出典：Texas Instruments）
Texas Instruments（TI）のLDC3114-Q1などのLDCセンサーは、センターコンソール周辺のUIのタッチオンメタル、プラスチック、またはガラスの表面でシームレスなユーザーインターフェイス（UI）エクスペリエンスを実現します。
さらに、TIのTMAG3-Q5170などの1Dホール効果センサーにより、e-シフター（ギアシフター）での位置検出と、ジョイスティックおよびノブのインフォテインメント制御が可能になります。これらは、多くの場合、センターコンソール周辺のタッチおよびUI機能と組み合わされます。
これらすべての新機能とディスプレイをサポートするには、より小さなフォームファクタの追加のICが必要であり、ICの小型化と印刷につながりました。 回路 ボード（PCB）のさらなる高機能化を実現します。 課題は、サイズを小さくすると、 モジュール 処理要件を高めながら PCB を収容する場合、より高い動作温度に対応するための完璧なレシピが得られます。 これは主に、処理量の増加による消費電力の増加と、フォームファクタの小型化によるエアフローの減少によって引き起こされます。インフォテインメント システムはその寿命の大部分で太陽光にさらされることが多いため、どちらも環境によってさらに悪化します。
温度センサーは、過熱による回路の損傷を防ぐ上で非常に重要な役割を果たしているため、自動車メーカーは、一般的なPCBで使用される温度センサーの数を増やし、製品選択時の信頼性と精度を優先しています。 マイクロコントローラー、電源、バックライトLEDディスプレイなどのシステムのホットスポットに温度センサーを配置すると、これらのコンポーネントを推奨動作条件内に保つことができ、インフォテインメントシステムが消費者が期待するパフォーマンスと信頼性を提供できるようになります。
何千ものオプションが利用可能であることを考えると、適切なタイプの温度センサーを見つけるのは難しい場合があります。 バンクを壊さず、従来の負の温度係数サーミスタよりも信頼性の高いものは、TIのTMP61-Q1リニアサーミスタです。 TMP61-Q1の精度の向上は、温度エラーの安全マージンを最小限に抑えて、誤ったトリガーを防ぐのに役立ちます。 これにより、制御システムは熱制限の近くで動作し、必要な場合にのみスロットルまたはシャットダウンすることができます。
今後数年間で、センシング製品の数だけでなく、追加のユーザーエクスペリエンス機能とより面白いドライブを可能にすることを目的として、インフォテインメントシステム内の精度と統合が向上することが期待できます。
トレンド2：追加の安全性と自動運転機能
特に特定の市場向けに調整された場合、すべての車が同じになるわけではありません。 しかし、政府の規制は、消費者の安全を確保するために、標準的な安全機能のギャップを埋めています。 たとえば、2019年に、インド政府は、自国で販売されるすべての車両モデルにインストールされるアクティブおよびパッシブの安全機能を義務付けました。 これらの安全機能を低層および中層モデルに追加するには、自動車メーカーは、車両内および周囲の環境を感知するセンサーをさらに追加する必要があります。
この傾向の良い例は、バックミラーカメラにあります。 これらは10年前は高級車でしか利用できませんでしたが、現在ではほとんどの新車の標準的な安全機能となっています。 それなしで新しい車を見つけるのは難しいです。 もうXNUMXつの例は、人気が高まっているドライバーモニタリングシステムです。 ですから、歴史が繰り返されても、もっと高度な安全機能が広く採用されているのを見ても驚かないでしょう。
高度な安全機能は、先進運転支援システム（ADAS）の一部です。 当初はクルーズコントロールで知られていましたが、ADASはさらに多くの機能に変化し、車内監視、死角検出、車線逸脱警報、駐車支援などの機能をサポートするために、車両のセンサーをまったく新しいレベルに引き上げました。運転技術。
図2 は、自動運転のさまざまなレベルとそれに対応する機能を示しています。 レベル5の自律性に到達するには多くの障害がありますが、自動車メーカーはそれを実現するために取り組んでいます。
図2自動運転のレベル（出典Texas Instruments）
自動運転機能は、車両の周囲の環境を感知するためのカメラと超音波、レーダー、またはLiDARセンサーがエッジになければ存在できません。 より多くの自動車メーカーがより高いレベルの自動運転に到達するために競争するにつれて、センサーの数の増加は避けられません。 しかし、あなたはそれらをどこに置くつもりですか？
ここで小型化が重要になり、パッケージサイズと統合が際立ちます。 たとえば、今日の高級車はマルチチップシングルレーダーシステムを備えています。 複数のディスクリートコンポーネントを使用しているため、これらのレーダーシステムは、小型化、低消費電力、および費用効果が必要な場合に、大きくてかさばります。 TIは、レーダーシステムのサイズとフォームファクターを1843％削減するために、フロントエンドと同じ場所に処理を配置したTIのAWR50などの自動車用ミリ波（mmWave）レーダーセンサーソリューションを提供しています。 TIは、TIのAWR1843AOPなどのアンテナオンパッケージミリ波レーダーデバイスとのより高いレベルの統合も提供します。これにより、車両の周囲に複数のレーダーシステムを効率的に取り付けることができます。
需要があるのは、データ量の多いセンサーだけではありません。 はるかに小さなビルディングブロックセンサーは、センサーフュージョンと人工知能のための計算集約型プロセッサーの安全性と長期的なパフォーマンスを保証します。 プロセッサが過熱したり、消費電流が多すぎたり、高湿度レベルにさらされたりすると、パフォーマンスが低下したり、完全に破損したりして、ADASの機能に影響を与える可能性があります。 HDC3020-Q1のような温度、電流、さらには湿度センサーは、損傷を防ぐために、これらのプロセッサーやLiDARセンサーのような他のADASコンポーネントを指定された動作条件内に保ちます。
ADASには、他の自動車システムよりも厳しいシステムレベルの安全要件があります。これは、車両がよりインテリジェントになるにつれて、それらもより複雑になるためです。 特に自動運転が主流になるにつれて、複雑さが増すと安全上の懸念が生じます。 Automotive Safety Integrity Level（ASIL）の評価は、これらのシステムを設計する際のリスクを軽減し、標準的な安全手順を保証するための要件を確立します。 その結果、車両全体の多くのサブシステムは、システムレベルの機能安全を備えている必要があります。
機能安全における一般的な要件のXNUMXつは、冗長性です。 冗長性の要件を満たすために、自動車メーカーはセーフティクリティカルな制御システムにセンサーを急速に採用し、センサーの数をさらに増やしています。 TIのようなセンサーメーカーはこの傾向に気づき、機能安全基準を満たすことを目的とした設計であろうと、競争力のある差別化されたより安全なシステムであろうと、エンジニアがセンサーを見つけて使用しやすくすることに焦点を当てています。
トレンド3：電化の増加
自動車メーカーは電気自動車（EV）に全面的に取り組んでいます。 なぜEVなのか？ まあ、静かな乗り心地と瞬時のトルクだけが彼らが牽引力を獲得している理由ではありません。 二酸化炭素排出量を削減するという政府の目標に関連して、はるかに大きな力が働いています。
多くの国が、電気自動車の販売に関する目標日と誓約を発表しています。 たとえば、韓国は2050年にカーボンニュートラルになる目標日を発表しました。それに対応して、EV税制優遇措置の延長とレンタカーの具体的なEV購入目標により、道路上のEVの数を3年までに約2025万台に増やす計画があります。 。 各国の目標の詳細は異なる場合がありますが、共通の目標は、税制優遇措置や補助金などの規制やインセンティブを使用して、内燃機関（ICE）車両を段階的に廃止することです。
EV生産の増加はセンサーの需要にどのように影響しますか？ ICE車両と比較して、EVは 電圧オンボード充電器、DC / DCコンバーター、インバーター、バッテリー管理システム（BMS）などの大規模なサブシステムはすべて高電圧または高電流を処理するため、、電流、温度、および湿度の検出。 これらのシステムはそれぞれ、電流サージ、熱暴走、さらには腐食や湿気漏れによる短絡の脅威を最小限に抑えるために、綿密な監視が必要です。
これらのシステムのセンサー精度が高いと、EVの充電時間が短くなり、バッテリーの寿命がさらに長くなる可能性があります。 たとえば、より正確な温度測定値は許容誤差を減らすことができるため、制御システムの誤ったトリガーを防ぎ、必要な場合にのみスロットルまたはシャットダウンして、熱限界に近い操作を可能にします。 温度センサーを使用する場合の総合的な精度は、センサーとその周辺のコンポーネント、使用するレイアウト手法、および熱伝導経路に関連しているため、表面実装温度センサーを使用する場合のベストプラクティスを覚えておくことが重要です。
TIのTMP126-Q1温度センサーは、システムが先制措置を講じて熱損傷のリスクを軽減するのに役立ちます。温度スルーレートアラートは、危険なレベルに達する前に急激な温度変化を検出し、熱暴走のリスクを軽減します。 TMP126-Q1のようなセンサーは正確であるだけでなく、シリコン材料のセンサードリフトが少ないため信頼性もあります。 充電電流が大きいBMSでは、バッテリセルの充電状態を正しく知るために、電流検出の精度を維持することが重要です。 TIのINA229-Q1などの正確で低ドリフト電流センサーを使用すると、時間、温度、湿度レベルにわたってEVバッテリーの効率を維持するのに役立ちます。
まとめ
センサーは、インフォテインメントシステムがより高度になり、安全性と自動運転機能が普及し、電気自動車が市場シェアを拡大するにつれて、時間の経過とともに増加し続けるでしょう。 自動車エンジニアが設計を最適化できるように、 半導体 メーカーは、より小さく、より正確で、電力効率の高いセンサーを提供しています。 非常に多くのセンサーが利用可能であるため、製品の選択は圧倒される可能性があります。 最も重要な基準を確立することが重要です。精度、ドリフト、サイズなどのパラメータに焦点を当てることは、オプションを絞り込むための優れた方法です。
著者,
Bryan Padillaは、TexasInstrumentsの製品マーケティングエンジニアです。 彼は自動車市場に生涯の関心を持っており、センシング技術に専門的な焦点を当てています。
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