우리는 자동차 산업에서 역사적으로 실감할 수 있는 전환점에 서 있습니다. 자동차 제조업체는 차량 사용을 혁신하고 재정의해야 하는 엄청난 압력을 받고 있습니다. 그들은 소비자 요구를 충족해야 할 뿐만 아니라 변화하는 안전 및 환경 규정도 준수해야 합니다. 결과적으로 자동차 제조업체는 고객에게 더 나은 안전성과 기능을 제공하기 위해 차량 내부 및 주변에서 사용되는 센서의 수를 늘리고 있습니다. 감지기 제조업체는 이전 기술을 소형화하고 개선합니다.
이 기사에서는 향후 10년 동안 차량에 사용되는 센서의 수를 크게 증가시킬 세 가지 주요 트렌드인 인포테인먼트 시스템의 발전, 추가 안전 및 자율 주행 기능, 전기화의 증가를 강조하겠습니다.
트렌드 1: 인포테인먼트 시스템은 점점 더 발전하고 있습니다.
의 비율 technology 최신 인포테인먼트 기능과 트렌드를 포함하는 차량 내 도입은 기하급수적으로 늘어나고 있습니다. 사용자 경험은 단순한 드라이브 그 이상으로 변하고 있습니다.
도시 된 바와 같이 그림 1, 재구성 가능한 계기판에서 중앙 콘솔, 승객 엔터테인먼트에 이르기까지 일반적인 차량에 사용되는 디스플레이의 수가 증가하고 있습니다. 동시에 더 미세한 해상도와 더 높은 밝기 수준을 갖춘 더 큰 화면 덕분에 디스플레이 품질도 향상되고 있습니다. 무선 충전 모듈 및 추가 미디어 허브와 마찬가지로 후면 및 측면 보기용 전자 거울도 보편화되고 있습니다. 자동차는 스마트폰의 이음매 없는 확장처럼 느껴지기 시작했습니다. 소비자는 심미적으로 깨끗한 터치 표면 디자인을 기대하며 이는 인덕턴스-디지털과 같은 추가 집적 회로(IC)로 이어집니다. 변환기 (LDC) 센서는 적용된 힘의 양을 감지하는 기능과 함께 화면이 아닌 표면에서 "포스 터치" 기능을 활성화합니다.
그림 1: 기능이 풍부한 최신 인포테인먼트 및 클러스터 시스템(출처: Texas Instruments)
텍사스 인스트루먼트(TI)의 LDC3114-Q1과 같은 LDC 센서는 터치 온 메탈, 플라스틱 또는 유리 표면으로 센터 콘솔 주변의 UI를 위한 매끄러운 사용자 인터페이스(UI) 경험을 가능하게 합니다.
또한 TI의 TMAG3-Q5170과 같은 1D 홀 효과 센서를 사용하면 e-시프터(기어 시프터)의 위치 감지와 센터 콘솔 주변의 터치 및 UI 기능과 종종 결합되는 조이스틱 및 노브의 인포테인먼트 제어가 가능합니다.
이러한 모든 새로운 기능과 디스플레이를 지원하려면 더 작은 폼 팩터에서 추가 IC가 필요하며, 이는 IC 및 인쇄된 제품의 소형화로 이어졌습니다. 회로 보드(PCB)를 사용하면서 훨씬 더 뛰어난 기능을 달성할 수 있습니다. 문제는 크기를 줄이면 모듈 처리 요구 사항을 높이면서 PCB를 수용하는 이 제품은 더 높은 작동 온도에 대한 완벽한 방법을 제공합니다. 이는 주로 더 많은 처리로 인한 더 많은 전력 소비와 더 작은 폼 팩터로 인한 공기 흐름 감소로 인해 발생합니다. 인포테인먼트 시스템은 수명의 대부분 동안 햇빛에 노출되는 경우가 많기 때문에 두 가지 모두 환경에 의해 복합적으로 발생합니다.
온도 센서는 과열로 인한 회로 손상을 방지하는 데 중요한 역할을 하기 때문에 자동차 제조업체는 일반적인 PCB에 사용되는 온도 센서의 수를 늘리고 제품 선택 시 신뢰성과 정확성을 우선시하고 있습니다. 마이크로컨트롤러, 전원 공급 장치 또는 백라이트 LED 디스플레이와 같은 시스템 핫스팟에 온도 센서를 배치하면 이러한 구성 요소를 권장 작동 조건 내로 유지하는 데 도움이 되어 인포테인먼트 시스템이 소비자가 기대하는 성능과 신뢰성을 제공할 수 있습니다.
사용 가능한 수천 가지 옵션을 고려할 때 올바른 유형의 온도 센서를 찾는 것은 어려울 수 있습니다. 뱅크를 깨뜨리지 않고 기존의 음의 온도 계수 서미스터보다 더 안정적인 것은 TI의 TMP61-Q1 선형 서미스터입니다. TMP61-Q1의 향상된 정확도는 잘못된 트리거링을 방지하기 위해 온도 오류 안전 여유를 최소화하는 데 도움이 됩니다. 이를 통해 제어 시스템이 열 한계에 더 가깝게 작동하고 필요할 때만 조절하거나 종료할 수 있습니다.
향후 몇 년 동안 추가 사용자 경험 기능과 더 재미있는 운전을 가능하게 하는 것을 목표로 감지 제품의 수가 증가할 뿐만 아니라 인포테인먼트 시스템 내에서 더 높은 정확도와 통합이 증가할 것으로 예상할 수 있습니다.
트렌드 2: 추가 안전 및 자율 주행 기능
모든 자동차가 평등하게 만들어지는 것은 아닙니다. 특히 특정 시장에 맞게 제작된 경우에는 더욱 그렇습니다. 그러나 정부 규정은 소비자 안전을 보장하기 위해 표준 안전 기능 격차를 좁히고 있습니다. 예를 들어, 2019년에 인도 정부는 해당 국가에서 판매되는 모든 차량 모델에 능동 및 수동 안전 기능을 의무화했습니다. 이러한 안전 기능을 중저가 모델에 추가하기 위해 자동차 제조업체는 차량 내부 및 주변 환경을 감지하는 더 많은 센서를 추가해야 합니다.
후방 카메라에서 이러한 추세의 좋은 예를 찾을 수 있습니다. 10년 전에는 고급 모델에서만 사용할 수 있었지만 이제는 대부분의 신차에 표준 안전 기능이 되었습니다. 그것 없이는 새 차를 찾기가 어렵습니다. 또 다른 예는 운전자 모니터링 시스템으로 인기가 높아지고 있습니다. 따라서 역사가 반복된다면 더 고급 안전 기능이 널리 채택되는 것을 보고 놀라지 않을 것입니다.
고급 안전 기능은 첨단 운전자 지원 시스템(ADAS)의 일부입니다. 처음에는 크루즈 컨트롤로 알려졌던 ADAS는 차량 내 모니터링, 사각지대 감지, 차선 이탈 경고, 주차 지원과 같은 기능을 지원하기 위해 차량의 센서를 완전히 새로운 수준으로 끌어올려 훨씬 더 많이 변모했습니다. 운전 기술.
그림 2 다양한 수준의 자율 주행과 해당 기능을 보여줍니다. 레벨 5 자율성에 도달하는 데 많은 장애물이 있지만 자동차 제조업체는 이를 실현하기 위해 노력하고 있습니다.
그림 2 자율주행 수준(출처 Texas Instruments)
자율 주행 기능은 차량 주변 환경을 감지하는 엣지에 카메라와 초음파, 레이더 또는 LiDAR 센서 없이는 존재할 수 없습니다. 더 많은 자동차 제조업체가 더 높은 수준의 자율 주행에 도달하기 위해 경쟁함에 따라 센서 수의 증가는 불가피합니다. 하지만 그것들을 어디에 둘 것인가?
이것이 바로 패키지 크기와 통합이 빛을 발하는 소형화가 중요한 역할을 하는 곳입니다. 예를 들어, 오늘날의 고급 차량에는 다중 칩 단일 레이더 시스템이 있습니다. 여러 개의 개별 구성 요소를 사용한다는 점을 감안할 때 이러한 레이더 시스템은 더 작고 저전력이며 비용 효율적이어야 할 때 크고 부피가 커집니다. TI는 TI의 AWR1843과 같은 자동차 밀리미터파(mmWave) 레이더 센서 솔루션을 제공합니다. 이 솔루션은 레이더 시스템의 크기와 폼 팩터를 50%까지 줄이기 위해 프론트 엔드와 같은 위치에 처리가 있습니다. TI는 또한 TI의 AWR1843AOP와 같은 안테나 온 패키지 mmWave 레이더 장치와 더 높은 수준의 통합을 제공하여 차량 주변에 여러 레이더 시스템을 효율적으로 장착할 수 있습니다.
수요가 많은 것은 데이터 집약적 센서만이 아닙니다. 훨씬 더 작은 빌딩 블록 센서는 센서 융합 및 인공 지능을 위한 계산 집약적 프로세서의 안전성과 장기적 성능을 보장합니다. 프로세서가 과열되거나, 너무 많은 전류가 소모되거나, 높은 습도 수준에 노출되면 성능이 저하되거나 완전히 파손되어 ADAS 기능에 영향을 줄 수 있습니다. HDC3020-Q1과 같은 온도, 전류 및 습도 센서는 이러한 프로세서와 LiDAR 센서와 같은 기타 ADAS 구성 요소를 지정된 작동 조건 내에서 유지하여 손상을 방지합니다.
ADAS는 차량이 지능화됨에 따라 더욱 복잡해지기 때문에 다른 자동차 시스템보다 시스템 수준의 안전 요구 사항이 더 엄격합니다. 특히 자율 주행이 주류가 됨에 따라 복잡성이 증가하면 안전 문제가 발생합니다. ASIL(Automotive Safety Integrity Level) 등급은 이러한 시스템을 설계할 때 위험을 완화하고 표준 안전 절차를 보장하기 위한 요구 사항을 설정합니다. 결과적으로 차량 전체의 많은 하위 시스템에는 시스템 수준의 기능 안전이 있어야 합니다.
기능 안전의 일반적인 요구 사항 중 하나는 이중화입니다. 이중화 요구 사항을 충족하기 위해 자동차 제조업체는 안전이 중요한 제어 시스템용 센서를 빠르게 채택하여 센서 수를 더욱 늘리고 있습니다. TI와 같은 센서 제조업체는 이러한 추세를 인지하고 기능 안전 표준을 충족하기 위한 설계 또는 경쟁적으로 차별화된 안전한 시스템에서 엔지니어가 센서를 더 쉽게 찾고 사용할 수 있도록 하는 데 중점을 두고 있습니다.
트렌드 3: 전기화의 증가
자동차 제조사들이 전기차(EV)에 올인하고 있다. 왜 전기차인가? 음, 조용한 승차감과 즉각적인 토크가 견인력을 얻는 유일한 이유는 아닙니다. 이산화탄소 배출을 줄이려는 정부의 목표와 관련하여 훨씬 더 큰 힘이 작용하고 있습니다.
많은 국가에서 전기 자동차 판매와 관련하여 목표 날짜와 약속을 발표했습니다. 예를 들어, 한국은 탄소 중립국이 되는 2050년을 목표 날짜로 발표했으며, 이에 상응하는 전기차 세제 혜택과 렌터카에 대한 구체적인 전기차 구매 목표의 연장을 통해 3년까지 도로 위의 전기차 수를 거의 2025만대로 늘릴 계획입니다. . 각 국가의 세부 목표는 다를 수 있지만 공통 목표는 세금 감면이나 보조금과 같은 규제와 인센티브로 시간이 지남에 따라 내연 기관(ICE) 차량을 단계적으로 폐지하는 것입니다.
EV 생산 증가가 센서 수요에 어떤 영향을 미칩니까? ICE 차량에 비해 EV는 요구 사항이 증가했습니다. 전압온보드 충전기, DC/DC 컨버터, 인버터 및 배터리 관리 시스템(BMS)과 같은 대형 하위 시스템은 모두 고전압 또는 전류를 다루기 때문에 전류, 온도 및 습도 감지. 이러한 각 시스템은 전류 서지, 열 폭주 및 습기 누출로 인한 부식 또는 단락의 위협을 최소화하기 위해 면밀한 모니터링이 필요합니다.
이러한 시스템의 높은 센서 정확도는 EV 충전 시간을 단축하고 배터리 수명을 연장할 수 있습니다. 예를 들어, 더 정확한 온도 판독값은 오류 한계를 줄여 제어 시스템의 잘못된 트리거링을 방지하고 필요한 경우에만 열 제한, 스로틀링 또는 종료에 가까운 작동을 가능하게 합니다. 온도 센서를 사용할 때의 총 정확도는 센서 및 주변 구성 요소, 사용된 레이아웃 기술 및 열 전도 경로와 관련이 있으므로 표면 실장 온도 센서를 사용할 때 모범 사례를 염두에 두는 것이 중요합니다.
TI의 TMP126-Q1 온도 센서는 위험한 수준에 도달하기 전에 급격한 온도 변화를 감지하여 열 폭주의 위험을 줄이는 온도 슬루율 경고를 통해 시스템이 열 손상 위험을 줄이기 위한 선제적 조치를 취하도록 돕습니다. TMP126-Q1과 같은 센서는 정확할 뿐만 아니라 실리콘 소재의 낮은 센서 드리프트 덕분에 신뢰할 수 있습니다. 충전 전류가 높은 BMS에서는 배터리 셀의 충전 상태를 적절하게 파악하기 위해 전류 감지 정확도를 유지하는 것이 중요합니다. TI의 INA229-Q1과 같은 정확하고 드리프트가 낮은 전류 센서를 사용하면 시간, 온도 및 습도 수준에서 EV 배터리 효율을 유지하는 데 도움이 될 수 있습니다.
결론
센서는 인포테인먼트 시스템이 더욱 발전하고 안전 및 자율 주행 기능이 보급되고 전기 자동차가 시장 점유율을 증가함에 따라 시간이 지남에 따라 계속 증가할 것입니다. 자동차 엔지니어가 설계를 최적화할 수 있도록 반도체 제조업체는 더 작고 더 정확하며 전력 효율적인 센서를 제공하고 있습니다. 사용 가능한 센서가 너무 많기 때문에 제품 선택이 압도적일 수 있습니다. 가장 중요한 기준을 설정하는 것이 중요합니다. 정확도, 드리프트 및 크기와 같은 매개변수에 초점을 맞추는 것은 옵션을 좁힐 수 있는 좋은 방법입니다.
저자,
Bryan Padilla는 Texas Instruments의 제품 마케팅 엔지니어입니다. 그는 자동차 시장에 평생 관심을 가지고 있으며 감지 기술에 전문적인 관심을 가지고 있습니다.
텍사스 인스트루먼트에 대해