Kami berada di titik perubahan bersejarah dan jelas dalam industri automotif. Terdapat banyak tekanan pada pembuat kenderaan untuk berinovasi dan mentakrifkan semula penggunaan kenderaan. Mereka tidak hanya harus memenuhi permintaan konsumen, tetapi mereka juga harus mengikuti perubahan peraturan keselamatan dan lingkungan. Akibatnya, pembuat kenderaan meningkatkan jumlah sensor yang digunakan di dalam dan di sekitar kenderaan untuk memberikan keselamatan dan fungsi yang lebih baik kepada pelanggan mereka, yang memerlukan sensor pengeluar untuk meminimumkan dan meningkatkan teknologi sebelumnya.
Dalam artikel ini, saya akan mengetengahkan tiga trend utama yang akan meningkatkan jumlah sensor yang digunakan dalam kenderaan dalam 10 tahun akan datang: kemajuan dalam sistem infotainment, keselamatan tambahan dan ciri pemanduan autonomi, dan kenaikan elektrifikasi.
Trend No. 1: Sistem infotainment semakin maju
Kadar teknologi penggunaan dalam kenderaan untuk memasukkan ciri dan trend infotainment terkini adalah eksponen. Pengalaman pengguna menjadi lebih daripada sekadar pemacu.
Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1, bilangan paparan yang digunakan dalam kenderaan biasa semakin meningkat – daripada gugusan instrumen boleh dikonfigurasikan semula kepada konsol tengah kepada hiburan penumpang. Pada masa yang sama, kualiti paparan juga meningkat berkat skrin yang lebih besar dengan resolusi yang lebih halus dan tahap kecerahan yang lebih tinggi. E-cermin untuk pandangan belakang dan sisi juga menjadi lebih biasa, begitu juga dengan modul pengecasan wayarles dan hab media tambahan. Kereta mula berasa seperti sambungan telefon pintar yang lancar, dengan pengguna mengharapkan reka bentuk permukaan sentuhan bersih dari segi estetika, yang membawa kepada litar bersepadu (IC) tambahan seperti induktans-ke-digital Penukar Sensor (LDC) yang memungkinkan fitur "sentuhan paksa" pada permukaan yang bukan layar, dengan kemampuan untuk mengesan jumlah kekuatan yang dikenakan.
Gambar 1: Sistem Infotainment dan kluster moden yang dilengkapi dengan ciri (Sumber: Texas Instruments)
Sensor LDC seperti LDC3114-Q1 dari Texas Instruments (TI) membolehkan pengalaman antara muka pengguna (UI) yang lancar dengan permukaan sentuhan pada logam, plastik atau kaca untuk UI di sekitar konsol tengah.
Selain itu, sensor kesan Hall 3D seperti TAG's TMAG5170-Q1 membolehkan pengesanan kedudukan dalam e-shifters (gear shifter) dan kawalan infotainment dari joystick dan tombol, yang sering digabungkan dengan sentuhan dan ciri UI di sekitar konsol tengah.
Menyokong semua ciri dan paparan baru ini memerlukan IC tambahan dalam faktor bentuk yang lebih kecil, yang menyebabkan miniaturisasi IC dan dicetak litar papan (PCB) sambil mencapai fungsi yang lebih hebat. Cabarannya ialah apabila anda mengurangkan saiz modul yang menempatkan PCB sambil meningkatkan keperluan pemprosesan, anda mempunyai resipi yang sempurna untuk suhu operasi yang lebih tinggi. Ini disebabkan terutamanya oleh penggunaan kuasa yang lebih besar disebabkan oleh lebih banyak pemprosesan dan pengurangan aliran udara yang disebabkan oleh faktor bentuk yang lebih kecil - kedua-duanya dikompaun oleh persekitaran, memandangkan sistem infotainmen sering terdedah kepada cahaya matahari untuk sebahagian besar hayatnya.
Oleh kerana sensor suhu memainkan peranan penting dalam membantu mengelakkan kerosakan pada litar yang disebabkan oleh terlalu panas, pembuat kenderaan meningkatkan jumlah sensor suhu yang digunakan pada PCB khas dan mengutamakan kebolehpercayaan dan ketepatan semasa pemilihan produk. Menempatkan sensor suhu di tempat panas sistem seperti mikrokontroler, bekalan kuasa atau paparan LED lampu belakang membantu memastikan komponen ini berada dalam keadaan operasi yang disyorkan, yang membolehkan sistem infotainment memberikan prestasi dan kebolehpercayaan yang diharapkan oleh pengguna.
Mencari jenis sensor suhu yang tepat boleh menjadi sukar kerana beribu-ribu pilihan yang ada. Yang tidak akan memecah tebing, dan yang lebih dipercayai daripada termistor pekali suhu negatif tradisional, adalah termistor linier TMP61-Q1 TI. Peningkatan ketepatan TMP61-Q1 membantu meminimumkan margin keselamatan ralat suhu untuk mengelakkan pemicu palsu. Ini membolehkan sistem kawalan beroperasi lebih dekat dengan had termal dan pendikit atau mematikan hanya apabila diperlukan.
Selama beberapa tahun akan datang, anda dapat melihat peningkatan bukan hanya jumlah produk penginderaan, tetapi ketepatan dan integrasi yang lebih tinggi dalam sistem hiburan, dengan tujuan untuk membolehkan ciri pengalaman pengguna tambahan dan pemacu yang lebih menghiburkan.
Trend No. 2: Ciri keselamatan dan pemanduan autonomi tambahan
Tidak semua kereta dibuat sama, terutama ketika disesuaikan untuk pasar tertentu. Tetapi peraturan pemerintah menutup jurang ciri keselamatan standard untuk memastikan keselamatan pengguna. Sebagai contoh, pada tahun 2019, pemerintah India mewajibkan ciri keselamatan aktif dan pasif yang dipasang di semua model kenderaan yang dijual di negaranya. Untuk menambahkan ciri keselamatan ini ke model tingkat rendah dan pertengahan, pembuat kenderaan perlu menambahkan lebih banyak sensor untuk merasakan persekitaran di dalam dan di sekitar kenderaan.
Anda akan mendapat contoh hebat trend ini pada kamera pandangan belakang. Mereka hanya tersedia pada model mewah 10 tahun yang lalu tetapi kini menjadi ciri keselamatan standard bagi kebanyakan kenderaan baru; sukar untuk mencari kereta baru tanpanya. Contoh lain ialah sistem pemantauan pemandu, yang juga semakin popular. Oleh itu, jika sejarah berulang, saya tidak akan terkejut melihat penggunaan ciri keselamatan yang lebih maju.
Ciri keselamatan lanjutan adalah sebahagian daripada sistem bantuan pemandu lanjutan (ADAS). Awalnya terkenal dengan kawalan pelayaran, ADAS telah berubah menjadi lebih banyak lagi, membawa sensor pada kenderaan ke tahap yang baru untuk menyokong ciri seperti pemantauan dalam kabin, pengesanan buta, peringatan keberangkatan lorong, bantuan tempat letak kereta - bahkan autonomi terbaru teknologi pemanduan.
Rajah 2 menunjukkan tahap pemanduan autonomi yang berbeza dan ciri yang sesuai. Walaupun terdapat banyak halangan dalam mencapai tahap 5 autonomi, pembuat kenderaan berusaha untuk mewujudkannya.
Gambar 2 Tahap pemanduan automatik (Source Texas Instruments)
Fungsi pemanduan autonomi tidak boleh wujud tanpa kamera dan sensor ultrasonik, radar atau LiDAR di tepi untuk merasakan persekitaran di sekitar kenderaan. Oleh kerana semakin banyak pembuat kenderaan berlumba untuk mencapai tahap pemanduan autonomi yang lebih tinggi, peningkatan jumlah sensor tidak dapat dielakkan. Tetapi di mana anda akan meletakkannya?
Di sinilah miniaturisasi dimainkan - di mana saiz dan integrasi pakej bersinar. Sebagai contoh, kenderaan mewah masa kini mempunyai sistem radar tunggal berbilang cip. Memandangkan penggunaan beberapa komponen diskrit, sistem radar ini besar dan besar apabila perlu lebih kecil, lebih rendah kuasa, dan menjimatkan kos. TI menawarkan penyelesaian sensor radar gelombang milimeter automotif (mmWave) seperti TI's AWR1843 yang mempunyai proses bersama dengan hujung depan untuk mengurangkan saiz dan faktor bentuk sistem radar sebanyak 50%. TI juga menawarkan tahap integrasi yang lebih tinggi dengan peranti radar mmWave antena-pada pakej seperti AWR1843AOP TI, yang membolehkan pemasangan pelbagai sistem radar di sekitar kenderaan dengan cekap.
Ia bukan hanya sensor intensif data tinggi yang diminati; sensor blok bangunan yang jauh lebih kecil akan memastikan keselamatan dan prestasi jangka panjang pemproses intensif komputasi untuk peleburan sensor dan kecerdasan buatan. Sekiranya prosesor terlalu panas, terlalu banyak tarikan semasa, atau terdedah kepada tahap kelembapan yang tinggi, kinerjanya boleh merosot atau mungkin rosak sepenuhnya, mempengaruhi fungsi ADAS. Sensor suhu, arus, dan bahkan kelembapan seperti HDC3020-Q1 memastikan pemproses ini dan komponen ADAS lain seperti sensor LiDAR dalam keadaan operasi yang ditentukan untuk mengelakkan kerosakan.
ADAS mempunyai syarat keselamatan tahap sistem yang lebih ketat daripada sistem automotif lain, kerana apabila kenderaan menjadi lebih pintar, mereka juga menjadi lebih kompleks. Lebih banyak kerumitan menimbulkan masalah keselamatan, terutama ketika pemanduan autonomi menjadi arus perdana. Peringkat Tahap Integriti Keselamatan Automotif (ASIL) menetapkan keperluan untuk mengurangkan risiko dan memastikan prosedur keselamatan standard semasa merancang sistem ini. Akibatnya, banyak subsistem di seluruh kenderaan mesti mempunyai keselamatan fungsional peringkat sistem.
Salah satu syarat biasa dalam keselamatan fungsional adalah kelebihan. Untuk memenuhi keperluan redundansi, pembuat kenderaan dengan cepat menggunakan sensor untuk sistem kawalan kritikal keselamatan, seterusnya mengalikan jumlah sensor. Pengilang sensor seperti TI telah memperhatikan trend ini dan fokus untuk mempermudah jurutera mencari dan menggunakan sensor, sama ada dalam reka bentuk yang disasarkan untuk memenuhi piawaian keselamatan fungsional atau dalam sistem lebih selamat yang dibezakan secara kompetitif.
Trend No. 3: Kenaikan elektrik
Pembuat kenderaan menggunakan semua kenderaan elektrik (EV). Mengapa EV? Nah, perjalanan yang tenang dan tork segera bukan satu-satunya sebab mengapa mereka mendapat daya tarikan; ada kekuatan yang jauh lebih besar yang berkaitan dengan matlamat pemerintah untuk mengurangkan pelepasan karbon dioksida.
Banyak negara telah mengumumkan tarikh sasaran dan janji berkenaan dengan penjualan kenderaan elektrik. Sebagai contoh, Korea Selatan mengumumkan tarikh sasaran pada tahun 2050 untuk menjadi berkecuali karbon, dengan rancangan yang sesuai untuk meningkatkan jumlah EV di jalan raya menjadi hampir 3 juta menjelang 2025 melalui peluasan faedah cukai EV dan sasaran pembelian EV khusus untuk kereta sewa. . Perincian sasaran setiap negara mungkin berbeza, tetapi tujuan umum adalah menghentikan kenderaan enjin pembakaran dalaman (ICE) dari masa ke masa dengan peraturan dan insentif seperti pelepasan cukai atau subsidi.
Bagaimana peningkatan pengeluaran EV mempengaruhi permintaan sensor? Berbanding dengan kenderaan ICE, EV mempunyai keperluan yang meningkat untuk voltan, penginderaan arus, suhu, dan kelembapan, kerana subsistem besar seperti pengecas onboard, penukar DC / DC, penyongsang, dan sistem pengurusan bateri (BMS) semuanya berurusan dengan voltan tinggi atau arus. Setiap sistem ini memerlukan pemantauan yang ketat untuk meminimumkan ancaman lonjakan arus, pelarian terma, dan juga kakisan atau celana pendek dari kebocoran kelembapan.
Ketepatan sensor yang tinggi dalam sistem ini dapat diterjemahkan kepada masa pengecasan EV yang lebih pendek dan jangka hayat bateri yang lebih lama. Sebagai contoh, pembacaan suhu yang lebih tepat dapat mengurangkan margin kesalahan, sehingga mencegah pencetusan sistem kawalan yang salah dan memungkinkan operasi yang lebih dekat ke had terma, pendikit atau mematikan hanya apabila perlu. Ketepatan total ketika menggunakan sensor suhu berkaitan dengan sensor dan komponen sekitarnya, teknik susun atur yang digunakan, dan jalur konduksi terma, jadi penting untuk diingat amalan terbaik ketika menggunakan sensor suhu permukaan-permukaan.
Sensor suhu TMP126-Q1 TI membantu sistem mengambil tindakan pendahuluan untuk mengurangkan risiko kerosakan terma dengan amaran laju suhu yang mengesan perubahan suhu yang cepat sebelum mencapai tahap berbahaya, mengurangkan risiko pelarian terma. Sensor seperti TMP126-Q1 bukan sahaja tepat, mereka juga boleh dipercayai kerana sensor yang rendah dari bahan silikonnya. Dalam BMS dengan arus pengecasan tinggi, penting untuk mengekalkan ketepatan penginderaan semasa untuk mengetahui keadaan cas sel bateri dengan betul. Menggunakan sensor arus yang tepat dan drift rendah seperti TI's INA229-Q1 dapat membantu mengekalkan kecekapan bateri EV dari masa ke masa, suhu, dan tahap kelembapan.
Kesimpulan
Sensor hanya akan terus meningkat seiring berjalannya waktu ketika sistem infotainment menjadi lebih maju, keselamatan dan fitur pemanduan autonomi menyebarkan, dan kenderaan elektrik meningkatkan pangsa pasar mereka. Untuk membantu jurutera automotif mengoptimumkan reka bentuk mereka, Semikonduktor pengeluar menyediakan sensor yang lebih kecil, lebih tepat, dan cekap kuasa. Dengan begitu banyak sensor yang ada, pemilihan produk dapat menjadi sangat luar biasa. Penting untuk menentukan kriteria apa yang paling penting - memfokuskan pada parameter seperti ketepatan, drift, dan ukuran adalah cara yang baik untuk mempersempit pilihan anda.
Mengenai Pengarang
Bryan Padilla adalah jurutera pemasaran produk di Texas Instruments. Dia mempunyai minat seumur hidup dalam pasaran automotif dan fokus profesional pada teknologi penginderaan.
mengenai Texas Instruments