Estamos em um ponto de inflexão histórico e palpável na indústria automotiva. Há uma enorme pressão sobre os fabricantes de automóveis para inovar e redefinir o uso dos veículos. Eles não apenas precisam atender à demanda do consumidor, mas também devem acompanhar as mudanças nas regulamentações de segurança e ambientais. Como resultado, as montadoras estão aumentando o número de sensores usados dentro e ao redor dos veículos para fornecer aos seus clientes maior segurança e funcionalidade, o que exige sensor fabricantes para miniaturizar e melhorar as tecnologias anteriores.
Neste artigo, destacarei três tendências principais que aumentarão significativamente o número de sensores usados em veículos nos próximos 10 anos: avanços nos sistemas de infoentretenimento, segurança adicional e recursos de direção autônoma e um aumento na eletrificação.
Tendência nº 1: os sistemas de infoentretenimento estão se tornando mais avançados
A taxa de tecnologia a adoção nos veículos para incluir os mais recentes recursos e tendências de infoentretenimento é exponencial. A experiência do usuário está se tornando muito mais do que apenas uma unidade.
Como mostrado em Figura 1, o número de monitores usados em um veículo típico está aumentando – de painéis de instrumentos reconfiguráveis a consoles centrais e entretenimento de passageiros. Ao mesmo tempo, a qualidade da exibição também está aumentando graças a telas maiores com resoluções mais finas e maiores níveis de brilho. Os espelhos eletrônicos para visão traseira e lateral também estão se tornando mais comuns, assim como os módulos de carregamento sem fio e hubs de mídia adicionais. Os carros estão começando a parecer extensões perfeitas de smartphones, com os consumidores esperando designs de superfície de toque esteticamente limpos, o que leva a circuitos integrados (ICs) adicionais, como indutância para digital conversor (LDC) sensores que permitem um recurso de “toque de força” em superfícies que não são telas, com a capacidade de detectar a quantidade de força aplicada.
Figura 1: Sistemas de informação e entretenimento modernos e repletos de recursos (Fonte: Texas Instruments)
Sensores LDC como o LDC3114-Q1 da Texas Instruments (TI) permitem uma experiência de interface de usuário (IU) contínua com superfícies de metal, plástico ou vidro para IU ao redor do console central.
Além disso, os sensores de efeito Hall 3D, como TMAG5170-Q1 da TI, permitem a detecção de posição em e-shifters (marchas) e controle de infoentretenimento de joysticks e botões, que geralmente são combinados com recursos de toque e UI em consoles centrais.
O suporte a todos esses novos recursos e visores requer ICs adicionais em formatos menores, o que levou à miniaturização de ICs e impressos o circuito placas (PCBs) e, ao mesmo tempo, obter funcionalidade ainda maior. O desafio é que quando você diminui o tamanho do módulo que abriga PCBs enquanto aumenta os requisitos de processamento, você tem a receita perfeita para temperaturas operacionais mais altas. Isto é causado principalmente pelo maior consumo de energia devido a mais processamento e uma diminuição no fluxo de ar causada por formatos menores – ambos agravados pelo ambiente, uma vez que os sistemas de infoentretenimento são frequentemente expostos à luz solar durante a maior parte da sua vida útil.
Uma vez que os sensores de temperatura desempenham um papel tão importante em ajudar a evitar danos aos circuitos causados por superaquecimento, as montadoras estão aumentando o número de sensores de temperatura usados em um PCB típico e priorizando a confiabilidade e a precisão durante a seleção do produto. Colocar sensores de temperatura nos pontos quentes do sistema, como microcontrolador, fonte de alimentação ou display LED de luz de fundo, ajuda a manter esses componentes dentro de suas condições operacionais recomendadas, o que permite que o sistema de infoentretenimento forneça o desempenho e a confiabilidade esperados pelos consumidores.
Encontrar o tipo certo de sensor de temperatura pode ser difícil, dadas as milhares de opções disponíveis. Um que não vai quebrar o banco, e que é mais confiável do que os termistores de coeficiente de temperatura negativo tradicionais, é o termistor linear TMP61-Q1 da TI. A maior precisão do TMP61-Q1 ajuda a minimizar as margens de segurança de erro de temperatura para evitar disparos falsos. Isso permite que os sistemas de controle operem mais próximos dos limites térmicos e acelerem ou desliguem somente quando necessário.
Nos próximos anos, você pode esperar um aumento não apenas no número de produtos de detecção, mas também em maior precisão e integração nos sistemas de infoentretenimento, com o objetivo de permitir recursos adicionais de experiência do usuário e um passeio mais divertido.
Tendência nº 2: Segurança adicional e recursos de direção autônoma
Nem todos os carros são fabricados da mesma forma, especialmente quando adaptados para determinados mercados. Mas as regulamentações governamentais estão fechando a lacuna do recurso de segurança padrão para garantir a segurança do consumidor. Por exemplo, em 2019, o governo indiano determinou a instalação de recursos de segurança ativa e passiva em todos os modelos de veículos vendidos em seu país. Para adicionar esses recursos de segurança aos modelos de nível médio e baixo, as montadoras precisam adicionar mais sensores para detectar o ambiente dentro e ao redor de um veículo.
Você encontrará um ótimo exemplo dessa tendência nas câmeras retrovisoras. Eles estavam disponíveis apenas em modelos de luxo há 10 anos, mas agora são um recurso de segurança padrão para a maioria dos veículos novos; é difícil encontrar um carro novo sem ele. Outro exemplo são os sistemas de monitoramento de driver, que também estão crescendo em popularidade. Portanto, se a história se repetir, eu não ficaria surpreso em ver a adoção generalizada de recursos de segurança mais avançados.
Os recursos avançados de segurança fazem parte dos sistemas avançados de assistência ao motorista (ADAS). Inicialmente conhecido pelo controle de cruzeiro, o ADAS se transformou em muito mais, levando os sensores dos veículos a um nível totalmente novo, a fim de oferecer suporte a recursos como monitoramento na cabine, detecção de ponto cego, aviso de saída de faixa, assistência ao estacionamento - até mesmo o mais recente autônomo tecnologia de condução.
Figura 2 mostra os diferentes níveis de condução autônoma e suas características correspondentes. Embora existam muitos obstáculos para alcançar o nível 5 de autonomia, as montadoras estão trabalhando para tornar isso uma realidade.
Figura 2 Níveis de direção automatizada (Fonte Texas Instruments)
As funções de direção autônoma não podem existir sem câmeras e sensores ultrassônicos, radar ou LiDAR na borda para detectar o ambiente ao redor de um veículo. À medida que mais montadoras correm para alcançar níveis mais elevados de direção autônoma, um aumento no número de sensores é inevitável. Mas onde você vai colocá-los?
É aqui que a miniaturização entra em jogo - onde o tamanho da embalagem e a integração brilham. Por exemplo, os veículos de alta tecnologia de hoje apresentam um sistema de radar único com vários chips. Devido ao uso de vários componentes discretos, esses sistemas de radar são grandes e volumosos quando precisam ser menores, com menor consumo de energia e econômicos. A TI oferece soluções de sensor de radar automotivo de ondas milimétricas (mmWave), como o AWR1843 da TI, que tem processamento co-localizado com o front end para reduzir o tamanho e o fator de forma dos sistemas de radar em 50%. A TI também oferece um nível mais alto de integração com dispositivos de radar de antena no pacote mmWave, como AWR1843AOP da TI, que permitem a montagem eficiente de vários sistemas de radar em torno de um veículo.
Não são apenas sensores com alto volume de dados que estão em demanda; sensores de bloco de construção muito menores garantirão a segurança e o desempenho de longo prazo de processadores intensivos em computação para fusão de sensores e inteligência artificial. Se um processador superaquecer, tiver muito consumo de corrente ou for exposto a altos níveis de umidade, seu desempenho pode degradar ou quebrar completamente, afetando a funcionalidade do ADAS. Sensores de temperatura, corrente e até mesmo umidade, como o HDC3020-Q1, mantêm esses processadores e outros componentes ADAS, como os sensores LiDAR, dentro de suas condições operacionais especificadas para evitar danos.
ADAS tem requisitos de segurança de nível de sistema mais rigorosos do que outros sistemas automotivos, porque conforme os veículos se tornam mais inteligentes, eles também se tornam mais complexos. Mais complexidade aumenta as preocupações com a segurança, especialmente à medida que a direção autônoma se torna comum. As classificações de nível de integridade de segurança automotiva (ASIL) estabelecem requisitos para mitigar riscos e garantir procedimentos de segurança padrão ao projetar esses sistemas. Como resultado, muitos subsistemas em um veículo devem ter segurança funcional em nível de sistema.
Um requisito comum em segurança funcional é a redundância. Para atender aos requisitos de redundância, as montadoras estão adotando rapidamente sensores para sistemas de controle de segurança crítica, multiplicando ainda mais o número de sensores. Fabricantes de sensores como a TI perceberam essa tendência e se concentraram em tornar mais fácil para os engenheiros encontrar e usar sensores, seja em projetos voltados para atender aos padrões de segurança funcional ou em sistemas mais seguros diferenciados e competitivamente.
Tendência nº 3: um aumento na eletrificação
As montadoras estão apostando tudo em veículos elétricos (EVs). Por que EVs? Bem, um passeio silencioso e torque instantâneo não são as únicas razões pelas quais eles estão ganhando tração; há uma força muito maior em jogo relacionada às metas do governo de reduzir as emissões de dióxido de carbono.
Muitos países anunciaram datas-alvo e promessas com relação às vendas de veículos elétricos. Por exemplo, a Coreia do Sul anunciou uma data alvo de 2050 para se tornar neutra em carbono, com planos correspondentes para aumentar o número de VEs na estrada para quase 3 milhões até 2025 por meio de uma extensão dos benefícios fiscais de VEs e metas específicas de compra de VEs para carros de aluguel . Os detalhes da meta de cada país podem variar, mas o objetivo comum é eliminar gradualmente os veículos com motor de combustão interna (ICE) ao longo do tempo com regulamentos e incentivos, como incentivos fiscais ou subsídios.
Como o aumento da produção de EV afeta a demanda por sensores? Em comparação com os veículos ICE, os EVs aumentaram os requisitos para Voltagem, detecção de corrente, temperatura e umidade, porque grandes subsistemas, como o carregador integrado, conversor DC / DC, inversores e sistema de gerenciamento de bateria (BMS), todos lidam com alta tensão ou correntes. Cada um desses sistemas requer monitoramento rigoroso para minimizar a ameaça de picos de corrente, fuga térmica e até mesmo corrosão ou curtos-circuitos causados pelo vazamento de umidade.
A alta precisão do sensor nesses sistemas pode se traduzir em tempos de carregamento de EV mais curtos e vida útil da bateria ainda mais longa. Por exemplo, leituras de temperatura mais precisas podem diminuir as margens de erro, evitando assim disparos falsos de sistemas de controle e permitindo uma operação mais próxima dos limites térmicos, estrangulamento ou desligamento apenas quando necessário. A precisão total ao usar sensores de temperatura está relacionada ao sensor e aos componentes ao redor, técnicas de layout usadas e caminhos de condução térmica, portanto, é essencial ter em mente as práticas recomendadas ao usar sensores de temperatura de montagem em superfície.
O sensor de temperatura TMP126-Q1 da TI ajuda os sistemas a tomar medidas preventivas para reduzir o risco de danos térmicos com um alerta de variação de temperatura que detecta mudanças rápidas de temperatura antes que atinjam níveis perigosos, reduzindo o risco de fuga térmica. Não apenas sensores como o TMP126-Q1 são precisos, eles também são confiáveis graças ao baixo desvio do sensor de seu material de silício. Em BMS com altas correntes de carga, é importante manter a precisão do sensor de corrente para saber corretamente o estado de carga de uma célula de bateria. Usar sensores de corrente precisos e de baixo desvio, como o INA229-Q1 da TI, pode ajudar a manter a eficiência da bateria EV ao longo do tempo, temperatura e níveis de umidade.
Conclusão
Os sensores só continuarão a aumentar com o tempo, à medida que os sistemas de infoentretenimento se tornam mais avançados, os recursos de segurança e direção autônoma se propagam e os veículos elétricos aumentam sua participação no mercado. Para ajudar os engenheiros automotivos a otimizar seus projetos, Semicondutores os fabricantes estão fornecendo sensores menores, mais precisos e com baixo consumo de energia. Com tantos sensores disponíveis, a seleção de produtos pode ser opressora. É importante estabelecer quais critérios são mais importantes - focar em parâmetros como precisão, desvio e tamanho é uma ótima maneira de restringir suas opções.
Sobre o autor
Bryan Padilla é engenheiro de marketing de produto da Texas Instruments. Ele tem um interesse de longa data no mercado automotivo e um foco profissional em tecnologias de detecção.
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