Мы находимся на историческом поворотном этапе в автомобильной промышленности. На автопроизводителей оказывается огромное давление, чтобы они вводили новшества и пересматривали использование транспортных средств. Они не только должны удовлетворять потребительский спрос, но и не отставать от меняющихся норм безопасности и охраны окружающей среды. В результате автопроизводители увеличивают количество датчиков, используемых в транспортных средствах и вокруг них, чтобы обеспечить своим клиентам большую безопасность и функциональность, что требует датчик производители миниатюризируют и улучшают предыдущие технологии.
В этой статье я выделю три ключевые тенденции, которые значительно увеличат количество датчиков, используемых в транспортных средствах в следующие 10 лет: достижения в информационно-развлекательных системах, дополнительные функции безопасности и автономного вождения, а также рост электрификации.
Тенденция №1: информационно-развлекательные системы становятся все более совершенными
Скорость technology внедрение в автомобили новейших информационно-развлекательных функций и тенденций происходит в геометрической прогрессии. Пользовательский опыт становится чем-то большим, чем просто вождение.
Как показано в Рисунок 1, количество дисплеев, используемых в типичном автомобиле, увеличивается — от реконфигурируемых комбинаций приборов до центральных консолей и средств развлечения пассажиров. В то же время качество отображения также повышается благодаря большим экранам с более высоким разрешением и более высокими уровнями яркости. Электронные зеркала заднего и бокового обзора также становятся все более распространенными, как и модули беспроводной зарядки и дополнительные медиа-хабы. Автомобили начинают ощущаться как бесшовные расширения смартфонов, а потребители ожидают эстетически чистого дизайна сенсорной поверхности, что приводит к дополнительным интегральным схемам (ИС), таким как преобразование индуктивности в цифру. Преобразователь (LDC) датчики, которые обеспечивают функцию «касания с силой» на поверхностях, не являющихся экранами, с возможностью определения величины приложенной силы.
Рисунок 1. Современные многофункциональные информационно-развлекательные и кластерные системы (Источник: Texas Instruments)
Датчики LDC, такие как LDC3114-Q1 от Texas Instruments (TI), обеспечивают удобный интерфейс пользователя (UI) с прикосновением к металлическим, пластиковым или стеклянным поверхностям для пользовательского интерфейса вокруг центральной консоли.
Кроме того, датчики 3D-эффекта Холла, такие как TI TMAG5170-Q1, позволяют определять положение в электронных переключателях (переключателях передач) и управлять информационно-развлекательной системой с помощью джойстиков и ручек, которые часто сочетаются с сенсорными функциями и функциями пользовательского интерфейса вокруг центральных консолей.
Для поддержки всех этих новых функций и дисплеев требуются дополнительные ИС в меньших форм-факторах, что привело к миниатюризации ИС и печати. схема плат (PCB), обеспечивая при этом еще большую функциональность. Проблема в том, что когда вы уменьшаете размер модуль в котором размещаются печатные платы, но при этом возрастают требования к обработке, у вас есть идеальный рецепт для более высоких рабочих температур. В первую очередь это вызвано более высоким энергопотреблением из-за увеличения объема обработки и уменьшением воздушного потока из-за меньших форм-факторов. И то, и другое усугубляется окружающей средой, поскольку информационно-развлекательные системы часто подвергаются воздействию солнечного света в течение большей части своего срока службы.
Поскольку датчики температуры играют такую важную роль в предотвращении повреждения цепей из-за перегрева, автопроизводители увеличивают количество датчиков температуры, используемых на типичной печатной плате, и уделяют приоритетное внимание надежности и точности при выборе продукта. Размещение датчиков температуры в горячих точках системы, таких как микроконтроллер, источник питания или светодиодный дисплей с подсветкой, помогает поддерживать эти компоненты в рекомендуемых условиях эксплуатации, что позволяет информационно-развлекательной системе обеспечивать производительность и надежность, ожидаемые потребителями.
Найти подходящий тип датчика температуры может быть непросто, учитывая тысячи доступных опций. Линейный термистор TMP61-Q1 от TI является надежным и надежным, чем традиционные термисторы с отрицательным температурным коэффициентом. Повышенная точность TMP61-Q1 помогает минимизировать допустимые отклонения от температуры, чтобы предотвратить ложное срабатывание. Это позволяет системам управления работать ближе к тепловым пределам и дросселировать или отключаться только при необходимости.
В ближайшие несколько лет вы можете ожидать увеличения не только количества сенсорных устройств, но и повышения точности и интеграции в информационно-развлекательные системы с целью включения дополнительных функций взаимодействия с пользователем и более увлекательного драйва.
Тенденция № 2: Дополнительные функции безопасности и автономного вождения
Не все автомобили одинаковы, особенно если они предназначены для определенных рынков. Но правительственные постановления закрывают пробел в стандартных функциях безопасности, чтобы гарантировать безопасность потребителей. Например, в 2019 году правительство Индии обязало установить функции активной и пассивной безопасности на всех моделях автомобилей, продаваемых в его стране. Чтобы добавить эти функции безопасности к моделям низкого и среднего уровня, автопроизводителям необходимо добавить больше датчиков, чтобы определять окружающую среду внутри и вокруг автомобиля.
Вы найдете отличный пример этой тенденции в камерах заднего вида. 10 лет назад они были доступны только на роскошных моделях, но теперь являются стандартной функцией безопасности для большинства новых автомобилей; без него сложно найти новую машину. Другой пример - системы мониторинга водителей, популярность которых также растет. Так что, если история повторится, я не удивлюсь, увидев широкое распространение более продвинутых функций безопасности.
Расширенные функции безопасности являются частью расширенных систем помощи водителю (ADAS). Первоначально известный как круиз-контроль, ADAS превратился в нечто большее, выводя датчики на транспортных средствах на совершенно новый уровень, чтобы поддерживать такие функции, как мониторинг в салоне, обнаружение слепых зон, предупреждение о выезде с полосы движения, помощь при парковке - даже новейшие автономные техника вождения.
Рисунок 2 показаны различные уровни автономного вождения и соответствующие им функции. Несмотря на то, что на пути к достижению пятого уровня автономии существует множество препятствий, автопроизводители работают над тем, чтобы сделать это реальностью.
Рисунок 2 Уровни автоматизированного вождения (Source Texas Instruments)
Функции автономного вождения не могут существовать без камер и ультразвуковых, радарных или LiDAR-датчиков на краю автомобиля, которые определяют окружающую среду вокруг транспортного средства. Поскольку все больше автопроизводителей стремятся достичь более высокого уровня автономного вождения, увеличение количества датчиков неизбежно. Но куда вы собираетесь их ставить?
Именно здесь в игру вступает миниатюризация - где сияют размер упаковки и интеграция. Например, современные автомобили высокого класса оснащены однокристальной радиолокационной системой с одним чипом. Учитывая использование нескольких дискретных компонентов, эти радиолокационные системы являются большими и громоздкими, когда они должны быть меньше, с меньшей мощностью и рентабельностью. TI предлагает автомобильные радарные датчики миллиметрового диапазона (миллиметрового диапазона), такие как TI AWR1843, в которых обработка данных совмещена с передней частью, что позволяет уменьшить размер и форм-фактор радарных систем на 50%. TI также предлагает более высокий уровень интеграции с радарными устройствами миллиметрового диапазона «антенна на корпусе», такими как TI AWR1843AOP, которые позволяют эффективно устанавливать несколько радарных систем вокруг транспортного средства.
Востребованы не только датчики с большим объемом данных; Датчики гораздо меньшего размера из строительных блоков обеспечат безопасность и долгосрочную производительность вычислительно-ресурсоемких процессоров для объединения датчиков и искусственного интеллекта. Если процессор перегревается, потребляет слишком много тока или подвергается воздействию высоких уровней влажности, его производительность может снизиться или полностью выйти из строя, что повлияет на функциональность ADAS. Датчики температуры, тока и даже влажности, такие как HDC3020-Q1, поддерживают эти процессоры и другие компоненты ADAS, такие как датчики LiDAR, в заданных рабочих условиях, чтобы предотвратить повреждение.
ADAS предъявляет более строгие требования к безопасности на уровне системы, чем другие автомобильные системы, потому что по мере того, как автомобили становятся более интеллектуальными, они также становятся более сложными. Повышенная сложность вызывает опасения по поводу безопасности, особенно по мере того, как автономное вождение становится обычным явлением. Рейтинги уровня целостности автомобильной безопасности (ASIL) устанавливают требования по снижению рисков и обеспечивают стандартные процедуры безопасности при проектировании этих систем. В результате многие подсистемы в автомобиле должны иметь функциональную безопасность на системном уровне.
Одним из общих требований функциональной безопасности является резервирование. Чтобы соответствовать требованиям избыточности, автопроизводители быстро внедряют датчики для систем управления, критически важных для безопасности, тем самым увеличивая количество датчиков. Производители датчиков, такие как TI, заметили эту тенденцию и сосредоточились на том, чтобы облегчить инженерам поиск и использование датчиков, будь то в конструкциях, нацеленных на соответствие стандартам функциональной безопасности, или в более безопасных системах, дифференцированных на конкурентной основе.
Тенденция № 3: рост электрификации
Автопроизводители делают ставку на электромобили. Почему электромобили? Что ж, тихая езда и мгновенный крутящий момент - не единственные причины, по которым они набирают обороты; существует гораздо большая сила, связанная с целями правительства по сокращению выбросов углекислого газа.
Многие страны объявили плановые сроки и обещания в отношении продаж электромобилей. Например, Южная Корея объявила, что к 2050 году планируется достичь нулевого уровня выбросов углерода, с соответствующими планами по увеличению количества электромобилей на дорогах почти до 3 миллионов к 2025 году за счет расширения налоговых льгот на электромобили и конкретных целей покупки электромобилей для арендованных автомобилей. . Детали цели для каждой страны могут отличаться, но общая цель состоит в постепенном отказе от автомобилей с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) с помощью правил и стимулов, таких как налоговые льготы или субсидии.
Как увеличение производства электромобилей влияет на спрос на датчики? По сравнению с автомобилями с ДВС, у электромобилей повышенные требования к напряжениеизмерения тока, температуры и влажности, поскольку большие подсистемы, такие как бортовое зарядное устройство, преобразователь постоянного / постоянного тока, инверторы и система управления батареями (BMS), работают с высоким напряжением или токами. Каждая из этих систем требует тщательного контроля, чтобы минимизировать угрозу скачков тока, теплового разгона и даже коррозии или короткого замыкания из-за утечки влаги.
Высокая точность датчиков в этих системах может привести к сокращению времени зарядки электромобиля и даже увеличению срока службы батареи. Например, более точные показания температуры могут уменьшить погрешность, тем самым предотвращая ложное срабатывание систем управления и позволяя работать ближе к температурным пределам, дросселированию или отключению только при необходимости. Общая точность при использовании датчиков температуры зависит от датчика и окружающих компонентов, используемых методов компоновки и путей теплопроводности, поэтому важно помнить о передовых методах использования датчиков температуры для поверхностного монтажа.
Датчик температуры TMP126-Q1 компании TI помогает системам принимать превентивные меры для снижения риска теплового повреждения с помощью предупреждения о скорости нарастания температуры, которое обнаруживает быстрые изменения температуры до того, как они достигнут опасного уровня, что снижает риск теплового разгона. Такие датчики, как TMP126-Q1, не только точны, но и надежны благодаря малому дрейфу датчика из кремниевого материала. В BMS с высокими токами зарядки важно поддерживать точность измерения тока, чтобы правильно знать состояние заряда аккумуляторной батареи. Использование точных датчиков тока с малым дрейфом, таких как TI INA229-Q1, может помочь поддерживать эффективность батареи электромобиля с течением времени, при изменении температуры и влажности.
Заключение
Датчики будут только увеличиваться с течением времени, поскольку информационно-развлекательные системы станут более совершенными, будут распространяться функции безопасности и автономного вождения, а доля электромобилей на рынке увеличится. Чтобы помочь автомобильным инженерам оптимизировать свои конструкции, Полупроводниковое производители предоставляют более мелкие, более точные и энергоэффективные датчики. При наличии такого количества датчиков выбор продукции может быть огромным. Важно определить, какие критерии наиболее важны - сосредоточение внимания на таких параметрах, как точность, дрейф и размер, - отличный способ сузить ваши варианты.
Об авторе
Брайан Падилла - инженер по маркетингу продукции в Texas Instruments. Он всю жизнь проявляет интерес к автомобильному рынку и профессионально занимается сенсорными технологиями.
о Texas Instruments