แนวโน้มสามประการที่ผลักดันการเติบโตของเซ็นเซอร์ในอุตสาหกรรมยานยนต์

เราอยู่ในจุดเปลี่ยนครั้งประวัติศาสตร์ที่เห็นได้ชัดในอุตสาหกรรมยานยนต์ ผู้ผลิตรถยนต์ต้องเผชิญกับแรงกดดันมหาศาลในการคิดค้นและกำหนดรูปแบบการใช้รถยนต์ใหม่ พวกเขาไม่เพียงต้องตอบสนองความต้องการของผู้บริโภคเท่านั้น แต่ยังต้องติดตามการเปลี่ยนแปลงกฎระเบียบด้านความปลอดภัยและสิ่งแวดล้อมด้วย ด้วยเหตุนี้ ผู้ผลิตรถยนต์จึงเพิ่มจำนวนเซ็นเซอร์ที่ใช้ภายในและรอบๆ รถเพื่อให้ลูกค้าได้รับความปลอดภัยและการทำงานที่มากขึ้น ซึ่งต้องใช้ เซ็นเซอร์ ผู้ผลิตเพื่อลดขนาดและปรับปรุงเทคโนโลยีก่อนหน้า

ในบทความนี้ ผมจะเน้นย้ำถึงแนวโน้มสำคัญ 10 ประการที่จะเพิ่มจำนวนเซ็นเซอร์ที่ใช้ในรถยนต์อย่างมากในอีก XNUMX ปีข้างหน้า ได้แก่ ความก้าวหน้าในระบบสาระบันเทิง ความปลอดภัยเพิ่มเติมและคุณสมบัติการขับขี่แบบอัตโนมัติ และการใช้พลังงานไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น

เทรนด์ที่ 1: ระบบสาระบันเทิงกำลังก้าวหน้ามากขึ้น

อัตราของ เทคโนโลยี การนำไปใช้ภายในยานพาหนะเพื่อรวมคุณสมบัติและแนวโน้มสาระบันเทิงล่าสุดนั้นมีแบบทวีคูณ ประสบการณ์ผู้ใช้เป็นมากกว่าแค่การขับเคลื่อน

ดังที่แสดงไว้ รูป 1จำนวนจอแสดงผลที่ใช้ในรถยนต์ทั่วไปเพิ่มขึ้น ตั้งแต่แผงหน้าปัดที่กำหนดค่าใหม่ได้ คอนโซลกลาง ไปจนถึงความบันเทิงสำหรับผู้โดยสาร ในขณะเดียวกัน คุณภาพการแสดงผลก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน เนื่องจากหน้าจอที่ใหญ่ขึ้นซึ่งมีความละเอียดที่ละเอียดกว่าและระดับความสว่างที่มากกว่า E-mirror สำหรับมุมมองด้านหลังและด้านข้างก็มีมากขึ้นเช่นกัน เช่นเดียวกับโมดูลการชาร์จแบบไร้สายและฮับมีเดียเพิ่มเติม รถยนต์เริ่มรู้สึกเหมือนเป็นส่วนต่อขยายของสมาร์ทโฟนที่ไร้รอยต่อ โดยผู้บริโภคคาดหวังการออกแบบพื้นผิวสัมผัสที่สวยงามสะอาดตา ซึ่งนำไปสู่วงจรรวม (IC) เพิ่มเติม เช่น การเหนี่ยวนำให้เป็นดิจิตอล Converter เซ็นเซอร์ (LDC) ที่เปิดใช้คุณสมบัติ "แรงสัมผัส" บนพื้นผิวที่ไม่ใช่หน้าจอ พร้อมความสามารถในการตรวจจับปริมาณแรงที่ใช้

รูปที่ 1: ระบบ Infotainment และคลัสเตอร์ที่ทันสมัยและเต็มไปด้วยคุณสมบัติ (ที่มา: Texas Instruments)

เซ็นเซอร์ LDC เช่น LDC3114-Q1 จาก Texas Instruments (TI) ช่วยให้ใช้งานอินเทอร์เฟซผู้ใช้ (UI) ได้อย่างราบรื่นด้วยการสัมผัสบนพื้นผิวโลหะ พลาสติก หรือกระจกสำหรับ UI รอบคอนโซลกลาง

นอกจากนี้ เซ็นเซอร์ 3D Hall-effect เช่น TMAG5170-Q1 ของ TI ช่วยให้สามารถตรวจจับตำแหน่งใน e-shifters (ตัวเปลี่ยนเกียร์) และการควบคุมอินโฟเทนเมนท์ของจอยสติ๊กและลูกบิด ซึ่งมักจะรวมกับคุณสมบัติการสัมผัสและ UI รอบคอนโซลกลาง

การรองรับคุณสมบัติและจอแสดงผลใหม่ทั้งหมดนี้จำเป็นต้องมี IC เพิ่มเติมในรูปแบบที่มีขนาดเล็กลง ซึ่งนำไปสู่การย่อขนาดของ IC และการพิมพ์ วงจรไฟฟ้า บอร์ด (PCB) ในขณะที่บรรลุฟังก์ชันการทำงานที่ดียิ่งขึ้น ความท้าทายก็คือเมื่อคุณลดขนาดลง โมดูล ที่บรรจุ PCB ในขณะที่มีความต้องการในการประมวลผลเพิ่มขึ้น คุณมีสูตรที่สมบูรณ์แบบสำหรับอุณหภูมิในการทำงานที่สูงขึ้น สาเหตุหลักมาจากการใช้พลังงานที่มากขึ้นเนื่องจากการประมวลผลที่มากขึ้น และการไหลเวียนของอากาศที่ลดลงที่เกิดจากฟอร์มแฟคเตอร์ที่เล็กลง ซึ่งทั้งสองอย่างนี้ประกอบขึ้นจากสภาพแวดล้อม เนื่องจากระบบสาระบันเทิงมักโดนแสงแดดเกือบตลอดอายุการใช้งาน

เนื่องจากเซ็นเซอร์อุณหภูมิมีบทบาทสำคัญในการช่วยหลีกเลี่ยงความเสียหายต่อวงจรที่เกิดจากความร้อนสูงเกินไป ผู้ผลิตรถยนต์จึงเพิ่มจำนวนเซ็นเซอร์อุณหภูมิที่ใช้กับ PCB ทั่วไป และจัดลำดับความสำคัญของความน่าเชื่อถือและความถูกต้องในระหว่างการเลือกผลิตภัณฑ์ การวางเซ็นเซอร์อุณหภูมิในฮอตสปอตของระบบ เช่น ไมโครคอนโทรลเลอร์ พาวเวอร์ซัพพลาย หรือจอแสดงผล LED แบ็คไลท์ ช่วยให้ส่วนประกอบเหล่านี้อยู่ในสภาวะการทำงานที่แนะนำ ซึ่งช่วยให้ระบบอินโฟเทนเมนท์สามารถส่งมอบประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือที่ผู้บริโภคคาดหวังได้

การค้นหาเซ็นเซอร์อุณหภูมิที่เหมาะสมอาจเป็นเรื่องยากเนื่องจากมีตัวเลือกมากมายให้เลือก เทอร์มิสเตอร์เทอร์มิสเตอร์เชิงเส้น TMP61-Q1 ของ TI ที่ไม่ทำลายธนาคารและมีความน่าเชื่อถือมากกว่าเทอร์มิสเตอร์ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิติดลบแบบดั้งเดิม ความแม่นยำที่เพิ่มขึ้นของ TMP61-Q1 ช่วยลดระยะขอบด้านความปลอดภัยจากข้อผิดพลาดของอุณหภูมิให้เหลือน้อยที่สุด เพื่อป้องกันการทริกเกอร์ที่ผิดพลาด ซึ่งช่วยให้ระบบควบคุมทำงานใกล้กับขีดจำกัดความร้อนและเค้นหรือปิดเมื่อจำเป็นเท่านั้น

ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า คุณสามารถคาดหวังว่าจะได้เห็นผลิตภัณฑ์ด้านการตรวจจับเพิ่มขึ้นไม่เพียงเท่านั้น แต่ยังมีความแม่นยำและการบูรณาการที่สูงขึ้นภายในระบบสาระบันเทิง โดยมีเป้าหมายเพื่อเปิดใช้งานคุณสมบัติประสบการณ์ผู้ใช้เพิ่มเติมและไดรฟ์ที่สนุกสนานยิ่งขึ้น

เทรนด์ที่ 2: คุณสมบัติด้านความปลอดภัยและการขับขี่อัตโนมัติเพิ่มเติม

รถยนต์บางคันไม่ได้ผลิตออกมาเท่ากัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อปรับแต่งสำหรับบางตลาด แต่กฎระเบียบของรัฐบาลกำลังปิดช่องว่างคุณลักษณะด้านความปลอดภัยมาตรฐานเพื่อความปลอดภัยของผู้บริโภค ตัวอย่างเช่น ในปี 2019 รัฐบาลอินเดียกำหนดให้คุณลักษณะด้านความปลอดภัยเชิงรุกและเชิงรับติดตั้งในรถยนต์ทุกรุ่นที่จำหน่ายในประเทศของตน ในการเพิ่มคุณสมบัติด้านความปลอดภัยเหล่านี้ให้กับรุ่นระดับล่างและระดับกลาง ผู้ผลิตรถยนต์จำเป็นต้องเพิ่มเซ็นเซอร์เพิ่มเติมเพื่อรับรู้สภาพแวดล้อมภายในและรอบ ๆ ตัวรถ

คุณจะพบตัวอย่างที่ดีของแนวโน้มนี้ในกล้องมองหลัง มีเฉพาะในรุ่นหรูหราเมื่อ 10 ปีที่แล้ว แต่ตอนนี้เป็นคุณลักษณะด้านความปลอดภัยมาตรฐานสำหรับรถยนต์รุ่นใหม่ส่วนใหญ่ มันยากที่จะหารถใหม่หากไม่มีมัน อีกตัวอย่างหนึ่งคือระบบตรวจสอบผู้ขับขี่ซึ่งกำลังได้รับความนิยมเพิ่มขึ้นเช่นกัน ดังนั้นหากประวัติศาสตร์เกิดขึ้นซ้ำแล้วซ้ำเล่า ฉันจะไม่แปลกใจเลยที่ได้เห็นการนำคุณลักษณะด้านความปลอดภัยขั้นสูงมาใช้อย่างแพร่หลาย

คุณลักษณะด้านความปลอดภัยขั้นสูงเป็นส่วนหนึ่งของระบบช่วยเหลือผู้ขับขี่ขั้นสูง (ADAS) ADAS ซึ่งรู้จักกันดีในขั้นต้นสำหรับระบบควบคุมความเร็วอัตโนมัติ ADAS ได้ปรับเปลี่ยนไปอีกมากมาย โดยนำเซ็นเซอร์บนยานพาหนะไปสู่ระดับใหม่ทั้งหมด เพื่อรองรับคุณสมบัติต่างๆ เช่น การตรวจสอบภายในห้องโดยสาร การตรวจจับจุดบอด การเตือนการออกจากเลน ระบบช่วยจอดรถ แม้กระทั่งระบบอัตโนมัติล่าสุด เทคโนโลยีการขับขี่

รูป 2 แสดงระดับต่างๆ ของการขับขี่อัตโนมัติและคุณสมบัติที่เกี่ยวข้อง แม้ว่าจะมีอุปสรรคมากมายในการบรรลุความเป็นอิสระระดับ 5 แต่ผู้ผลิตรถยนต์ก็กำลังทำงานเพื่อทำให้สิ่งนั้นเป็นจริง

รูปที่ 2 ระดับการขับขี่อัตโนมัติ (ที่มา Texas Instruments)

ฟังก์ชันการขับขี่อัตโนมัติไม่สามารถเกิดขึ้นได้หากไม่มีกล้องและเซ็นเซอร์อัลตราโซนิก เรดาร์ หรือเซ็นเซอร์ LiDAR ที่ขอบรถเพื่อรับรู้สภาพแวดล้อมรอบ ๆ รถ เนื่องจากผู้ผลิตรถยนต์จำนวนมากขึ้นแข่งขันกันเพื่อให้ได้ระดับการขับขี่อัตโนมัติที่สูงขึ้น จำนวนเซ็นเซอร์ที่เพิ่มขึ้นย่อมหลีกเลี่ยงไม่ได้ แต่คุณจะวางพวกเขาไว้ที่ไหน?

นี่คือจุดเริ่มต้นของการย่อขนาด ซึ่งขนาดบรรจุภัณฑ์และการผสานรวมมีความโดดเด่น ตัวอย่างเช่น ยานพาหนะระดับไฮเอนด์ในปัจจุบันมีระบบเรดาร์เดี่ยวแบบหลายชิป ด้วยการใช้ส่วนประกอบที่ไม่ต่อเนื่องหลายตัว ระบบเรดาร์เหล่านี้จึงใหญ่และเทอะทะเมื่อต้องการขนาดเล็กลง ใช้พลังงานต่ำ และคุ้มค่า TI นำเสนอโซลูชันเซ็นเซอร์เรดาร์คลื่นมิลลิเมตร (mmWave) ของยานยนต์ เช่น AWR1843 ของ TI ที่มีการประมวลผลร่วมกับส่วนหน้าเพื่อลดขนาดและฟอร์มแฟคเตอร์ของระบบเรดาร์ลง 50% TI ยังเสนอการผสานรวมกับอุปกรณ์เรดาร์ mmWave แบบเสาอากาศบนแพ็คเกจที่สูงขึ้น เช่น AWR1843AOP ของ TI ซึ่งช่วยให้สามารถติดตั้งระบบเรดาร์หลายตัวรอบๆ รถได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ไม่ใช่แค่เซ็นเซอร์ที่ใช้ข้อมูลสูงเท่านั้นที่เป็นที่ต้องการ เซ็นเซอร์แบบโครงสร้างที่เล็กกว่ามากจะรับรองความปลอดภัยและประสิทธิภาพในระยะยาวของโปรเซสเซอร์ที่เน้นการประมวลผลสูงสำหรับการหลอมรวมเซ็นเซอร์และปัญญาประดิษฐ์ หากโปรเซสเซอร์มีความร้อนสูงเกินไป มีการดึงกระแสไฟมากเกินไป หรือมีความชื้นสูง ประสิทธิภาพของโปรเซสเซอร์อาจลดลงหรืออาจแตกหักโดยสิ้นเชิง ซึ่งส่งผลต่อการทำงานของ ADAS เซ็นเซอร์อุณหภูมิ กระแสไฟ และแม้กระทั่งความชื้น เช่น HDC3020-Q1 จะรักษาโปรเซสเซอร์เหล่านี้และส่วนประกอบ ADAS อื่นๆ เช่น เซ็นเซอร์ LiDAR ภายในสภาวะการทำงานที่ระบุเพื่อป้องกันความเสียหาย

ADAS มีข้อกำหนดด้านความปลอดภัยระดับระบบที่เข้มงวดมากกว่าระบบยานยนต์อื่นๆ เนื่องจากเมื่อยานพาหนะมีความชาญฉลาดมากขึ้น พวกเขาก็จะซับซ้อนมากขึ้นด้วย ความซับซ้อนมากขึ้นทำให้เกิดความกังวลด้านความปลอดภัย โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อการขับขี่อัตโนมัติกลายเป็นกระแสหลัก การจัดอันดับความสมบูรณ์ของความปลอดภัยในยานยนต์ (ASIL) กำหนดข้อกำหนดเพื่อลดความเสี่ยงและรับรองขั้นตอนความปลอดภัยมาตรฐานเมื่อออกแบบระบบเหล่านี้ เป็นผลให้ระบบย่อยจำนวนมากทั่วทั้งรถต้องมีความปลอดภัยในการทำงานระดับระบบ

ข้อกำหนดทั่วไปประการหนึ่งในความปลอดภัยในการใช้งานคือความซ้ำซ้อน เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดด้านความซ้ำซ้อน ผู้ผลิตรถยนต์จึงนำเซ็นเซอร์มาใช้อย่างรวดเร็วสำหรับระบบควบคุมที่มีความสำคัญต่อความปลอดภัย และเพิ่มจำนวนเซ็นเซอร์ให้มากขึ้น ผู้ผลิตเซ็นเซอร์อย่าง TI สังเกตเห็นแนวโน้มนี้และมุ่งเน้นที่การทำให้วิศวกรค้นหาและใช้เซ็นเซอร์ได้ง่ายขึ้น ไม่ว่าจะอยู่ในการออกแบบที่มุ่งเป้าให้เป็นไปตามมาตรฐานความปลอดภัยในการใช้งาน หรือในระบบที่ปลอดภัยยิ่งขึ้นในเชิงการแข่งขัน

เทรนด์ที่ 3: การเพิ่มขึ้นของการใช้พลังงานไฟฟ้า

ผู้ผลิตรถยนต์ทุ่มเต็มที่ในรถยนต์ไฟฟ้า (EV) ทำไมต้อง EV การขับขี่ที่เงียบและแรงบิดในทันทีไม่ใช่เหตุผลเดียวที่ทำให้พวกเขาได้รับแรงฉุด มีกำลังมากกว่ามากในการเล่นที่เกี่ยวข้องกับเป้าหมายของรัฐบาลในการลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์

หลายประเทศได้ประกาศวันที่เป้าหมายและคำมั่นสัญญาเกี่ยวกับการขายรถยนต์ไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น เกาหลีใต้ประกาศเป้าหมายปี 2050 ที่จะกลายเป็นคาร์บอนเป็นกลาง โดยมีแผนจะเพิ่มจำนวน EVs บนท้องถนนเป็นเกือบ 3 ล้านคันภายในปี 2025 ผ่านการขยายสิทธิประโยชน์ทางภาษีรถยนต์ไฟฟ้าและเป้าหมายการซื้อรถยนต์ไฟฟ้าเฉพาะสำหรับรถเช่า . รายละเอียดของเป้าหมายของแต่ละประเทศอาจแตกต่างกันไป แต่เป้าหมายร่วมกันคือการเลิกใช้รถยนต์ที่ใช้เครื่องยนต์สันดาปภายใน (ICE) เมื่อเวลาผ่านไปด้วยกฎระเบียบและสิ่งจูงใจ เช่น การลดหย่อนภาษีหรือเงินอุดหนุน

การผลิต EV ที่เพิ่มขึ้นส่งผลต่อความต้องการเซ็นเซอร์อย่างไร? เมื่อเทียบกับรถยนต์ ICE แล้ว EVs มีข้อกำหนดเพิ่มขึ้นสำหรับ แรงดันไฟฟ้าการตรวจจับกระแส อุณหภูมิ และความชื้น เนื่องจากระบบย่อยขนาดใหญ่ เช่น เครื่องชาร์จออนบอร์ด ตัวแปลง DC/DC อินเวอร์เตอร์ และระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) ล้วนเกี่ยวข้องกับแรงดันไฟฟ้าหรือกระแสไฟสูง ระบบเหล่านี้แต่ละระบบต้องการการตรวจสอบอย่างใกล้ชิดเพื่อลดภัยคุกคามจากไฟกระชาก การหนีจากความร้อน และแม้กระทั่งการกัดกร่อนหรือไฟฟ้าลัดวงจรจากการรั่วไหลของความชื้น

ความแม่นยำของเซ็นเซอร์สูงในระบบเหล่านี้อาจทำให้เวลาในการชาร์จ EV สั้นลงและอายุการใช้งานแบตเตอรี่ยาวนานขึ้น ตัวอย่างเช่น การอ่านค่าอุณหภูมิที่แม่นยำยิ่งขึ้นสามารถลดระยะขอบของข้อผิดพลาดได้ ซึ่งจะช่วยป้องกันการทริกเกอร์ระบบควบคุมที่ผิดพลาด และทำให้การทำงานใกล้กับขีดจำกัดความร้อน การควบคุมปริมาณ หรือการปิดตัวลงเมื่อจำเป็นเท่านั้น ความแม่นยำโดยรวมเมื่อใช้เซ็นเซอร์อุณหภูมิเกี่ยวข้องกับเซ็นเซอร์และส่วนประกอบโดยรอบ เทคนิคการจัดวางที่ใช้ และเส้นทางการนำความร้อน ดังนั้นจึงจำเป็นต้องคำนึงถึงแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดเมื่อใช้เซ็นเซอร์อุณหภูมิแบบติดตั้งบนพื้นผิว

เซ็นเซอร์อุณหภูมิ TMP126-Q1 ของ TI ช่วยให้ระบบดำเนินการยึดหน่วงเพื่อลดความเสี่ยงของความเสียหายจากความร้อนด้วยการแจ้งเตือนอัตราการฆ่าอุณหภูมิที่ตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิอย่างรวดเร็วก่อนที่จะถึงระดับอันตราย ลดความเสี่ยงของการหนีจากความร้อน เซ็นเซอร์อย่าง TMP126-Q1 ไม่เพียงแต่แม่นยำเท่านั้น แต่ยังเชื่อถือได้ด้วยวัสดุซิลิกอนที่มีการเคลื่อนตัวของเซ็นเซอร์ต่ำ ใน BMS ที่มีกระแสไฟชาร์จสูง การรักษาความแม่นยำในการตรวจจับกระแสไฟนั้นเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้ทราบสถานะการชาร์จของเซลล์แบตเตอรี่อย่างเหมาะสม การใช้เซ็นเซอร์วัดกระแสไฟฟ้่าที่แม่นยำและไหลต่ำ เช่น INA229-Q1 ของ TI สามารถช่วยรักษาประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ EV เมื่อเวลาผ่านไป อุณหภูมิ และระดับความชื้น

สรุป

เซ็นเซอร์จะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ เมื่อเวลาผ่านไป เนื่องจากระบบสาระบันเทิงมีความก้าวหน้ามากขึ้น คุณลักษณะด้านความปลอดภัยและการขับขี่แบบอัตโนมัติจะเผยแพร่ และยานพาหนะไฟฟ้าเพิ่มส่วนแบ่งการตลาด เพื่อช่วยวิศวกรยานยนต์เพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบของพวกเขา สารกึ่งตัวนำ ผู้ผลิตกำลังจัดหาเซ็นเซอร์ที่เล็กกว่า แม่นยำกว่า และประหยัดพลังงานกว่า ด้วยเซ็นเซอร์ที่มีอยู่มากมาย การเลือกผลิตภัณฑ์จึงทำได้มากเกินไป การกำหนดเกณฑ์ที่สำคัญที่สุดเป็นสิ่งสำคัญ การมุ่งเน้นที่พารามิเตอร์ เช่น ความแม่นยำ การเบี่ยงเบน และขนาดเป็นวิธีที่ดีในการจำกัดตัวเลือกของคุณให้แคบลง

เกี่ยวกับผู้เขียน

Bryan Padilla เป็นวิศวกรการตลาดผลิตภัณฑ์ที่ Texas Instruments เขามีความสนใจตลอดชีวิตในตลาดยานยนต์และให้ความสำคัญกับเทคโนโลยีการตรวจจับอย่างมืออาชีพ

เกี่ยวกับ Texas Instruments