Otomotiv endüstrisinde tarihi ve elle tutulur bir dönüm noktasındayız. Otomobil üreticilerinin üzerinde araç kullanımını yenilemek ve yeniden tanımlamak konusunda muazzam bir baskı var. Yalnızca tüketici talebini karşılamakla kalmayıp, aynı zamanda değişen güvenlik ve çevre düzenlemelerine de ayak uydurmaları gerekiyor. Sonuç olarak otomobil üreticileri, müşterilerine daha fazla güvenlik ve işlevsellik sağlamak için araçların içinde ve çevresinde kullanılan sensörlerin sayısını artırıyor. algılayıcı Üreticilerin önceki teknolojileri minyatürleştirmesi ve geliştirmesi.
Bu makalede önümüzdeki 10 yılda araçlarda kullanılan sensörlerin sayısını önemli ölçüde artıracak üç temel trendi vurgulayacağım: bilgi-eğlence sistemlerindeki gelişmeler, ek güvenlik ve otonom sürüş özellikleri ve elektrifikasyondaki artış.
Trend No. 1: Bilgi-eğlence sistemleri daha da gelişiyor
Oranı teknoloji Araçlarda en son bilgi-eğlence özelliklerini ve trendlerini içerecek şekilde benimsenme hızla artıyor. Kullanıcı deneyimi bir sürüşten çok daha fazlası haline geliyor.
Gösterildiği gibi Şekil 1Yeniden yapılandırılabilir gösterge gruplarından orta konsollara ve yolcu eğlencesine kadar tipik bir araçta kullanılan ekranların sayısı artıyor. Aynı zamanda, daha iyi çözünürlük ve daha yüksek parlaklık seviyelerine sahip daha büyük ekranlar sayesinde görüntü kalitesi de artıyor. Arka ve yan görünümler için e-aynalar, kablosuz şarj modülleri ve ek medya hub'ları da giderek yaygınlaşıyor. Tüketicilerin estetik açıdan temiz dokunmatik yüzey tasarımları beklemesiyle, otomobiller akıllı telefonların kusursuz bir uzantısı gibi hissetmeye başlıyor; bu da endüktanstan dijitale geçiş gibi ek entegre devrelerin (IC'ler) ortaya çıkmasına neden oluyor. Dönüştürücü Ekran olmayan yüzeylerde "zorla dokunma" özelliğini etkinleştiren ve uygulanan kuvvet miktarını tespit etme özelliğine sahip (LDC) sensörler.
Şekil 1: Modern, özelliklerle dolu Bilgi-Eğlence ve grup sistemleri (Kaynak: Texas Instruments)
Texas Instruments'ın (TI) LDC3114-Q1 gibi LDC sensörleri, orta konsolun etrafındaki kullanıcı arayüzü için metal, plastik veya cam yüzeylere temas eden kusursuz bir kullanıcı arayüzü (UI) deneyimi sağlar.
Ek olarak, TI'nin TMAG3-Q5170'i gibi 1D Hall efektli sensörler, e-shifter'larda (vites değiştiriciler) konum algılamayı ve genellikle orta konsolların etrafındaki dokunma ve kullanıcı arayüzü özellikleriyle birleştirilen kumanda kolları ve düğmelerin bilgi-eğlence kontrolünü sağlar.
Tüm bu yeni özelliklerin ve ekranların desteklenmesi, daha küçük form faktörlerinde ek IC'ler gerektirir; bu da IC'lerin ve basılı cihazların minyatürleştirilmesine yol açmıştır. devre Kartları (PCB'ler) daha da fazla işlevsellik elde ederken. Buradaki zorluk, boyutunu küçülttüğünüzde modül İşleme gereksinimlerini artırırken PCB'leri barındıran bu ürünle, daha yüksek çalışma sıcaklıkları için mükemmel tarife sahipsiniz. Bunun temel nedeni, daha fazla işlem nedeniyle daha fazla güç tüketimi ve daha küçük form faktörlerinin neden olduğu hava akışındaki azalmadır; bilgi-eğlence sistemleri genellikle kullanım ömürlerinin büyük bir kısmı boyunca güneş ışığına maruz kaldığından her ikisi de çevre tarafından birleştirilir.
Sıcaklık sensörleri, devrelerin aşırı ısınma nedeniyle hasar görmesini önlemede çok önemli bir rol oynadığından, otomobil üreticileri tipik bir PCB'de kullanılan sıcaklık sensörlerinin sayısını artırıyor ve ürün seçimi sırasında güvenilirliğe ve doğruluğa öncelik veriyor. Sıcaklık sensörlerinin mikro denetleyici, güç kaynağı veya arka ışıklı LED ekran gibi sistemin sıcak noktalarına yerleştirilmesi, bu bileşenlerin önerilen çalışma koşullarında tutulmasına yardımcı olur ve bu da bilgi-eğlence sisteminin tüketiciler tarafından beklenen performansı ve güvenilirliği sunmasını sağlar.
Mevcut binlerce seçenek göz önüne alındığında doğru sıcaklık sensörü tipini bulmak zor olabilir. Bütçenizi zorlamayan ve geleneksel negatif sıcaklık katsayılı termistörlerden daha güvenilir olan, TI'nin TMP61-Q1 doğrusal termistörüdür. TMP61-Q1'in artan doğruluğu, yanlış tetiklemeyi önlemek için sıcaklık hatası güvenlik marjlarının en aza indirilmesine yardımcı olur. Bu, kontrol sistemlerinin termal sınırlara yakın çalışmasına ve yalnızca ihtiyaç duyulduğunda kısılmasına veya kapatılmasına olanak tanır.
Önümüzdeki birkaç yıl içinde, yalnızca algılama ürünlerinin sayısında değil, aynı zamanda ek kullanıcı deneyimi özellikleri ve daha eğlenceli bir sürüş sağlamak amacıyla bilgi-eğlence sistemleri içerisinde daha yüksek doğruluk ve entegrasyonda da bir artış görmeyi bekleyebilirsiniz.
Trend No. 2: Ek güvenlik ve otonom sürüş özellikleri
Özellikle belirli pazarlara göre uyarlandığında tüm arabalar eşit değildir. Ancak hükümet düzenlemeleri, tüketici güvenliğini sağlamak için standart güvenlik özelliği açığını kapatıyor. Örneğin, 2019 yılında Hindistan hükümeti, ülkesinde satılan tüm araç modellerinde aktif ve pasif güvenlik özelliklerinin kurulmasını zorunlu kıldı. Bu güvenlik özelliklerini düşük ve orta seviye modellere eklemek için otomobil üreticilerinin, aracın içindeki ve çevresindeki ortamı algılayacak daha fazla sensör eklemesi gerekiyor.
Bu trendin harika bir örneğini arka görüş kameralarında bulacaksınız. Bunlar 10 yıl önce yalnızca lüks modellerde mevcuttu ancak artık çoğu yeni araç için standart bir güvenlik özelliğidir; onsuz yeni bir araba bulmak zor. Diğer bir örnek ise popülaritesi giderek artan sürücü izleme sistemleridir. Dolayısıyla tarih tekerrür ederse, daha gelişmiş güvenlik özelliklerinin yaygın şekilde benimsendiğini görmek beni şaşırtmaz.
Gelişmiş güvenlik özellikleri, gelişmiş sürücü destek sistemlerinin (ADAS) bir parçasıdır. Başlangıçta hız sabitleme sistemiyle tanınan ADAS, kabin içi izleme, kör nokta tespiti, şeritten ayrılma uyarısı, park yardımı ve hatta en yeni otonom özellikler gibi özellikleri desteklemek için araçlardaki sensörleri tamamen yeni bir seviyeye taşıyarak çok daha fazlasına dönüştü. sürüş teknolojisi.
Şekil 2 Farklı otonom sürüş seviyelerini ve bunlara karşılık gelen özellikleri gösterir. 5. seviye özerkliğe ulaşmanın önünde pek çok engel olmasına rağmen otomobil üreticileri bunu gerçeğe dönüştürmek için çalışıyor.
Şekil 2 Otonom sürüş seviyeleri (Kaynak Texas Instruments)
Otonom sürüş işlevleri, aracın etrafındaki ortamı algılayan kameralar ve ultrasonik, radar veya LiDAR sensörleri olmadan var olamaz. Daha fazla otomobil üreticisi daha yüksek otonom sürüş seviyelerine ulaşmak için yarıştıkça, sensör sayısındaki artış kaçınılmazdır. Peki onları nereye koyacaksın?
Minyatürleştirmenin devreye girdiği yer burasıdır; paket boyutunun ve entegrasyonun parladığı yer. Örneğin günümüzün üst düzey araçları çok çipli tek radar sistemine sahiptir. Birden fazla ayrı bileşenin kullanımı göz önüne alındığında, bu radar sistemleri daha küçük, daha düşük güçlü ve uygun maliyetli olmaları gerektiğinde büyük ve hantaldır. TI, radar sistemlerinin boyutunu ve form faktörünü %1843 oranında azaltmak için ön uçla aynı yerde bulunan işleme sahip TI'nin AWR50'ü gibi otomotiv milimetre dalga (mmWave) radar sensör çözümleri sunmaktadır. TI ayrıca, birden fazla radar sisteminin bir aracın etrafına verimli bir şekilde monte edilmesini sağlayan TI'nin AWR1843AOP'si gibi paket üzerinde anten mmWave radar cihazlarıyla daha yüksek düzeyde entegrasyon sunar.
Talep edilenler yalnızca yüksek veri yoğunluklu sensörler değil; çok daha küçük yapı taşı sensörleri, sensör füzyonu ve yapay zeka için yoğun hesaplamalı işlemcilerin güvenliğini ve uzun vadeli performansını sağlayacaktır. Bir işlemci aşırı ısınırsa, çok fazla akım çekerse veya yüksek nem seviyelerine maruz kalırsa performansı düşebilir veya tamamen bozularak ADAS işlevselliğini etkileyebilir. HDC3020-Q1 gibi sıcaklık, akım ve hatta nem sensörleri, hasarı önlemek için bu işlemcileri ve LiDAR sensörleri gibi diğer ADAS bileşenlerini belirtilen çalışma koşullarında tutar.
ADAS'ın sistem düzeyinde güvenlik gereksinimleri diğer otomotiv sistemlerine göre daha sıkıdır çünkü araçlar daha akıllı hale geldikçe daha karmaşık hale gelirler. Özellikle otonom sürüş ana akım haline geldikçe, daha fazla karmaşıklık güvenlik endişelerini artırıyor. Otomotiv Güvenliği Bütünlük Seviyesi (ASIL) derecelendirmeleri, bu sistemleri tasarlarken riskleri azaltmaya ve standart güvenlik prosedürlerini sağlamaya yönelik gereksinimleri belirler. Sonuç olarak, bir araçtaki birçok alt sistemin sistem düzeyinde işlevsel güvenliğe sahip olması gerekir.
İşlevsel güvenliğin ortak gereksinimlerinden biri yedekliliktir. Yedeklilik gereksinimlerini karşılamak amacıyla otomobil üreticileri güvenlik açısından kritik kontrol sistemleri için sensörleri hızla benimsiyor ve sensör sayısını daha da artırıyor. TI gibi sensör üreticileri bu eğilimi fark etti ve ister fonksiyonel güvenlik standartlarını karşılamayı hedefleyen tasarımlarda ister rekabet açısından farklılaştırılmış daha güvenli sistemlerde olsun, mühendislerin sensörleri bulmasını ve kullanmasını kolaylaştırmaya odaklandı.
Trend No. 3: Elektrifikasyonda artış
Otomobil üreticileri tamamen elektrikli araçlara (EV'ler) yöneliyor. Neden elektrikli araçlar? Çekiş kazanmalarının tek nedeni sessiz bir sürüş ve anlık tork değil; Hükümetin karbondioksit emisyonlarını azaltma hedefleriyle ilgili olarak çok daha büyük bir güç söz konusu.
Birçok ülke elektrikli araç satışına ilişkin hedef tarihler ve taahhütler açıkladı. Örneğin, Güney Kore, karbon-nötr olmak için 2050 hedef tarihini açıkladı ve buna karşılık olarak, EV vergi avantajlarının genişletilmesi ve kiralık arabalar için belirli EV satın alma hedefleri yoluyla yollardaki EV sayısını 3 yılına kadar neredeyse 2025 milyona çıkarma planları açıklandı. . Her ülkenin hedefinin ayrıntıları farklılık gösterebilir ancak ortak amaç, vergi indirimleri veya sübvansiyonlar gibi düzenlemeler ve teşviklerle içten yanmalı motorlu (ICE) araçların zamanla aşamalı olarak kullanımdan kaldırılmasıdır.
Artan EV üretimi sensörlere olan talebi nasıl etkiler? İYM araçlarıyla karşılaştırıldığında EV'lerin gereksinimleri arttı Voltaj, akım, sıcaklık ve nem algılama, çünkü yerleşik şarj cihazı, DC/DC dönüştürücü, invertörler ve pil yönetim sistemi (BMS) gibi büyük alt sistemlerin tümü yüksek voltaj veya akımlarla ilgilenir. Bu sistemlerin her biri, akım dalgalanmaları, termal kaçak ve hatta korozyon veya nem sızıntısından kaynaklanan kısa devre tehlikesini en aza indirmek için yakın izleme gerektirir.
Bu sistemlerdeki yüksek sensör doğruluğu, EV şarj sürelerinin kısalmasına ve hatta daha uzun pil ömrüne dönüşebilir. Örneğin, daha doğru sıcaklık okumaları hata marjlarını azaltabilir, böylece kontrol sistemlerinin yanlış tetiklenmesini önleyebilir ve termal sınırlara daha yakın çalışmaya, kısmaya veya yalnızca gerektiğinde kapatmaya olanak tanıyabilir. Sıcaklık sensörlerini kullanırken toplam doğruluk, sensöre ve çevresindeki bileşenlere, kullanılan yerleşim tekniklerine ve termal iletim yollarına bağlıdır; bu nedenle yüzeye monte sıcaklık sensörlerini kullanırken en iyi uygulamaları akılda tutmak önemlidir.
TI'nin TMP126-Q1 sıcaklık sensörü, hızlı sıcaklık değişimlerini tehlikeli seviyelere ulaşmadan önce algılayan ve termal kaçak riskini azaltan bir sıcaklık değişim hızı uyarısıyla sistemlerin termal hasar riskini azaltmak için önleyici eylemde bulunmasına yardımcı olur. TMP126-Q1 gibi sensörler yalnızca doğru olmakla kalmaz, aynı zamanda silikon malzemesinin düşük sensör sapması sayesinde güvenilirdir. Yüksek şarj akımlarına sahip BMS'de, pil hücresinin şarj durumunu doğru şekilde bilmek için akım algılama doğruluğunu korumak önemlidir. TI'nin INA229-Q1'i gibi doğru ve düşük sapmalı akım sensörlerinin kullanılması, EV pil verimliliğinin zaman, sıcaklık ve nem seviyelerinde korunmasına yardımcı olabilir.
Sonuç
Bilgi-eğlence sistemleri geliştikçe, güvenlik ve otonom sürüş özellikleri yaygınlaştıkça ve elektrikli araçlar pazar paylarını artırdıkça sensörler zaman içinde artmaya devam edecek. Otomotiv mühendislerinin tasarımlarını optimize etmelerine yardımcı olmak, Yarıiletken üreticiler daha küçük, daha doğru ve güç açısından verimli sensörler sağlıyor. Bu kadar çok sensörün mevcut olması nedeniyle ürün seçimi bunaltıcı olabilir. Hangi kriterlerin en önemli olduğunu belirlemek önemlidir; doğruluk, sapma ve boyut gibi parametrelere odaklanmak seçeneklerinizi daraltmanın harika bir yoludur.
Yazar hakkında
Bryan Padilla, Texas Instruments'ta ürün pazarlama mühendisidir. Otomotiv pazarına ömür boyu ilgi duymaktadır ve algılama teknolojilerine profesyonel olarak odaklanmaktadır.
Texas Instruments hakkında