新しいモビリティのためのセンサー

May 09, 2023

自動車メーカーが内燃エンジン (ICE) からハイブリッドおよびバッテリー駆動設計 (xEV) に移行するにつれて、これらの設計内でセンサーが占める展開範囲は拡大しています。 IHS Markit によると、個別の xEV モデルの数は、現在の約 335 モデルから 2030 年までに 800 モデルに増加する可能性があります。法律、政府の奨励金、充電インフラの改善がさらなる刺激となります。 自動車メーカーは、これらの新しいセンサー技術を自社の設計にうまく組み込むために、比較的短期間で産業提携を確立する必要があります。 TDK の統合センサー ポートフォリオは、車載アプリケーションに最適な包括的なセンサー スイートを提供します。 このポートフォリオには、従来の ICE と拡張された xEV 要件の両方が含まれています。 これらには次のものが含まれます。

車両内には、機械的、電子的、または電気機械的プロセスを監視および制御するための閉ループ フィードバック メカニズムが存在します。 センサーまたはセンサーの組み合わせは、そのようなシステムへの入力を生成し、監視しているプロセスに関連するデータを提供します。 このデータは、たとえば、車輪、車軸、モーターなどの回転データの形式になる可能性があります。 車両内の他のフィードバック システムは、温度、電流、圧力を制御します。 ここでは、特定のセンサーまたはセンサーの組み合わせ (センサー フュージョン) によって、関連する測定データが提供されます。

TMRセンサートンネル磁気抵抗 (TMR) センサーは、車両内で複数の用途に使用できます。 これらは、ステアリングホイールのトルクや角度、モーター/車軸の位置、「eCaliper」ブレーキシステム、ワイパーの作動を検出するために使用できます。 TAS シリーズの TMR センサは、高出力、低消費電力、良好な角度精度、および低い温度ドリフトを特徴としています。 TMR 素子は、固定磁性層と自由層の 3 層で構成され、これらはバリア層 (薄い絶縁体でできています) によって分離されています。 フリー層の磁化は、フリー層がさらされる外部磁場に応じて変化します。 2 つの層の磁場が揃っている場合、素子の電気抵抗は低くなります。 逆に、2 つの層の磁場が反対の場合、抵抗は高くなります。

ホールセンサーホール センサーは、磁場が半導体に垂直に印加されたときに半導体内に流れる電圧差を検出します。 このようにして、ホール スイッチは、測定された磁界強度を事前定義されたレベル、またはセンサーでプログラム可能なレベルと比較します。 このレベルを超えると (切り替え点)、センサーの出力が変化します。 TDK は、ホール スイッチ ファミリ内でプログラム可能なオプションと固定オプションの両方を提供します。 ホール スイッチを永久磁石と組み合わせて使用​​すると、回転、速度、距離、圧力、角度、液面などの変数を間接的に測定できます。 TDK の 3D HAL® ピクセルセル技術は、多次元磁場測定用の HAL 39xy 直角センサーの中核です。 これらのセンサーは、漂遊磁場の影響を受けずに磁場を正確に測定します。 ユニークなコンセプトは、一連のホール プレートに基づいています。 たとえば、プログラム可能な 3D 位置センサー HAL 3930 は、内蔵の PWM/SENT または SPI インターフェイスを備えています。

xEV のバッテリー、充電回路、ドライブ トレイン コンポーネントの熱管理は、センサーが重要な役割を果たす範囲が拡大した代表的な例です。 電気自動車の航続距離を最大にするには、ドライブトレインの重要なコンポーネントがさまざまな温度範囲で動作する必要があります。 バッテリーはパワーインバーターよりもはるかに低い温度を必要としますが、モーターの磁石は高温になると強度を失います。 冷却の場合、最大 8 つの LIN バス制御電子バルブが冷却液をこれらのコンポーネントに送ります。 これらのバルブは、組み込みモーター コントローラー HVC 4223F と 3D 位置センサー HAL 3930 によって制御できます。HVC 4223F はアクチュエーター モーターを直接駆動しますが、HAL 3900 は位置フィードバックを提供して制御ループを閉じます。

温度センサー温度センサーは、熱暴走とその後の火災の危険を回避するために、これらの領域の変動を正確に分析し、迅速に反応する必要があります。 BEV の駆動時または充電時に流れる大電流により、コネクタ内の接触抵抗がわずかに増加すると、コネクタ内の壊滅的な温度上昇として現れることがあります (Pv = I2 R)。 TDKは、車両バッテリーとインバーター間のコネクタに直接取り付ける温度センサーを開発しました。 このホット スポットは、大電流が流れるときに最も加熱される可能性が高い領域です。

NTCG シリーズおよび B57xxxV5 シリーズのセンサーは、コネクタのコアの一部を形成するように設計された堅牢で汎用性の高いハウジングにパッケージ化されています。 このセンサーは、セラミックの殻内に負の温度係数 (NTC) 素子が取り付けられているのが特徴で、高い動作温度と高い電気絶縁性を実現します。 このようにセンサーを配置すると、温度変動を感知する速度が最適化されます。 これにより、充電回路やドライブトレイン回路が迅速に反応し、そこを流れる電流が制限されることで温度上昇が軽減されます。

圧力センサーリチウムイオンセル内の圧力を測定する C43/C44 シリーズなどの圧力センサーも、xEV バッテリー管理システム (BMS) において同様に重要な機能です。 これらは作動圧力を追跡し、異常な圧力上昇を BMS に報告します。 このようなセンサーの応答時間は、温度センサー単独よりも迅速に、熱イベントに起因するセル内の圧力上昇を検出して報告できます。

e-モビリティへの移行に代表される自動車設計の劇的な変化に加えて、先進運転支援システム (ADAS) は、より高いレベルの運転自動化に向けて信頼性と機能の面で進化しています。 センサーはこのようなシステムの完全性にとって極めて重要であり、多くの場合、組み合わせて動作します (センサーフュージョン)。 これらにより、システムは車両の周囲の信頼性が高く、正確で包括的なビューが得られます。 これらのシステムは車両の振動の影響を受けるため、その出力は電子安定化の恩恵を受けます。 IAM-20680 などの慣性測定ユニット (IMU) を使用すると、システムの外部振動が補償され、それに応じて結果が向上します。 さまざまなセンシング要素、LIDAR、レーダー、カメラによって生成される画像の品質を向上させることで、システムの精度を向上させることができます。 IMU は、V2V 車車間システムおよびインフラストラクチャに正確な位置データも提供します。 さらに、IMU を使用すると、トンネルの下や人口密集した都市での移動など、推測航法の場合の測位システムが強化されます。 ここで、従来の GPS/GNSS 信号は利用できないか、信頼できない可能性があります。

コックピット内でのセンサーと電子機器の使用はすべて、乗員の快適さ、安全性、安全性を向上させるのに役立ちます。 さまざまなドライバーに合わせてシートが自動的に調整され、雨が降るとワイパーが自動的に作動し、暗い場合や車がトンネル内にある場合にはライトが点灯します。 高品質の IMU は、バックカメラからの視覚画像を安定させ、運転体験と ADAS の精度を向上させます。 これらの高度なセンサーベースのシステムはすべて、注意散漫を制限することでドライバーの集中力を向上させます。

ドライバーとマシン間のヒューマン マシン インターフェイス (HMI) は変化しています。 音声コマンド、ジェスチャー コントロール、および触覚応答は、デジタル コックピットのこの新しいインターフェイスの一部を形成します。 より高いレベルの自律性を目指して進歩するにつれて、新しいテクノロジーが客室内での代替通知および制御メカニズムの先頭に立っています。 TDK は、自動車市場向けに特別に設計およびテストされた、SmartAutomotive™ シリーズのさまざまな MEMS モーション センサーとマイクを提供しています。 MEMS マイクは、ロードノイズ アクティブ ノイズ コントロール (RANC) を通じてロード ノイズを除去し、音声起動システムの信頼性を向上させます。

ピエゾ アクチュエータである PowerHap™ は、触覚フィードバックとも呼ばれる触覚をドライバーに伝えます。これは、車両のタッチ ディスプレイで使用されることが増えている技術です。 デジタルボタンなどのインフォテインメント機能の臨場感を高め、より確実な操作性を実現しました。 ドライバーがディスプレイを見ることで気を紛らわすことができるタッチ技術に加えて、超音波センサーを使用したジェスチャー制御もあります。

タイヤ空気圧管理システムは、自動車設計における新しい機能ではありません。 ただし、「ゴムが道路と接する場所」については、圧力だけではなく、より多くの情報が入手可能です。 TDK InWheelSense™ は、多くの「オンホイール」および「オフホイール」パラメータを正確に測定できる、新しいスケーラブルなテクノロジーです。 タイヤの壁の温度、路面の状態、ホイールのアライメント状態は可能性のほんの一部にすぎません。 このスケーラブルな圧電駆動センサー プラットフォームは、車両またはクラウドに接続されたサービスにデータを提供します。これは、運転の自律性のレベルが高まるにつれて、ますます重要になります。

最新の車両設計において電子デバイスとセンサーが果たす役割は急速に拡大しています。 電気自動車は、充電回路とドライブトレイン回路に応答性の高い電流と温度の制御を必要とし、センサー導入の新たな領域を切り開きます。

TDK は、自動車メーカーやティア 1 サプライヤーの導入を支援するためのガイダンスと支援を提供するための深い専門知識と組み合わせた、自動車アプリケーションに適したセンサーの完全なスイートを提供します。 TDK は建設的なパートナーシップの形成に努めており、現在のセンサー アプリケーションのパフォーマンスの向上や新しいアプリケーション向けのセンサーの考案、あるいはその両方を検討している企業からのこの点に関する問い合わせを歓迎します。