汽車(chē)生產(chǎn)的格局正悄然發(fā)生變化。近年來(lái)，現(xiàn)代汽車(chē)設(shè)計(jì)中的電子設(shè)備和傳感器的使用數(shù)量呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。而隨著汽車(chē)行業(yè)持續(xù)向電動(dòng)汽車(chē)和自動(dòng)駕駛轉(zhuǎn)型，這個(gè)趨勢(shì)還會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)張。電動(dòng)汽車(chē)的核心技術(shù)拓展了傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域。另外，內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)氣體傳感器已經(jīng)從廢氣監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)向內(nèi)部空氣質(zhì)量（IAQ）測(cè)量。今天就帶大家聊聊電氣化和自動(dòng)駕駛轉(zhuǎn)型如何擴(kuò)大傳感器技術(shù)在汽車(chē)設(shè)計(jì)中的作用。

01

電氣化對(duì)傳感器的影響

隨著汽車(chē)廠商從內(nèi)燃機(jī)(ICE)生產(chǎn)轉(zhuǎn)向混合動(dòng)力和純電動(dòng)汽車(chē)設(shè)計(jì)(xEV)，傳感器在汽車(chē)中的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。IHS Markit的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，到2030年，不同xEV車(chē)型的數(shù)量可能會(huì)從目前的約335種增加到800種。立法、政府激勵(lì)措施和不斷完善的充電基礎(chǔ)設(shè)施更是為電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展提供了額外利好刺激。為此，汽車(chē)廠商需要在把握時(shí)機(jī)，在短時(shí)間內(nèi)建立行業(yè)合作伙伴關(guān)系，才能成功地將這些新的傳感器技術(shù)融入到汽車(chē)設(shè)計(jì)中。

TDK的統(tǒng)一傳感器組合包含全面的傳感器套件，能滿(mǎn)足各種汽車(chē)應(yīng)用需求。產(chǎn)品組合不僅能適合傳統(tǒng)的ICE應(yīng)用，還能滿(mǎn)足擴(kuò)展的xEV要求。

其中包括：

汽車(chē)內(nèi)部采用閉環(huán)反饋機(jī)制來(lái)監(jiān)測(cè)和控制機(jī)械、電子或機(jī)電過(guò)程。而這些系統(tǒng)需通過(guò)傳感器或傳感器組合輸入信息，提供與監(jiān)測(cè)過(guò)程有關(guān)的數(shù)據(jù)。比如，對(duì)于車(chē)輪、車(chē)軸和電機(jī)的監(jiān)測(cè)應(yīng)用，需要通過(guò)測(cè)量轉(zhuǎn)速來(lái)生成輸入數(shù)據(jù)。汽車(chē)內(nèi)還通過(guò)其他反饋系統(tǒng)來(lái)控制溫度、電流和壓力。在這些系統(tǒng)中，無(wú)需要特定的傳感器或傳感器組合(傳感器融合)來(lái)提供相關(guān)的測(cè)量數(shù)據(jù)。

TDK TAS系列TMR

隧道磁阻 (TMR) 傳感器廣泛用于汽車(chē)中的各種應(yīng)用，比如用來(lái)檢測(cè)方向盤(pán)的扭矩或角度、電機(jī)/軸的位置、eCaliper制動(dòng)系統(tǒng)和雨刷驅(qū)動(dòng)。TAS系列TMR傳感器具有輸出高、功耗低、角度測(cè)量精度好、溫度漂移低的特點(diǎn)。（找元器件現(xiàn)貨上唯樣商城）TMR元件包含三層結(jié)構(gòu)：最下面是固定磁層，上面是自由層，中間是隔離上下兩層的勢(shì)壘層（由薄絕緣體制成）。自由層的磁化方向隨外部磁場(chǎng)的變化而變化。當(dāng)固定層和自由層的磁化方向平行時(shí)，元件電阻最小。反之，當(dāng)兩層磁化方向相反時(shí)，元件電阻最大。

霍爾傳感器

可編程3D位置傳感器HAL 3930

霍爾傳感器用于檢測(cè)垂直磁場(chǎng)條件下半導(dǎo)體內(nèi)部流動(dòng)的合成電壓差。通過(guò)這種方式，霍爾開(kāi)關(guān)可將測(cè)得的磁場(chǎng)強(qiáng)度與預(yù)先定義的電平，或傳感器中可編程的電平做對(duì)比。一旦發(fā)現(xiàn)電平過(guò)高（開(kāi)關(guān)點(diǎn)），傳感器的輸出就會(huì)改變。TDK的霍爾開(kāi)關(guān)系列具有可編程和固定選項(xiàng)?；魻栭_(kāi)關(guān)還能與永磁體結(jié)合使用，以間接測(cè)量變量，比如轉(zhuǎn)速、速度、距離、壓力、角度和液位。TDK的3D HAL?像素單元技術(shù)是專(zhuān)為多維磁場(chǎng)測(cè)量應(yīng)用而設(shè)計(jì)的HAL 39xy直接角度傳感器的核心。這些傳感器能精確地測(cè)量磁場(chǎng)，并且對(duì)雜散磁場(chǎng)不敏感，采用基于霍爾板陣列的獨(dú)特設(shè)計(jì)理念。比如， 可編程3D位置傳感器HAL 3930。

xEV中的電池、充電電路和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組件的熱管理就是傳感器在爆炸環(huán)境中發(fā)揮重要作用的一個(gè)典型示例。

為了最大限度延長(zhǎng)電動(dòng)汽車(chē)的行駛里程，須確保傳動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件在不同的溫度范圍內(nèi)工作，比如電池的工作溫度比電源逆變器低得多，而電機(jī)中的磁鐵在高溫時(shí)會(huì)失去磁性。為達(dá)到冷卻效果，采用了多達(dá)8個(gè)LIN總線(xiàn)控制的電子閥來(lái)直接這些組件進(jìn)行液冷。這些閥門(mén)可由嵌入式電機(jī)控制器 HVC 4223F結(jié)合3D位置傳感器HAL 3930來(lái)控制。當(dāng)使用HVC 4223F直接驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器電機(jī)時(shí)，HAL 3900可位置反饋以實(shí)現(xiàn)控制回路閉環(huán)。

溫度傳感器

適用于xEV直流充電槍的

耐高壓溫度傳感器

溫度傳感器不僅要確保測(cè)量精度，還要快速響應(yīng)區(qū)域內(nèi)的溫度波動(dòng)，以避免熱失控和隨之而來(lái)的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)或給電動(dòng)汽車(chē)充電時(shí)，連接器內(nèi)接觸電阻小幅增加就可能導(dǎo)致其內(nèi)部出現(xiàn)破壞性的溫升(Pv = I2 R)。為此，TDK專(zhuān)門(mén)推出一種可直接安裝在汽車(chē)電池和逆變器之間的連接器上的溫度傳感器。這是一個(gè)熱點(diǎn)，是大電流流動(dòng)時(shí)最容易引發(fā)升溫的區(qū)域。

NTCG系列和B57xxxV5系列傳感器封裝在一個(gè)堅(jiān)固的多功能外殼，設(shè)計(jì)成連接器核心的一部分。該傳感器是采用陶瓷外殼封裝的負(fù)溫度系數(shù)(NTC)元件，可確保高工作溫度和卓越的電氣絕緣性能。通過(guò)這種定位方式，可優(yōu)化傳感器對(duì)任何溫度波動(dòng)的響應(yīng)速度。同時(shí)反過(guò)來(lái)又加快了充電或傳動(dòng)系統(tǒng)電路的響應(yīng)，從而快速限制流經(jīng)電路的電流來(lái)緩解溫升。

壓力傳感器

C43/C44系列

壓力傳感器，如C43/C44系列，可用于測(cè)量鋰離子電池內(nèi)的壓力，在xEV電池管理系統(tǒng)(BMS)同樣至關(guān)重要。這些傳感器可跟蹤電池的工作壓力，并向BMS報(bào)告異常的壓力增加。這類(lèi)傳感器的響應(yīng)時(shí)間短，可以比單獨(dú)的溫度傳感器更快地檢測(cè)和報(bào)告電池內(nèi)由熱事件引起的壓力增加。

02

自動(dòng)駕駛的轉(zhuǎn)型之旅

除了向電動(dòng)汽車(chē)轉(zhuǎn)型的巨大轉(zhuǎn)變，先進(jìn)的駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)的可靠性和功能也在不斷演進(jìn)，推動(dòng)汽車(chē)向更高水平的自動(dòng)駕駛邁進(jìn)。傳感器對(duì)此類(lèi)系統(tǒng)的完整性至關(guān)重要，并且通常以組合方式工作(傳感器融合)。這些傳感器為系統(tǒng)提供了可靠、準(zhǔn)確、全面的車(chē)輛周?chē)h(huán)境視圖。這些系統(tǒng)會(huì)受到車(chē)輛振動(dòng)的影響，必須通過(guò)電子穩(wěn)定系統(tǒng)來(lái)確保輸出。

使用慣性測(cè)量單元(IMU)，比如IAM-20680，可以補(bǔ)償系統(tǒng)的外來(lái)振動(dòng)影響，并相應(yīng)改善結(jié)果。通過(guò)改進(jìn)各種傳感元件、LIDAR、雷達(dá)和攝像頭產(chǎn)生的圖像質(zhì)量，能強(qiáng)化系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。IMU還能為V2V車(chē)對(duì)車(chē)通信系統(tǒng)和基礎(chǔ)設(shè)施提供精確的定位數(shù)據(jù)。此外，IMU還可以增強(qiáng)定位系統(tǒng)的航跡推算功能，比如汽車(chē)行駛在隧道中或人口密集的市區(qū)等傳統(tǒng)GPS/GNSS信號(hào)弱或不可用的地方

IMU（慣性測(cè)量單元）：IAM-20680

03

數(shù)字駕駛室的座艙體驗(yàn)

在駕駛室內(nèi)，可使用各種傳感器和電子設(shè)備來(lái)提高乘客的舒適度、安防性和安全性。比如根據(jù)不同的司機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)座椅，下雨時(shí)自動(dòng)打開(kāi)雨刷，天黑或汽車(chē)在隧道中行駛時(shí)自動(dòng)亮燈。高品質(zhì)的IMU可穩(wěn)定倒車(chē)影響，改善駕駛體驗(yàn)和ADAS的準(zhǔn)確性。所有這些先進(jìn)的基于傳感器的系統(tǒng)都旨在通過(guò)限制干擾來(lái)提高駕駛員的注意力。

此外，駕駛員與機(jī)器之間的人機(jī)界面 (HMI) 頁(yè)正在發(fā)生改變。在數(shù)字駕駛室內(nèi)，語(yǔ)音指令、手勢(shì)控制和觸覺(jué)反饋成為了新界面的一部分。而隨著我們自主性水平的不斷提高，新技術(shù)有望在駕駛室內(nèi)率先替代通知和控制機(jī)制。TDK的SmartAutomotive?產(chǎn)品線(xiàn)下一系列MEMS運(yùn)動(dòng)傳感器和麥克風(fēng)，專(zhuān)為汽車(chē)市場(chǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，并通過(guò)相關(guān)測(cè)試。其中MEMS麥克風(fēng)可通過(guò)路噪主動(dòng)控制(RANC)來(lái)消除道路噪音，提高聲控系統(tǒng)的可靠性。

車(chē)載PiezoHapt?觸控面板

PowerHap?壓電執(zhí)行器能為司機(jī)提供觸覺(jué)反饋，是一種在車(chē)載觸控顯示屏中應(yīng)用中日益普及的技術(shù)。它能在使用數(shù)字按鈕等信息娛樂(lè)功能時(shí)，增強(qiáng)真實(shí)感，提高操作可靠性。為了防止司機(jī)因看屏幕而分散注意力，我們不僅提供觸摸技術(shù)，還提供超聲波傳感器以實(shí)現(xiàn)手勢(shì)控制。

04

未來(lái)技術(shù)

胎壓管理系統(tǒng)在汽車(chē)設(shè)計(jì)中并非是一項(xiàng)新功能。但是，現(xiàn)在的技術(shù)不僅能監(jiān)測(cè)胎壓，還能顯示關(guān)于“輪胎橡膠在何處接觸路面”的其他信息。TDK的InWheelSense?是一種新的、可擴(kuò)展的技術(shù)，能精確測(cè)量許多“車(chē)輪上”和“車(chē)輪外”的參數(shù)，比如胎壁溫度、路面條件和車(chē)輪定位條件等等。這個(gè)可擴(kuò)展的壓電驅(qū)動(dòng)傳感器平臺(tái)能向車(chē)輛或云端服務(wù)傳輸數(shù)據(jù)，而隨著駕駛自動(dòng)化水平的提高，該功能也變得越來(lái)越重要。

安裝有InWheelSense?平臺(tái)和5個(gè)EH模塊的18英寸車(chē)輪

05

總結(jié)

電子設(shè)備和傳感器在現(xiàn)代汽車(chē)設(shè)計(jì)中的作用正在迅速擴(kuò)大。電動(dòng)汽車(chē)在充電和傳動(dòng)系統(tǒng)電路中需要響應(yīng)電流和溫度控制，開(kāi)辟了新的傳感器應(yīng)用領(lǐng)域。

審核編輯 黃宇