Des capteurs pour une nouvelle mobilité

Dec 21, 2023

Alors que les constructeurs automobiles s'éloignent du moteur à combustion interne (ICE) vers des conceptions hybrides et alimentées par batterie (xEV), la sphère de déploiement occupée par les capteurs dans ces conceptions s'étend. Selon IHS Markit, le nombre de modèles xEV distincts passera probablement du chiffre actuel d'environ 335 à 800 d'ici 2030. La législation, les incitations gouvernementales et l'amélioration des infrastructures de recharge fournissent un stimulus supplémentaire. Les constructeurs automobiles doivent établir des partenariats industriels dans des délais relativement courts pour réussir à intégrer ces nouvelles technologies de capteurs dans leurs conceptions. Le portefeuille de capteurs unifié de TDK offre une suite complète de capteurs parfaitement adaptés aux applications automobiles. Le portefeuille englobe à la fois les exigences ICE traditionnelles et les exigences xEV étendues. Ceux-ci inclus:

Dans un véhicule, des mécanismes de rétroaction en boucle fermée existent pour surveiller et contrôler les processus mécaniques, électroniques ou électromécaniques. Le capteur, ou une combinaison de capteurs, produit l'entrée de ces systèmes, fournissant des données relatives au processus qu'il surveille. Ces données pourraient être sous la forme de données de rotation dans le cas des roues, des essieux et des moteurs, par exemple. D'autres systèmes de rétroaction dans un véhicule contrôlent la température, le débit de courant et la pression. Ici, des capteurs spécifiques ou des combinaisons de capteurs (fusion de capteurs) fournissent les données de mesure pertinentes.

Capteurs TMR Les capteurs à magnétorésistance tunnel (TMR) ont de multiples applications dans un véhicule. Ils peuvent être utilisés pour détecter le couple ou l'angle du volant, la position du moteur/de l'essieu, les systèmes de freinage « eCaliper » et l'actionnement des essuie-glaces. La série TAS de capteurs TMR présente un rendement élevé, une faible consommation d'énergie, une bonne précision angulaire et de faibles dérives de température. L'élément TMR est constitué de trois couches : une couche magnétique fixe et une couche libre, séparées par une couche barrière (constituée d'un mince isolant). L'aimantation de la couche libre change avec le champ magnétique externe auquel elle est exposée. Lorsque le champ magnétique des deux couches est aligné, la résistance électrique de l'élément est faible. A l'inverse, la résistance est élevée lorsque le champ magnétique des deux couches est en opposition.

Capteurs à effet Hall Les capteurs Hall détectent les différences de tension résultantes qui circulent dans un semi-conducteur lorsqu'un champ magnétique lui est appliqué perpendiculairement. De cette manière, le commutateur Hall compare l'intensité du champ magnétique mesurée à un niveau prédéfini ou à un niveau programmable dans le capteur. Une fois ce niveau dépassé (le point de commutation), la sortie du capteur change. TDK propose des options programmables et fixes dans ses gammes de commutateurs à effet Hall. Les interrupteurs à effet Hall peuvent être utilisés, en combinaison avec un aimant permanent, pour mesurer indirectement des variables telles que la rotation, la vitesse, la distance, la pression, l'angle et les niveaux de fluide. La technologie de cellule pixel 3D HAL® de TDK est au cœur des capteurs d'angle direct HAL 39xy pour la mesure de champ magnétique multidimensionnel. Ces capteurs mesurent avec précision les champs magnétiques tout en étant insensibles aux champs parasites. Le concept unique repose sur un ensemble de plaques Hall. Les capteurs de position 3D programmables HAL 3930, par exemple, disposent d'une interface PWM/SENT ou SPI intégrée.

La gestion thermique des batteries, des circuits de charge et des composants du groupe motopropulseur dans les xEV est un excellent exemple de la sphère élargie dans laquelle les capteurs jouent un rôle central. Pour l'autonomie maximale des véhicules électriques, les composants critiques du groupe motopropulseur doivent fonctionner dans différentes plages de température. La batterie nécessite des températures beaucoup plus basses que l'onduleur, tandis que les aimants du moteur perdent leur force lorsqu'il fait chaud. Pour le refroidissement, jusqu'à huit vannes électroniques commandées par bus LIN dirigent le liquide de refroidissement vers ces composants. Ces vannes peuvent être contrôlées par les contrôleurs de moteur intégrés HVC 4223F avec les capteurs de position 3D HAL 3930. Alors que le HVC 4223F entraîne directement les moteurs d'actionneurs, HAL 3900 fournit un retour de position pour fermer la boucle de contrôle.

Capteurs de température Les capteurs de température doivent analyser avec précision et réagir rapidement aux fluctuations de ces zones pour éviter l'emballement thermique et les risques d'incendie qui en découlent. Les courants élevés qui circulent lors de la conduite ou de la charge d'un BEV peuvent être tels qu'une légère augmentation de la résistance de contact dans un connecteur peut se manifester par une élévation de température dévastatrice à l'intérieur de celui-ci (Pv = I2 R). TDK a développé un capteur de température qui se monte directement dans le connecteur entre la batterie du véhicule et l'onduleur. Ce point chaud est la zone la plus susceptible de chauffer lors d'un flux de courant élevé.

Les capteurs des séries NTCG et B57xxxV5 sont conditionnés dans un boîtier robuste et polyvalent conçu pour faire partie du cœur du connecteur. Le capteur comporte un élément à coefficient de température négatif (NTC) monté dans une coque en céramique, offrant une température de fonctionnement élevée et une isolation électrique élevée. Le positionnement du capteur de cette manière optimise la vitesse à laquelle il peut détecter les fluctuations de température. Ceci, à son tour, permet aux circuits de charge ou de transmission de réagir rapidement et d'atténuer les augmentations de température en limitant les courants qui les traversent.

Capteurs de pression Les capteurs de pression, tels que les séries C43/C44, qui mesurent la pression dans les cellules lithium-ion, sont une caractéristique tout aussi importante du système de gestion de batterie xEV (BMS). Ils gardent une trace des pressions de travail et signalent les augmentations anormales de pression au BMS. Les temps de réponse de tels capteurs peuvent détecter et signaler des augmentations de pression dans une cellule résultant d'un événement thermique plus rapidement que les capteurs de température seuls.

Outre les changements sismiques dans la conception des voitures que représente la transition vers l'e-mobilité, les systèmes avancés d'assistance à la conduite (ADAS) évoluent en termes de fiabilité et de fonctionnalité à mesure qu'ils progressent vers des niveaux plus élevés d'autonomie de conduite. Les capteurs sont essentiels à l'intégrité de ces systèmes, travaillant souvent en combinaison (fusion de capteurs); ils donnent au système une vue fiable, précise et complète de l'environnement d'un véhicule. Ces systèmes sont soumis aux vibrations du véhicule et leurs sorties bénéficient d'une stabilisation électronique. L'utilisation d'une unité de mesure inertielle (IMU), telle que l'IAM-20680, compense le système des vibrations parasites et améliore ses résultats en conséquence. En améliorant la qualité des images produites par les divers éléments de détection, le LIDAR, le radar et les caméras, la précision du système peut être améliorée. Les IMU fournissent également des données de localisation précises pour les systèmes et l'infrastructure V2V de véhicule à véhicule. De plus, l'utilisation d'IMU améliore les systèmes de positionnement en cas d'estime, par exemple en voyageant sous un tunnel ou dans une ville densément peuplée. Ici, les signaux GPS/GNSS conventionnels peuvent être indisponibles ou peu fiables.

L'utilisation de capteurs et d'électronique dans le cockpit sert à améliorer le confort, la sécurité et la sûreté des occupants. Les sièges peuvent s'ajuster automatiquement aux différents conducteurs, les essuie-glaces s'allument automatiquement lorsqu'il pleut et les lumières s'allument lorsqu'il fait noir ou que la voiture est dans un tunnel. L'IMU de haute qualité stabilise les images visuelles des caméras de recul, améliorant ainsi l'expérience de conduite ainsi que la précision de l'ADAS. Tous ces systèmes avancés basés sur des capteurs servent à améliorer la concentration du conducteur en limitant les distractions.

L'interface homme-machine (IHM) entre le conducteur et la machine évolue. Les commandes vocales, le contrôle gestuel et les réponses haptiques font partie de cette nouvelle interface dans le cockpit numérique. Alors que nous progressons vers des niveaux d'autonomie plus élevés, les nouvelles technologies sont le fer de lance des mécanismes de notification et de contrôle alternatifs dans la cabine. TDK propose une gamme de capteurs de mouvement et de microphones MEMS dans sa gamme SmartAutomotive™, spécialement conçus et testés pour le marché automobile. Les microphones MEMS éliminent le bruit de la route grâce au contrôle actif du bruit routier (RANC) et améliorent la fiabilité des systèmes à commande vocale.

Les actionneurs piézo, PowerHap™, transmettent aux conducteurs des sensations tactiles, également connues sous le nom de retour haptique, qui est une technologie de plus en plus utilisée dans les écrans tactiles des véhicules. Il améliore le sens du réalisme lors de l'utilisation des fonctions d'infodivertissement, telles que les boutons numériques et autres commandes, pour une opérabilité plus fiable. En plus de la technologie tactile où le conducteur peut être distrait en regardant l'écran, il y a le contrôle gestuel à l'aide de capteurs à ultrasons.

Les systèmes de gestion de la pression des pneus ne sont pas une nouveauté dans les conceptions automobiles. Cependant, beaucoup plus d'informations sont disponibles sur "où le caoutchouc rencontre la route" au-delà de la seule pression. Le TDK InWheelSense™ est une nouvelle technologie évolutive qui peut mesurer avec précision de nombreux paramètres "sur roue" et "hors roue". La température de la paroi des pneus, l'état de la surface de la route et les conditions d'alignement des roues ne sont que quelques possibilités. Cette plate-forme de capteurs évolutive alimentée par piezo fournit des données au véhicule ou aux services connectés au cloud, de plus en plus importants à mesure que les niveaux d'autonomie de conduite augmentent.

Le rôle que jouent les appareils électroniques et les capteurs dans la conception des véhicules modernes se développe rapidement. Les véhicules électriques nécessitent un contrôle réactif du courant et de la température dans leurs circuits de charge et de transmission, ouvrant un nouveau domaine de déploiement de capteurs.

TDK propose une suite complète de capteurs adaptés aux applications automobiles combinée à une expertise approfondie pour offrir des conseils et une assistance pour aider les constructeurs automobiles et les fournisseurs de niveau 1 à la mise en œuvre. TDK s'efforce de former des partenariats constructifs et accueille les demandes à cet égard de la part de ceux qui cherchent à améliorer les performances des applications de capteurs actuelles ou à concevoir des capteurs pour de nouvelles applications, ou les deux.