Connectivité et ADAS stimulent l'innovation et le développement dans les applications automobiles
Alors que l'industrie automobile entre dans une nouvelle ère d'intelligence et d'électrification, la connectivité et les Systèmes Avancés d'Aide à la Conduite (ADAS) sont devenus deux moteurs principaux qui propulsent les applications automobiles de nouvelle génération. Les percées dans la connectivité et la technologie de conduite autonome accélèrent le passage de scénarios de conduite « contrôlés par l'homme » à « contrôlés par la machine », non seulement en améliorant la sécurité et la commodité des déplacements, mais également en agissant comme un catalyseur significatif pour la transformation complète de l'écosystème de l'industrie automobile vers un nouveau paysage de mobilité future. Cet article présente l'innovation dans les applications automobiles stimulée par la connectivité et les ADAS, ainsi que les solutions connexes offertes par Littelfuse.
Les technologies électroniques avancées stimulent l'innovation dans les applications automobiles de nouvelle génération
Les électroniques avancées stimulent l'innovation dans les applications automobiles de nouvelle génération, englobant une large gamme de technologies et d'applications. Celles-ci incluent :
- Systèmes d'infodivertissement et de communication intelligents
- Navigation
- Caméras multifonctions
- Unités de contrôle de domaine avec architecture de contrôleur de domaine et architecture de contrôleur zonal
- Systèmes avancés d'assistance au conducteur (ADAS) avec communication V2X, radar, appel d'urgence (eCall) et fusion de capteurs
- Systèmes de gestion de batterie et de groupe motopropulseur
- Chargeurs embarqués, inverseurs de moteur de traction, et convertisseurs DC/DC
- Systèmes de réseau et électronique de carrosserie avec protocoles de communication CAN, LIN et USB
- Systèmes de châssis et de sécurité avec sécurité de la ceinture de sécurité, surveillance de la pression des pneus, déconnexion de la batterie, entrée sans clé, contrôle de l'éclairage, et détection du niveau de carburant
Figure 1 : Systèmes et technologies dans les VE
Protection complète pour la sécurité des applications de connectivité et ADAS
Littelfuse propose une gamme de solutions pour les applications de connectivité et ADAS, comme le montre la Figure 2. Par exemple, les fusibles traditionnels permanents, les fusibles réarmables à Coefficient de Température Positive en Polymère (PPTC), les varistances et les diodes de Suppression de Tension Transitoire (TVS) peuvent être utilisés dans des caméras polyvalentes. Les fusibles permanents, les fusibles PPTC, les suppressions de décharges électrostatiques en polymère et les diodes Schottky sont applicables pour la communication V2X. Les systèmes d'appel d'urgence peuvent utiliser des fusibles traditionnels, des fusibles PPTC, des varistances, et des diodes TVS. Les systèmes d'infodivertissement intelligents peuvent employer des fusibles, des fusibles PPTC, des varistances, et des diodes Schottky. La fusion de capteurs peut bénéficier des diodes TVS, des réseaux de diodes TVS et des diodes Schottky. Les applications radar peuvent utiliser des fusibles, des fusibles PPTC, des réseaux de diodes TVS, et des suppressions ESD en polymère. Les contrôleurs de domaine peuvent incorporer des fusibles, des PPTC, des diodes TVS, et des Varistances à Oxyde Métallique (MOV).
Figure 2 : Composants de protection pour circuits VE
Protection contre les surtensions
Les solutions Littelfuse pour la protection contre les surintensités dans le circuit de ces sous-systèmes peuvent inclure les fusibles à usage unique des séries 437A, 438A ou 440A. Ce sont des fusibles à action rapide avec des valeurs I2t élevées qui peuvent supporter un courant d'appel élevé pour éviter les ouvertures intempestives du fusible. Les intensités nominales peuvent atteindre jusqu'à 8 A avec des tensions nominales jusqu'à 125 V. Les fusibles sont logés dans des boîtiers à montage en surface pour économiser de l'espace sur le circuit imprimé (PCB). De plus, les fusibles ont une large plage de température de -55 °C à 150 °C, leur permettant de survivre dans l'environnement automobile. La qualification AEC-Q200 indique une robustesse pour une utilisation dans un véhicule. Lorsque des fusibles réarmables sont souhaités, les fusibles réarmables Littelfuse ASMD et miniASMD PPTC offrent une protection fiable contre les surintensités. Ces fusibles peuvent protéger les circuits et le câblage. Les fusibles peuvent fonctionner dans des circuits avec des tensions allant jusqu'à 60 V et ont des courants de tenue jusqu'à 2,6 A. Comme les fusibles à usage unique, les fusibles de la série ASMD sont qualifiés AEC-Q200. Les modèles de la série miniASMD ont une empreinte ultra-compacte, un boîtier de montage en surface 1812.
Protection contre les surtensions transitoires et ESD
Littelfuse propose plusieurs solutions pour la protection contre les surtensions et les ESD. Pour les lignes de communication telles que le CANbus et d'autres lignes de données à haute vitesse, les réseaux de diodes TVS AQ24COM-02 et AQ3102 sont des composants exemplaires qui offrent une protection ESD allant jusqu'à ±30 kV avec une faible capacité. Ils protègent également contre les événements de décharge de câble (CDE), les transitoires électriques rapides (EFT) et les surtensions induites par la foudre. Ces dispositifs ont une faible capacité pour minimiser la distorsion des signaux haute fréquence. L'AQ24COM-02 a une capacité de 13 pf, et la capacité de l'AQ3102 est de 1 pF. La Figure 3 illustre la protection à deux lignes fournie par ces réseaux de diodes TVS, montrant le conditionnement en montage en surface.
Figure 3 : Schéma de l'emballage et du diagramme électrique pour les réseaux de diodes TVS AQ24COM-02 et AQAQ3102
Les réseaux de diodes TVS de la série AQ24COM-01 protègent le bus LIN contre les transitoires de type ESD et les surtensions. Les réseaux de diodes TVS de la série AQ24CANFD protègent le bus FlexRay contre les transitoires de type ESD et les surtensions. Les réseaux de diodes TVS, tels que l'AQ3045, le SP3522, et l'AQ3400, ainsi que les dispositifs discrets SESD et les réseaux SESD, protègent les liaisons série haute vitesse contre les transitoires de type ESD et les surtensions. Ces options de composants fournissent une protection ESD pour plusieurs entrées de fusion de capteurs, y compris les circuits GPS, Lidar, radar et caméra.
La protection côté entrée pour la circuiterie automobile requiert des diodes TVS à puissance plus élevée. La série SZ1SMB est un exemple de diode TVS capable de supporter une impulsion de puissance de crête de 600 W. Elle peut également absorber en toute sécurité une frappe ESD de jusqu'à 30 kV. Le composant répond à un transitoire en moins de 1 ns. Un courant de fuite faible de moins de 5 µA minimise la consommation d'énergie, améliorant ainsi l'efficacité du circuit.
Ces diodes TVS peuvent être unidirectionnelles ou bidirectionnelles, avoir un conditionnement de montage en surface et sont conformes à la qualification AEC-Q101. D'autres familles de diodes TVS, telles que les séries SZ1SMB, SLD8S, et SZSMF4L, offrent une protection plus robuste avec des spécifications incluant des capacités de résistance à une puissance plus élevée, des temps de réponse plus rapides (< 1 ps), et une protection conforme à la norme ISO 7637-2.
Pour la circuiterie de mesure analogique, les suppressors ESD en polymère des séries AXGD et SESD offrent une protection ESD. Les réseaux de diodes TVS des séries AQ24CANA, AQ24CANFD, AQ24COM-02, et AQ3102, ainsi que les suppressors ESD en polymère de la série AXGD1, sont également des options pour la protection ESD.
Une alternative pour la protection contre les transitoires de surtension est un MOV. La série MLA Automotive Varistor peut supporter un courant de surtension de 500 A ou une impulsion d'énergie de 2,5 Joules. Ces varistors peuvent absorber une énergie conforme au classement de décharge de charge selon la spécification SAE J1113 et sont conformes à la qualification AEC-Q200.
La communication et la protection d'alimentation assurent le fonctionnement stable du système
Systèmes d'infodivertissement
Les systèmes d'infodivertissement intelligents automobiles nécessitent une protection contre les surintensités et une protection contre les surtensions transitoires. Les ports de charge DC et l'alimentation 5 VDC peuvent utiliser des fusibles traditionnels ou des fusibles réarmables PPTC, comme décrit ci-dessus. Les diodes TVS et les varistances décrites précédemment peuvent fournir une protection secondaire contre les transitoires de tension et les décharges électrostatiques (ESD). Les réseaux de diodes TVS série AQ1005 et AQ3045 protègent les lignes de données d'infodivertissement contre les ESD. Les réseaux de diodes TVS des séries AQ3045, AQ3118E/AQ3130E, ainsi que les suppresseurs ESD en polymère de la série AXGD, conviennent pour la protection ESD des antennes, Wi-Fi et autres chipsets. Les réseaux de diodes TVS des séries AQ1005, AQ3118E/AQ3130E, les varistances de la série MLA Auto, et les suppresseurs ESD en polymère de la série AXGD sont tous applicables pour la protection ESD des modules Bluetooth, GPS, et V2X.
Circuits de fusion de capteurs
Dans les circuits de fusion de capteurs, les diodes TVS comme les séries SZ1SMB et SZSMF4L offrent une protection contre les surtensions pour l'alimentation. Les diodes Schottky de la série DST supportent le blocage inverse/la rectification de sortie. Les réseaux de diodes TVS et les suppressions de ESD polymères, telles que les séries AQ3400, AQ3102, et AXGD1, sont conçus pour protéger contre les ESD, CDE, EFT et les surtensions causées par la foudre pour les lignes de données haute vitesse. Les différents types de lignes de données dans les circuits de fusion de capteurs ont besoin de protection ESD. Les réseaux de diodes TVS de la série AQ24COM-02 protègent le bus CAN. Les réseaux de diodes TVS de la série AQ24COM-01 préservent le bus LIN contre les transitoires ESD et de surtension. Les réseaux de diodes TVS de la série AQ24CANFD protègent le bus FlexRay des transitoires ESD et de surtension. Les réseaux de diodes TVS, tels que AQ3045, SP3522, et AQ3400, ainsi que les dispositifs discrets SESD et les réseaux SESD, protègent les liens série à haute vitesse des transitoires ESD et de surtension. Ces options de composants offrent une protection ESD pour plusieurs entrées de fusion de capteurs, y compris les circuits GPS, Lidar, radar, et caméra.
Radar
Les systèmes radar nécessitent une protection contre les surintensités et les surtensions transitoires. Soit les fusibles traditionnels, à usage unique, soit les fusibles réarmables décrits précédemment sont appropriés. Les diodes TVS, telles que les séries SZ1SMB, SLD8S et SZSMF4L, offrent une protection contre les surtensions pour l'alimentation électrique. Les réseaux de diodes de la série AQ3045 fournissent une protection contre les décharges électrostatiques (ESD) pour les générateurs de formes d'ondes. Les réseaux de diodes ESD/TVS en polymère, tels que les séries AXGD et AQ3118E/AQ3130E, offrent également une protection contre les décharges électrostatiques (ESD), les décharges électrostatiques par contact (CDE), les transitoires électriques rapides (EFT) et les surtensions induites par la foudre pour les antennes.
Figure 4 : Architectures de contrôle automobile actuelles et futures
L'évolution de l'architecture fonctionnelle embarquée stimule le développement de la nouvelle génération de véhicules
L'évolution de l'architecture fonctionnelle embarquée propulse également le développement de nouvelles architectures de véhicules de nouvelle génération (Figure 4). La transition s'effectue d'une architecture distribuée avec un contrôle distribué, plusieurs nœuds, et une communication interne via une passerelle centrale vers une architecture centralisée par domaine. Cette architecture comprend des unités de contrôle par domaine (DCU) qui consolidant les fonctions dans des domaines dédiés. Une passerelle avancée gère le routage entre les DCU. L'avenir se dirige vers une architecture zonale où des ordinateurs haute performance exécutent les fonctions virtualisées, avec des unités de commande moteur (ECU) dépendantes des zones sensor/actuator. Une passerelle avancée gère la complexité du routage. Dans les applications automobiles, un contrôleur de domaine est un ordinateur qui contrôle un ensemble de fonctions du véhicule liées à une zone ou un domaine spécifique. Les domaines fonctionnels qui nécessitent un contrôleur de domaine sont généralement intensifs en calcul et connectés à de nombreux dispositifs d'entrée/sortie (E/S). Les exemples incluent la sécurité active, l'expérience utilisateur, l'électronique de carrosserie et de châssis. Les circuits de ces nouvelles architectures de contrôle nécessitent une protection contre les surintensités et les surtensions similaires à celle des sous-systèmes véhicules électriques décrits ci-dessus. Littelfuse propose des solutions de composants décrites auparavant ainsi que de nombreuses autres options.
Conclusion
L'intégration profonde de la connectivité et des ADAS conduit l'industrie automobile vers un stade d'intelligence et de développement de l'écosystème sans précédent. À l'avenir, avec des avancées continues dans les technologies clés telles que les communications mobiles, l'intelligence artificielle, les mégadonnées et l'informatique en périphérie, les véhicules évolueront au-delà de simples outils de transport pour devenir des nœuds de données mobiles et des terminaux intelligents, permettant des expériences de voyage plus sûres, plus efficaces, respectueuses de l'environnement et personnalisées. La vaste gamme de solutions de sécurité et de protection offertes par Littelfuse soutiendra la mise à niveau complète des technologies et des modèles de services connexes dans l'industrie, aidant à créer un nouvel écosystème caractérisé par la collaboration transfrontalière et le développement partagé. Les solutions Littelfuse contribueront à accélérer l'innovation et le développement dans les applications automobiles de nouvelle génération.
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