자동차 전자제품

Automotive electronics

자동차 전자 장치는 엔진 관리, 점화, 라디오, 카푸터, 텔레매틱스, 차내 엔터테인먼트 시스템 등을 포함하여 차량에 사용되는 전자 시스템입니다.점화 장치, 엔진 및 변속기 전자 장치는 트럭, 오토바이, 오프로드 차량 및 지게차, 트랙터 및 굴착기 같은 기타 내연기관에서도 사용됩니다.관련 전기 시스템의 제어를 위한 관련 요소도 하이브리드 차량과 전기 자동차에서 찾을 수 있다.

전자 시스템은 1950년 가치의 약 1%에서 2010년 [1]약 30%로 점점 더 큰 자동차 비용의 구성요소가 되고 있습니다.현대 전기 자동차는 배터리 시스템뿐만 아니라 주요 추진 모터 제어를 위해 전력 전자 장치에 의존합니다.미래의 자율 자동차는 강력한 컴퓨터 시스템, 센서 배열, 네트워크, 위성 내비게이션에 의존하게 될 것이며, 이 모든 것이 전자 장치를 필요로 할 것이다.

역사

공장 설비로 사용 가능한 최초의 전자 시스템은 1930년대 초에 시작된 진공관 자동차 라디오였습니다.제2차 세계대전 후의 반도체의 발달에 의해 자동차의 전자제품의 사용이 크게 확대되어, 약 1960년 이후에는 고체 다이오드가 자동차 교류 발전기를 표준으로 만들었고, 1955년 무렵에는[citation needed] 최초의 트랜지스터화 점화 시스템이 등장하였다.

금속 산화물 반도체(MOS) 기술의 등장은 현대 자동차 전자 장치의 [2]발전을 이끌었다.모하메드 M이 발명한 MOSFET(MOS 전계효과 트랜지스터, 또는 MOS 트랜지스터). 1959년 [3][4]Bell Labs에서 Atalla와 Dawon Kahng은 [5]1969년 Hitachi에 의해 파워 MOSFET를, [6]1971년 Intel에서 Federico Faggin, Marcian Hoff, Masotoshi Shima 및 Stanley Mazor에 의해 싱글 칩 마이크로프로세서를 개발했습니다.

MOS IC(Mos Integrated Circuit) 칩과 마이크로프로세서의 개발로 1970년대에 다양한 자동차 애플리케이션이 경제적으로 실현 가능하게 되었습니다.1971년 Fairchild Semiconductor와 RCA Laboratories는 변속기 컨트롤 유닛(TCU), 어댑티브 크루즈 컨트롤(ACC), 교류발전기, 자동 헤드라이트 조광기, 전기 연료 펌프, 전자 연료 분사, 전자 IG를 포함한 광범위한 자동차 전자 애플리케이션에 MOS 대규모 통합(LSI) 칩 사용을 제안했습니다.니션 제어, 전자 회전 속도계, 순차 방향 지시등, 타이어 공기압 모니터, 전압 조절기, 윈드실드 와이퍼 제어, 전자 미끄러짐 방지(ESP), 난방, 환기 및 에어컨(HVAC)[7] 등이 있습니다.

1970년대 초, 일본 전자 산업은 차내 엔터테인먼트, 자동 와이퍼, 전자 잠금 장치, 대시보드, 엔진 [8]제어에 사용되는 일본 자동차 산업의 집적 회로와 마이크로 컨트롤러를 생산하기 시작했다.도시바 TLCS-12 PMOS 마이크로프로세서를 활용한 포드 EEC(전자엔진제어) 시스템은 1975년 [9][10]양산에 들어갔다.1978년 캐딜락 세비야는 6802 마이크로프로세서를 기반으로 한 "트립 컴퓨터"를 선보였습니다.전자 제어 점화 및 연료 분사 시스템을 통해 자동차 설계자는 높은 수준의 성능과 운전자 편의성을 유지하면서 연비 요구 사항을 충족하고 배기 가스 배출량을 줄일 수 있었습니다.오늘날의 자동차에는 엔진 관리, 변속기 제어, 실내 온도 조절, ABS(안티록 브레이크), 수동 안전 시스템, 내비게이션 및 기타 [11]기능에 12개 이상의 프로세서가 포함되어 있습니다.

파워 MOSFET와 싱글칩 마이크로프로세서의 일종인 마이크로컨트롤러는 전기차 기술의 큰 발전을 이끌었다.MOSFET 전력 변환기는 훨씬 더 높은 스위칭 주파수에서 작동할 수 있었고, 운전이 더 쉬웠고, 전력 손실을 줄였으며, 가격을 크게 낮췄으며, 싱글 칩 마이크로 컨트롤러는 드라이브 제어의 모든 측면을 관리할 수 있었으며 배터리 [2]관리 용량을 가지고 있었습니다.MOSFET는 자동차,[13] 자동차,[14] 트럭,[13] 전기 자동차,[2] 스마트 [15]자동차와 같은 자동차에 사용된다[12].MOSFET는 ECU([16]전자 컨트롤 유닛)에 사용되며, 파워 MOSFET 및 IGBT는 모터, 솔레노이드, 점화 코일, 릴레이, 히터 및 [12]램프와 같은 자동차 부하에 대한 부하 드라이버로 사용됩니다.2000년에 평균 중거리 승용차는 전력 반도체 함량이 약 100–200달러로 추정되었으며, 전기 및 하이브리드 차량의 경우 3~5배 증가하였다.2017년 현재 평균 차량에는 50개 이상의 액추에이터가 있으며, 일반적으로 전력 MOSFET 또는 기타 전력 반도체 [12]장치에 의해 제어됩니다.

현대 고속도로를 이용할 수 있는 전기 자동차를 가능하게 한 또 다른 중요한 기술은 리튬 이온 [17]배터리이다.1980년대 [18]존 구데노, 라치드 야자미, 요시노 아키라에 의해 발명되어 1991년 [19]소니와 아사히 카세이에서 상용화 되었다.리튬 이온 배터리는 [17]2000년대까지 장거리 이동이 가능한 전기 자동차의 개발을 담당했다.

종류들

자동차 전자 장치 또는 자동차 임베디드 시스템은 분산형 시스템이며, 자동차 분야의 다양한 영역에 따라 다음과 같이 분류할 수 있습니다.

  1. 엔진 일렉트로닉스
  2. 트랜스미션 일렉트로닉스
  3. 섀시 일렉트로닉스
  4. 수동 안전
  5. 운전자 지원
  6. 승객의 쾌적함
  7. 엔터테인먼트 시스템
  8. 전자식 통합 조종석 시스템

CNN Business의 [20]Chris Isidore에 따르면 2020년대 자동차에는 평균적으로 50-150개의 칩이 들어 있습니다.

엔진 일렉트로닉스

자동차의 가장 까다로운 전자 부품 중 하나는 엔진 컨트롤 유닛(ECU)입니다.엔진 자체가 자동차의 매우 빠르고 복잡한 부분이기 때문에 엔진 제어는 가장 높은 실시간 마감 시간 중 하나를 요구합니다.모든 자동차 전자 제품 중에서 엔진 컨트롤 유닛의 컴퓨팅 파워가 가장 높고, 일반적으로 32비트 [citation needed]프로세서를 사용합니다.

현대차는 ECU를 100대, 상용차는 [citation needed]40대까지 장착할 수 있습니다.

엔진 ECU는 다음과 같은 기능을 제어합니다.

디젤 엔진의 경우:

가솔린 엔진:

  • 람다 제어
  • OBD(온보드 진단)
  • 냉각 시스템 제어
  • 점화 시스템 컨트롤
  • 윤활 시스템 컨트롤(소수만 전자 컨트롤)
  • 연료 분사율 컨트롤
  • 스로틀 제어

더 많은 엔진 매개변수가 실시간으로 능동적으로 모니터링 및 제어됩니다.압력, 온도, 유량, 엔진 속도, 산소 수준 및 NOx 레벨과 엔진 내 다양한 지점에서 기타 매개 변수를 측정하는 약 20~50개가 있습니다.이 모든 센서 신호는 ECU로 전송되며 ECU는 실제 제어를 위한 논리 회로를 갖추고 있습니다.ECU 출력은 스로틀 밸브, EGR 밸브, 랙(VGT 단위), 연료 인젝터(펄스 폭 변조 신호 사용), 투여 인젝터 등의 다양한 액추에이터에 연결됩니다.총 20~30개 정도의 액튜에이터가 있습니다.

트랜스미션 일렉트로닉스

이 시스템은 변속기 시스템을 제어하며, 주로 변속 편의성을 높이고 변속 중 토크 인터럽트를 낮춥니다.자동 변속기는 작동을 위해 컨트롤을 사용하며, 또한 많은 반자동 변속기에는 완전 자동 클러치 또는 반자동 클러치(하강 전용)가 있습니다.엔진 컨트롤 유닛과 변속기 컨트롤은 작동을 위해 메시지, 센서 신호 및 컨트롤 신호를 교환합니다.

섀시 일렉트로닉스

섀시 시스템에는 다양한 파라미터를 감시하고 액티브하게 제어되는 많은 서브시스템이 있습니다.

수동 안전

주요 기사: 수동적 안전성

이러한 시스템은 항상 충돌이 진행 중일 때 작동하거나 위험한 상황을 감지했을 때 이를 방지할 준비가 되어 있습니다.

운전자 지원

주요 기사:고급 운전자 지원 시스템

승객의 쾌적함

  • 자동 실내 온도 조절 장치
  • 메모리 포함 전자 시트 조정
  • 자동 와이퍼
  • 자동 헤드램프 - 빔을 자동으로 조정합니다.
  • 자동 냉각 - 온도 조절

엔터테인먼트 시스템

위의 모든 시스템은 인포테인먼트 시스템을 형성합니다.이러한 시스템의 개발 방법은 제조원에 따라 다릅니다.하드웨어 및 소프트웨어 개발에는 서로 다른 툴이 사용됩니다.

전자식 통합 조종석 시스템

인포테인먼트 헤드 유닛, 고급 운전자 지원 시스템(ADAS), 계기판, 리어 카메라/주차 보조 시스템, 서라운드 뷰 시스템 등의 여러 ECU의 기능을 결합한 신세대 하이브리드 ECU입니다.이것에 의해, ECU간의 인터커넥트등의 기계/물리 부품 뿐만이 아니라, 전자 기기의 코스트도 삭감됩니다.또한 중앙 집중식 제어 기능을 통해 시스템 간에 데이터를 원활하게 교환할 수 있습니다.

물론 도전도 있다.이 하이브리드 시스템의 복잡성을 고려할 때 시스템의 견고성, 안전성 및 보안을 검증하려면 훨씬 더 엄격해야 합니다.예를 들어 오픈소스 안드로이드 OS를 구동할 수 있는 인포테인먼트 시스템의 애플리케이션이 침해되면 해커들이 원격으로 차량을 장악해 반사회적 활동에 악용할 가능성이 있다.일반적으로 하드웨어+소프트웨어 대응 하이퍼바이저를 사용하여 가상화하고 서로의 장애나 위반에 영향을 받지 않는 신뢰존과 안전존을 별도로 만듭니다.이 분야에서는 많은 작업이 이루어지고 있으며, 아직까지는 그렇지 않더라도 조만간 이러한 시스템이 도입될 가능성이 있습니다.

기능적 안전 요건

위험한 고장 위험을 최소화하기 위해 해당 제품 책임 요건에 따라 안전 관련 전자 시스템을 개발해야 한다.이러한 표준을 무시하거나 부적절하게 적용하면 부상을 입을 수 있을 뿐만 아니라 제품 취소 또는 리콜과 같은 심각한 법적, 경제적 결과를 초래할 수 있습니다.

일반적으로 전기/전자/프로그래밍 안전 관련 제품에 적용되는 IEC 61508 표준은 부분적으로만 자동차 개발 요건에 적합하다.따라서 자동차 산업의 경우, 이 표준은 현재 최종 초안 국제 표준(FDIS)으로 공개된 기존 ISO 26262로 대체됩니다.ISO/DIS 26262는 도로 차량용 안전 관련 전기/전자 시스템의 전체 제품 수명 주기를 설명합니다.2011년 11월 최종판에 국제 표준으로 발표되었습니다.이 새로운 표준의 시행은 개념 단계부터 폐로까지의 전체 제품 라이프 사이클을 포괄하기 때문에 자동차 전자 제품 개발 과정의 수정과 다양한 혁신으로 이어질 것이다.

보안.

다음 항목도 참조하십시오.자동차 보안

더 많은 자동차 기능이 단거리 또는 장거리 네트워크에 연결됨에 따라, 무단 개조에 대한 시스템의 사이버 보안이 요구됩니다.엔진 컨트롤, 변속기, 에어백 및 브레이크와 같은 중요한 시스템이 내부 진단 네트워크에 연결되어 있는 경우 원격 액세스로 인해 악의적인 침입자가 시스템의 기능을 변경하거나 시스템을 비활성화하여 부상 또는 사망에 이를 수 있습니다.새로운 인터페이스마다 새로운 "공격 표면"이 나타납니다.스마트폰 앱에서 자동차 잠금을 해제하고 시동을 걸 수 있는 것과 같은 시설도 원격 접속으로 인한 위험을 내포하고 있다.자동차 제조업체는 승인되지 않은 변경으로부터 마이크로프로세서를 보호하고 제조업체가 승인한 시설만이 차량을 진단 또는 수리할 수 있도록 하기 위해 다양한 제어 마이크로프로세서의 메모리를 보호할 수 있습니다.키리스 엔트리와 같은 시스템은 암호화 기술을 사용하여 "재생" 또는 "중간자 공격" 공격을 보장하며 나중에 자동차에 [21]침입할 수 있도록 시퀀스를 기록할 수 없습니다.

2015년 독일 일반 자동차 클럽은 [22]한 제조업체의 전자 시스템 취약성에 대한 조사를 의뢰하여 무단 원격 잠금 해제와 같은 악용으로 이어질 수 있었습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ https://www.statista.com/statistics/277931/automotive-electronics-cost-as-a-share-of-total-car-cost-worldwide/ 2017년 7월 11일 취득된 자동차 전자제품 비용(총 자동차 비용 대비)
  2. ^ a b c Gosden, D.F. (March 1990). "Modern Electric Vehicle Technology using an AC Motor Drive". Journal of Electrical and Electronics Engineering. Institution of Engineers Australia. 10 (1): 21–7. ISSN 0725-2986.
  3. ^ "1960 - Metal Oxide Semiconductor (MOS) Transistor Demonstrated". The Silicon Engine. Computer History Museum.
  4. ^ "Who Invented the Transistor?". Computer History Museum. 4 December 2013. Retrieved 20 July 2019.
  5. ^ Oxner, E. S. (1988). Fet Technology and Application. CRC Press. p. 18. ISBN 9780824780500.
  6. ^ "1971: Microprocessor Integrates CPU Function onto a Single Chip". The Silicon Engine. Computer History Museum. Retrieved 22 July 2019.
  7. ^ Benrey, Ronald M. (October 1971). "Microelectronics in the '70s". Popular Science. Bonnier Corporation. 199 (4): 83–5, 150–2. ISSN 0161-7370.
  8. ^ "Trends in the Semiconductor Industry: 1970s". Semiconductor History Museum of Japan. Archived from the original on 27 June 2019. Retrieved 27 June 2019.
  9. ^ "1973: 12-bit engine-control microprocessor (Toshiba)" (PDF). Semiconductor History Museum of Japan. Archived from the original (PDF) on 27 June 2019. Retrieved 27 June 2019.
  10. ^ Belzer, Jack; Holzman, Albert G.; Kent, Allen (1978). Encyclopedia of Computer Science and Technology: Volume 10 - Linear and Matrix Algebra to Microorganisms: Computer-Assisted Identification. CRC Press. p. 402. ISBN 9780824722609.
  11. ^ http://www.embedded.com/electronics-blogs/significant-bits/4024611/Motoring-with-microprocessors 마이크로프로세서 탑재 자동차 운전, 2017년 7월 11일 취득
  12. ^ a b c Emadi, Ali (2017). Handbook of Automotive Power Electronics and Motor Drives. CRC Press. p. 117. ISBN 9781420028157.
  13. ^ a b "Design News". Design News. Cahners Publishing Company. 27 (1–8): 275. 1972. Today, under contracts with some 20 major companies, we're working on nearly 30 product programs—applications of MOS/LSI technology for automobiles, trucks, appliances, business machines, musical instruments, computer peripherals, cash registers, calculators, data transmission and telecommunication equipment.
  14. ^ "NIHF Inductee Bantval Jayant Baliga Invented IGBT Technology". National Inventors Hall of Fame. Retrieved 17 August 2019.
  15. ^ "MDmesh: 20 Years of Superjunction STPOWER™ MOSFETs, A Story About Innovation". ST Microelectronics. 11 September 2019. Retrieved 2 November 2019.
  16. ^ "Automotive Power MOSFETs" (PDF). Fuji Electric. Retrieved 10 August 2019.
  17. ^ a b Scrosati, Bruno; Garche, Jurgen; Tillmetz, Werner (2015). Advances in Battery Technologies for Electric Vehicles. Woodhead Publishing. ISBN 9781782423980.
  18. ^ "IEEE Medal for Environmental and Safety Technologies Recipients". IEEE Medal for Environmental and Safety Technologies. Institute of Electrical and Electronics Engineers. Retrieved 29 July 2019.
  19. ^ "Keywords to understanding Sony Energy Devices – keyword 1991". Archived from the original on 4 March 2016.
  20. ^ Chris Isidore ( 2021년 3월 22일)컴퓨터 칩 부족이 자동차 회사에 타격을 주기 시작했다
  21. ^ https://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1279038 기술 동향:2017년 11월 11일 검색된 차세대 자동차 전자제품의 보안 우려 사항
  22. ^ 오토, 외프네 다이크! Sicherheitslücken bei BMWs ConnectedDrive, c't, 2015-02-05.

추가 정보

  • William B. Ribbens and Norman P. Mansour (2003). Understanding automotive electronics (6th ed.). Newnes. ISBN 9780750675994.

외부 링크