Motoryzacja ważnym obszarem rozwoju mikroelektroniki

Powyższe prognozy wzrostu dotyczą przychodów ze sprzedaży elektroniki samochodowej. Rozwój rynku jest jednak jeszcze większy, ponieważ dane te nie obejmują rozkwitającego segmentu infotainment - urządzeń do rozrywki i informacji w samochodzie. Ważnym czynnikiem przyspieszającym stosowanie podzespołów elektronicznych w samochodach są, wprowadzane przez rządy poszczególnych krajów, programy podwyższania standardów bezpieczeństwa na drodze. W Unii Europejskiej i w Stanach Zjednoczonych prawnie obowiązuje już wymóg wyposażania wszystkich nowych aut osobowych i użytkowych w układy stabilizacji toru jazdy - ESP. W Europie coraz powszechniej wymagane są także obowiązkowe w Stanach Zjednoczonych od wielu lat czujniki do monitoringu ciśnienia powietrza w oponach - TPMS.

Kolejnym czynnikiem napędzającym wzrost są rozwijane z własnej inicjatywy przez koncerny samochodowe zaawansowane układy wspomagania kierowcy (ADAS). Są to mechanizmy służące zwiększeniu bezpieczeństwa podczas jazdy, co jest niebagatelnym atutem przy sprzedaży nowych aut. Zdaniem analityków IHS mniej lub bardziej rozbudowane układy ADAS trafiają do coraz większej liczby samochodów. Elementy układu wspomagania kierowcy wbudowane w deskę rozdzielczą, jak i przezierne wyświetlacze HUD w przedniej szybie, stopniowo stają się coraz łatwiej dostępne - na razie w samochodach klasy wyższej.

Mikroprojektor dla kierowcy

Szczególnie dobry do prezentowania informacji pochodzących z układu wspomagania kierowcy wydaje się ekran HUD (head-up display), ukazujący kierowcy dane bezpośrednio w jego polu widzenia przed samochodem. Najczęściej wyświetlane są takie informacje jak aktualne wskazanie prędkościomierza, rozpoznane znaki drogowe, sugestie o zmianie pasów ruchu, dane z nawigacji, czy za pomocą jaskrawych kolorów wszelkiego rodzaju ostrzeżenia. Np. zamiast regulować funkcje audio na środkowym panelu deski rozdzielczej, dzięki HUD kierowca może, patrząc przed siebie, jednocześnie ustawiać źródło dźwięku, kanał radiowy czy poziom głośności przy użyciu odpowiednich przycisków na kierownicy.

Wbudowany lub zamocowany na przedniej szybie ekran HUD zawiera specjalną powierzchnię, która łączy strumienie światła padające na nią z dwóch różnych kierunków. Oprócz światła z obiektów na drodze w polu widzenia kierowcy, pada na nią strumień światła z miniaturowego projektora laserowego lub LED, które jest odbijane przez komplet mikroluster dichroicznych. Dzięki temu generowany na przedniej szybie obraz zostaje nałożony na widok kierowcy i jest przedstawiany tak, jakby znajdował się w odległości około półtora metra przed samochodem. Dzięki takiemu położeniu ekranu, korzystanie z niego mniej rozprasza kierowcę niż spoglądanie na informacyjny wyświetlacz LCD pośrodku deski rozdzielczej.

Firma analityczna IHS Automotive prognozuje, że w 2020 r. ekrany HUD obecne będą w 9% nowych samochodów, podczas gdy w roku ubiegłym tylko 2% sprzedawanych nowych samochodów było wyposażonych w tę technologię. Firma szacuje, że pod koniec dekady w samochodach sprzedawanych będzie ponad 9 mln sztuk tych urządzeń rocznie. Obecnie są one dostępne w autach General Motors, BMW, Mercedes i Audi. Współdziałające z układem ADAS ekrany HUD jako dodatkowe wyposażenie dostępne są w samochodach klasy D i E, ale w najbliższych latach jako opcja trafiać mają do aut kompaktowych i małych.

Czujniki przyspieszenia poprzecznego i obrotu

Elektroniczny układ stabilizacji toru jazdy zaprojektował i jako pierwszy wprowadził do produkcji seryjnej Bosch w ostatniej dekadzie ubiegłego wieku. Firma ta jest niezmiennie światowym liderem w wytwarzaniu coraz bardziej zaawansowanych wersji tego rozwiązania. Pierwszą marką, w której samochodach układ ten montowano, był Mercedes.

Prognoza obrotów na światowym rynku sprzętu elektronicznego do samochodów w mld dolarów (źródło: IHS)

ESP obecnie obejmuje funkcje ABS - nie dopuszcza do zablokowania kół podczas hamowania oraz ASR - zapobiega utracie przyczepności kół napędowych. Poza tym układ obejmuje kolejne zaawansowane funkcje, m.in. ma za zadanie wyręczać kierowcę w panowaniu nad przyczepnością auta do podłoża. Na podstawie danych z czujników pomiaru prędkości obrotowej każdego z kół mikroprocesorowy sterownik układu ESP reguluje ciśnienie hydrauliczne w hamulcach poszczególnych kół, zapobiegając ich ślizganiu. W układzie aktywne są także czujnik kąta skrętu kierownicy i zintegrowane ze sobą żyroskop - czujnik prędkości kątowej nadwozia oraz jednoosiowy akcelerometr - czujnik przyspieszenia poprzecznego. Poprzez pomiar w osi poprzecznej akcelerometr rejestruje wielkość siły odśrodkowej działającej na nadwozie. Sterownik ESP analizuje dane z wszystkich tych czujników 25 razy na sekundę i w razie potrzeby poprzez odpowiednie impulsy wykonawcze zapobiega utracie stabilności lub przyczepności pojazdu.

Najnowsze wersje ESP zawierają też radar lub kamery czuwające nad bezpiecznym odstępem pomiędzy samochodem, a innymi jadącymi w kolumnie. Dzięki tym urządzeniom ESP może łączyć adaptacyjną regulację prędkości jazdy (ACC) i odległości z funkcją Stop&Go.

Łączna produkcja układów ESP przekroczyła już 50 mln sztuk i układ ten stosowany jest w ponad 40% nowych samochodów osobowych i dostawczych. Rynek czujników prędkości kątowej i przyspieszenia poprzecznego, na które składają się głównie żyroskopy i akcelerometry MEMS, wzrósł w 2012 r. o 7% i zgodnie z danymi agencji analitycznej IC Insights osiągnął rekordową w historii wartość 2,54 mld dolarów. Według IC Insights w roku obecnym sprzedaż akcelerometrów i czujników obrotu względem osi Z zwiększy się o 12%, do 2,84 mld dolarów, a w 2014 r. o kolejne 19%, do 3,39 mld. Prognozy dla rynku akcelerometrów na lata 2012-2017 przewidują średni wzrost roczny o 17%, do wartości 5,47 mld dolarów w 2017 r. Ich średni roczny wzrost w okresie 2007-2012 wyniósł 24%.

Marcin Tronowicz