自動運転の使用事例

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MPSは、ますます複雑化する自動運転システムの仕様を満たし、ハンズフリー運転体験を完全に実現するために、MPQ2967-AEC1、MPQ86960、MPQ79500FS-AEC1、およびMPQ79700FS-AEC1を含む自動運転用製品のシリーズを開発しました。

図1 : SAE J3016^TM によって発行された運転自動化レベル

自動運転市場

自動運転車の需要は急速に伸び続けています。米国では、道路上の自動運転車の数は 2025年～2030年の間に約210万台から2080万台に増加すると予想されています。

インテリジェンスは、新興の電気自動車 (EV) のコア機能の1つであり、自動車業界にとって重要な移行を示しています。特に、自動運転はEVの標準機能となっています。自動車業界がますますその焦点を自動運転に移すにつれて、設計者は自動運転技術に関する重要な課題に直面します。

自動運転のトレンドの高まりに対応して、MPSは、自動運転システムのDCUとセンサの2つのコアモジュール用に車載グレードのチップのラインアップを発表しました。MPSの完全な電源ソリューションにより、自動車メーカーは路上をスムーズに走行する自動運転車を開発できます。

自動運転の課題

自動運転機能の継続的な改善に伴い、メインチップの計算能力とシステムの電力需要は増加し続けています。その結果、電源設計はより高い要件に直面しています。自動運転システムの設計者は、複雑なシステム、信頼性、およびボリュームとコストのトレードオフに関する問題にも対処する必要があります。

複雑なシステム

自動運転技術と高度なアプリケーションの開発により、メインチップの計算能力と情報処理能力に対する要件が高まっており、計算能力の要件を満たすことができるかどうか不確実になってきています。さらに、周辺センサから車両のDCUに送信されて処理されるデータが大幅に増加しました。大手メーカーが大規模な演算チップの開発を開始すると、 推定1000Tの演算能力を備えた車載用チップは、2025年までに利用可能になると予想されています。

計算能力が向上し、高度なインテリジェントドライビングが実現すると、消費電力が増加し、システムソリューションがより複雑になります。その結果、設計者はタイミング管理、機能安全モニタリング、マルチフェーズ電源、およびその他の機能を含む、より高い要件を電源設計全体に統合する必要があります。

信頼性の保証

車両のコア部品である車載用チップの信頼性は、路上での車両の安全性と安定性を直接決定します。これは、車両内のドライバと同乗者の安全にも影響を与えます。近年、安全の重要性を強調する、自動運転に関連した交通事故や死傷者が世界中で多発しています。

したがって、車載グレードのチップの信頼性は、一般的な消費者向けチップの信頼性よりもはるかに高い水準に保たれています。

ボリュームとコストのトレードオフ

自動運転システムの継続的な向上に伴い、オンボードチップ ソリューションはますます複雑になっています。メーカーがセンサモジュール内のカメラの数と解像度をさらに増加させるにつれて、小型で高集積で費用対効果の高い電源ソリューションの需要が高まっています。

完全な自動運転ソリューションの設計

自動運転設計に関する多くの課題を考慮して、MPSは複雑な自動ドメインコントローラ製品用にさまざまな製品を提供しています。図2は、MPQ2967-AEC1とMPQ86960から成るメインチップコア電源を示しています。

図2 : MPQ2967およびMPQ86960による自動運転SoCソリューション

MPQ2967-AEC1と MPQ86960を組み合わせたソリューションは、自律型DCUのコア電源用に設計されており、高演算力と高電流メインチップに使用されます。

MPQ2967-AEC1は、自動運転アプリケーション向けの2レール、デジタル、マルチフェーズコントローラであり、2レール動作の最大4フェーズに構成できます。MPQ86960は内部にパワーMOSFETとゲートドライバを内蔵したモノリシック・ハーフブリッジです。広い入力電圧 (V_IN) 範囲にわたって、最大50Aの連続出力電流 (I_OUT) を実現できます。

MPQ2967-AEC1およびMPQ86960を使用したソリューションには、タイミング管理、機能安全モニタリング、電流サンプリング、温度サンプリング、およびその他の機能も統合されています。同時に、システムオンチップ (SoC) コア電源には、統合されたインテリジェントなハーフブリッジIntelli-Phase^TM (DrMOS) が含まれており、コンスタントオンタイム (COT) 制御を使用して簡素化された外部BOMを実現します。これにより、少数の出力コンデンサで負荷過渡に迅速に応答できるようになり、設計が大幅に簡素化され、自律運転電源ソリューションに最適です。

機能安全システムソリューション

自動運転システムは拡張性が高く、多くの周辺機器、I/Oポート、およびメインチップコアに加えて電源を必要とするその他の部品が含まれます。これらの電源は通常、独立した小型の電源を使用するため、電源シーケンスと機能安全設計の要件を単独で満たすことはできません。この問題に対処するために、MPSは MPQ79500FS-AEC1とMPQ79700FS-AEC1を提供し、ASIL-Dまでの高い自動車安全度レベルをサポートできる機能安全システム設計として、複雑なシステムに機能安全システム設計を簡単に実装するのに役立ちます。

MPQ79500FS-AEC1は、車載安全アプリケーション向けに設計された6チャンネル電圧モニタです。各チャネルは、過電圧 (OV) および低電圧 (UV) のしきい値で構成できます。このデバイスは、ASIL-Dアプリケーション要件を満たすために、ビルトイン・セルフテスト (BIST) や診断および書き込み保護などの安全メカニズムも統合しています (図3参照)。

図3 : MPQ79500FS-AEC1の代表的なアプリケーション回路

MPQ79700FS-AEC1は、12チャネルの機能安全パワーシーケンサであり、さまざまなアプリケーションやSoCを多重化する世代を超えた設計をサポートする構成可能性と柔軟性を提供します。BISTとその他の安全メカニズムを統合して、高い診断範囲を実現し、目標とするASILレベルを達成します (図4参照)。

図4 : MPQ79700FS-AEC1の代表的なアプリケーション回路

信頼性向上プロセスの確認

車載グレードのチップの製造におけるMPSの豊富な経験から、MPSは設計からテストまでのプロセス全体をチェックして、チップの信頼性を最大化することもできます。設計段階から、チップは、AEC-Q100車載グレード基準に適合する必要があります。量産段階では、MPSは包括的な全温度試験技術を使用して、全温度環境における車載グレードのチップの信頼性を最適化します。MPSは、0DPPMの目標に近づき、エンドユーザー製品の安全性と信頼性を向上させることを目指しています。

結論

現在、自動運転は急速な発展の段階にあり、主要な自動車メーカーはL5自動運転の目標に向かって動いています。MPSは、ますます複雑化する自動運転システムの仕様を満たし、ハンズフリー運転の体験を完全に実現するために、MPQ2967-AEC1、MPQ86960、MPQ79500FS-AEC1、およびMPQ79700FS-AEC1を含む自動運転用製品のシリーズを開発しました。

詳細については、MPS自動車用電源ソリューションの堅牢なラインアップをご覧ください。