車両での電子部品

車載ステムにおける電子部品入門

今の車両は、多様な電子要素をシームレスに組み込んだ複雑なシステムを備えており、単純なポイントツーポイントの輸送を超えた機能を実現しています。安全システムからエンターテイメント、エンジン制御、ナビゲーションなど、あらゆるものを処理するこれらの電子部品は、自動車の重要な部分になっています。このセクションでは、今日の車載システムにおける電子素子の多様性と役割の概要について説明します。

電子部品の多様性の概要

カーエレクトロニクスの発展により、車両内に搭載される部品がかつてないほど増加しました。これらには以下が含まれますが、これらに限定されるわけではありません。

センサ: 圧力、速度、温度、近接性などの物理的特性はセンサによって測定されます。

アクチュエータ: アクチュエータは、ソレノイドやモータのように、電気信号を物理的な動作に変換するメカニズムです。

電子制御ユニット: ボディ制御モジュール (BCM) やエンジン制御ユニット (ECU) などの電子制御ユニットは、それぞれ車両とエンジン本体のさまざまな機能を処理します。

パワーエレクトロニクス: 車両内では、インバータや電圧コンバータなどの要素が電力を管理および変換します。

通信ネットワーク: CANバス、FlexRay、LIN、イーサネットなどのプロトコルを通じて車内通信を可能にします。

ユーザーインタフェースブヒン: ボタン、タッチスクリーン、ディスプレイユニットなどのユーザーインタフェース部品により、人間は車両のシステムと対話できるようになります。

車載システムにおけるセンサ

車載システムにおいて、センサは今日の自動車に欠かせない要素となっています。安全性、快適性、機能性、効率性に貢献する重要なリアルタイム情報を提供するセンサは、自動車にとって不可欠です。このセクションでは、さまざまな種類のセンサと、それらのさまざまな役割とアプリケーションについて説明します。

さまざまな種類のセンサ

車載用センサは、推定する物理量に基づいて分類できます。重要なタイプをいくつか確認してみましょう。

圧力センサ: ブレーキシステム、エンジン、タイヤなどでは、圧力センサを使用して複数の圧力を測定します。たとえば、タイヤの空気圧が低いことを運転者に警告するために、タイヤ空気圧モニタリングシステム (TPMS) はこれらのセンサに依存しています。

温度センサ: 冷却水温度、車内温度、エンジン温度、オイル温度をモニタするには、温度センサが重要です。最適な動作条件を維持し、過熱を回避するために、制御システムをイネーブルにします。

近接センサ: 駐車支援システムで頻繁に使用される近接センサは、近くにある物体を識別し、運転者にフィードバックを提供することで、衝突防止に役立ちます。

スピードセンサ: 速度センサは、トランスミッション出力、エンジン速度、車輪などの複数の要素の速度を推定するために使用されます。ABSやクルーズコントロールなどの機能にとって重要です。

酸素センサ: 酸素センサは排気システム内にあり、排気ガス中の酸素レベルを測定し、エンジン制御ユニットが燃料混合物を調整して燃焼を最適化できるようにします。

位置センサ: 位置センサは、クランクシャフト、カムシャフト、スロットルなどの複数の要素の位置を検出するために使用されます。エンジンのタイミングとパフォーマンスにとって、それらは非常に重要です。

光センサ: 光センサは周囲の光のレベルに基づいてヘッドライトを自動的に制御し、利便性と安全性を向上します。

感雨センサ: 感雨センサは、雨の強さに応じてワイパーの速度を調整してフロントガラスのワイパーを制御するために使用されます。

慣性センサ: 車両の向きと動きを検出するために、安定制御システムではジャイロスコープや加速度計などの慣性センサが使用されます。

センサの役割とアプリケーション

車載システムでは、センサのアプリケーションは幅広く、技術の進歩とともに継続的に拡大しています。

エンジン管理: 最適なエンジン性能、排出ガス制御、効率を確保するために、温度、酸素、圧力センサなどのセンサがECUにデータを送信します。

安全システム: 速度センサと慣性センサは、横滑りや制御不能を回避するためにリアルタイムのデータを提供するため、トラクションコントロール、ABS、ESCなどのシステムで重要な役割を果たします。

快適さと便利さ: アダプティブライティング、自動気候制御、駐車支援などを通じて、センサは運転体験を向上させます。

燃費: 正確なモニタリングと制御により、センサはエンジンの機能を最適な要因の範囲内で確保し、燃費の向上に貢献します。

予防保全: センサにより異常を検知できます。また、タイムリーなメンテナンスを促進し、最終的には車両部品の寿命を延ばします。

自動運転: 将来の自動運転車は、車両が周囲の環境を認識して対応するために不可欠な、レーダー、LiDAR、カメラなどの幅広いセンサに依存することになります。

カーエレクトロニクスにおいて、センサは最も重要かつ用途の広い要素の1つです。その役割は、基本的な機能から高度でインテリジェントな特性まで多岐にわたります。自動車技術の進歩により、センサへの依存度が高まり、車両の設計と操作におけるさまざまな領域にわたってイノベーションとセンサの統合が促進されると予想されます。

車載システムにおけるアクチュエータ

車載システムでは、アクチュエータは電気信号を機械的な動作に変換する基本的な役割を果たします。センサとシームレスに連携し、さまざまな制御信号に反応して、車両内で重要な機能を実行します。このセクションでは、さまざまなアクチュエータの種類、その多面的な機能、そして自動車の分野でどのように使用されているかを探ります。

アクチュエータの種類

車載システムのアクチュエータは、その機能と発生する動作の種類に基づいて分類できます。一般的なタイプは次のとおりです。

モータ:

DCモータ: DCモータは、フロントガラスのワイパー、ウィンドウレギュレータ、電動パワーステアリングなどでよく使用されます。
ステッピングモータ: ステッピングモータは、空気の流れの制御や、ゲージの操作のためにHVACシステムで使用されます。
ブラシレスDCモータ: ブラシレスDCモータは、電気自動車のドライブトレインなどの高効率アプリケーションに採用されています。

ソレノイド: ソレノイドは、電気エネルギーを直線運動に変換する電磁アクチュエータです。これらは、ドアロック、スターターシステム、燃料インジェクタなどでよく使用されます。

リレー: リレーは、従来の意味ではアクチュエータとして分類されませんが、最小限の制御信号を使用して大きな電流を管理できるスイッチとして機能します。車両内の複数のアクチュエータを扱う場合、リレーは重要です。

空気圧アクチュエータ: これらのアクチュエータは、希望の動作を実現するために圧縮空気を使用し、ブレーキシステムやサスペンション制御に使用されます。

油圧アクチュエータ: 油圧アクチュエータは、油圧パワーステアリングシステムやブレーキアクチュエータなど、大きな力を必要とするシステムに使用されます。

サーマルアクチュエータ: このタイプのアクチュエータは、冷却装置内のサーモスタットバルブで使用されるものと同様に、温度変動に応じて形状を変更できる材料に依存します。

圧電アクチュエータ: これらは、現在の燃料インジェクタに通常見られる正確な制御と素早い応答時間を提供します。

アクチュエータの役割とアプリケーション

車載システムでは、アクチュエータのアプリケーションは多岐にわたり、車両の動作に関するほぼすべてのパラメータを網羅しています。

エンジン制御: エンジンの性能、排出ガス、燃料効率を最適化するために、アクチュエータは空気の吸入、排気の流れ、燃料噴射を制御します。

トランスミッション制御: スムーズで効率的な動力伝達を可能にするために、電気アクチュエータと油圧アクチュエータがクラッチの接続と切断、およびギアのシフトを行います。

環境制御: HVACシステムでは、アクチュエータが温度、分布、空気の流れを制御し、乗員の快適性を高めます。

安全システム: アクチュエータは、ブレーキおよびステアリングシステムで車両の方向と速度を制御するために必要な力を提供します。電子安定制御 (ESC) やアンチロックブレーキ (ABC) などのシステム内にあります。

便利な機能: 調整可能なミラー、自動シート調整、パワーウィンドウなどのアメニティは、アクチュエータによって有効になります。

サスペンションシステム: アダプティブサスペンションシステム内のアクチュエータは、剛性と減衰機能を動的に変更し、乗り心地とハンドリング性能の両方を向上させます。

排出ガス制御: 排気システムでは、アクチュエータが排出制御要素の動作とガスの流れを管理します。

自律走行および先進運転支援システム (ADAS): アクチュエータは、人間の介入を必要とせずに複雑な運転操作をシームレスに実行することで、将来の自律走行車において重要な役割を果たします。

最新の運転体験にとって、車載システムのアクチュエータは必要不可欠です。効率、パフォーマンス、安全性、快適性を高める多数の拡張機能を実現し、電子コマンドに対する機械的な反応を提供します。今後来る自動車の時代において、ますます複雑でスマートなシステムを構築し、取り入れる上でアクチュエータが果たす役割を考えると、自動車エンジニアにとってアクチュエータのさまざまな種類、機能、用途を理解することは非常に重要です。

電子制御ユニット (ECU)

最新の自動車の電子構造の中核には、主要な処理ハブとして機能する電子制御ユニット (ECU) があります。これらのユニットは、さまざまなセンサからの入力を解読し、信号を監視して反応し、最終的にアクチュエータを通じて必要な操作を指示します。このセグメントでは、これらの重要な要素のニュアンスを探り、エンジン制御ユニット (ECU) とボディ制御モジュール (BCM) に焦点を当てます。

車両内の制御ユニットの概要

車両内の電子制御ユニットは、特定の機能を制御する特殊なマイクロコントローラユニットです。トランスミッションのシフトやエンジン性能から、気候制御、インフォテインメント、安全システムまで、すべてを処理します。

電子制御ユニットの基本構成要素: ECUには次の主要な構成要素が含まれています。

図1 : ECUの基本的な構成要素

ECUに関連付けられたセンサへのインタフェースは「取得」と呼ばれます。デジタルまたはアナログの調整回路を備えています。マイクロコントローラは、コンピューティング機能と制御機能を備え、サポート部品とともに算術論理演算を実行します。回路内では、通信バスは他のECUへのさまざまなタイプの接続 (LIN、FlexRay、CAN、イーサネットなど) です。「アクチュエーティング」という用語は、モータ、ヒータ、ソレノイドなど、さまざまな電気負荷の管理を担当するモジュール内の集合的スイッチを指します。

モジュール方式: モジュール設計の電気制御ユニットは、エンジン制御、エアバッグシステム、トランスミッション制御、およびその他のさまざまな機能に対応する個別のモジュールにすることができます。今の自動車には100個を超えるECUが搭載されており、多くの自動車業者が車両システムのさまざまな側面に対応するこれらのユニットの設計を専門としています。自動車メーカーの車両を観察するとき、メーカーを賞賛するだけでなく、そのシステムに製品が搭載されている多彩な業者も認識します。

統合: 車両システム全体が一体となって機能するように、制御ユニットは相互に連携し、データとコマンドを共有します。

リアルタイム処理: 車両速度、エンジン負荷、運転条件の変化など、急速に変化する状況に対応するには、複数の制御ユニットにリアルタイム処理機能が必要です。

適応性: 制御ユニットはますます柔軟になり、車両のソフトウェア定義機能の増加に伴い、新しい特性や最適化で更新できます。

エンジン制御ユニット (ECU)

エンジン制御ユニット (ECU、電気制御ユニットと同じ略称で知られる) は、その複雑さと重要性の高さから、車両の重要な制御ユニットの1つとして位置付けられ、エンジンの動作を監視および調整する責任を担っています。

機能性:

燃料管理: パフォーマンス、排出量、燃費を向上させるために、ECUは最適な燃料と空気の比率を推定し、点火システムを管理し、燃料噴射のタイミングを処理します。
エンジン状態のモニタリング: エンジンがより安全な状態で機能するように、ECUはエンジン温度、空気吸入量、排気ガス、エンジン温度などのパラメータを継続的に処理します。
排出ガス制御: ECUは、触媒コンバータや排気ガス再循環 (ECG) などのシステムと組み合わせることで、排出ガス基準を満たす上で重要な役割を果たします。

適応と診断: 現代のECUでは、エアフィルタの詰まりなど、さまざまな車両部品に影響を及ぼす動作環境の摩耗や変化に適応する機能により、ECUは制御変数を変更して最高のパフォーマンスを維持できます。サービス技術者向けには、診断機能も提供されます。

ボディコントロールモジュール (BCM)

ボディコントロールモジュール (BCM) の役割は、ドライブトレインに関係しないさまざまな機能に及び、むしろ、乗員室と車両の外部部分の管理に重点を置いています。

機能性:

ライティング制御: 室内ライティング、ヘッドライト、テールライトを処理します。
環境制御: 空調、暖房、換気を管理します。
ドアと窓の制御: 集中ロック、電動ウィンドウ、その他のアクセス関連の特性を制御します。
インフォテインメント統合: ナビゲーション、オーディオ、接続機能を処理するために、多数のBCMがインフォテインメントシステムと対話します。

ネットワーク: 車両内では、BCMは他のモジュールと頻繁にインタフェースするため、強力な通信能力が必要です。身体機能に関連する多数のセンサやアクチュエータの場合、通常はハブとして機能します。

セキュリティ: 車両のセキュリティ、イモビライザ、ハンドリングアラームシステム、キーレスエントリにおいて、BCMは重要な役割を果たします。

図2 : BCM機能の例

結局のところ、コントロールユニットは、安全性、快適性、パフォーマンス、利便性を高めるさまざまな複雑な機能を可能にし、現代の車両のシームレスな操作の中心となっています。統合性と応答性に優れた自動車システムを構築するには、ECUやBCMなど、それぞれ異なるタイプと機能を備えた多様な制御ユニットに代表される複雑な統合と調整が必要です。自動車エンジニアや技術者は、効果的な設計、開発、保守、トラブルシューティングを行うために、これらのユニットを包括的に理解している必要があります。車両にソフトウェアと接続ソリューションが統合されるにつれて、継続的な進化がこの理解の重要性を強調します。

パワーエレクトロニクス部品

パワーエレクトロニクス部品は、複雑な自動車エレクトロニクスのエコシステム内で電気エネルギーの変換と調整を可能にする基礎サポートとして機能します。コンバータとインバータは、車両内のさまざまなサブシステムの個別の要件を満たすために電力を調整および変更する上で極めて重要な役割を果たす重要な部品です。このセクションでは、これらの部品の重要な役割を詳しく説明し、そのアプリケーションと機能について詳しく説明します。

コンバータ

電源の電圧レベルを変更するために使用されるパワーエレクトロニクスデバイスは、コンバータと呼ばれます。コンバータは、自動車システムのさまざまなアプリケーションで重要な役割を果たします。

DC/DCコンバータ:

機能性: さまざまな電圧レベルを必要とするさまざまなサブシステムとのインタフェースに適応性を提供し、DC電圧源をあるレベルから別のレベルに変換します。

電気自動車 (EV): 高電圧バッテリーからの電圧を12Vシステムに降圧するために、DC/DC コンバータが使用されます。

降圧型コンバータ: 降圧型コンバータはエネルギー効率の高いアプリケーションで頻繁に使用され、電圧を高いレベルから低いレベルに降圧します。

昇圧型コンバータ: 一方、昇圧型コンバータは、電圧レベルを低い層から高い層に昇圧し、エネルギーを捕捉して蓄積する回生ブレーキなどのシステムで重要な役割を果たします。

力率改善 (PFC) コンバータ:

機能性: オンボードチャージャの電圧と電流の波形を調整するために、PFCコンバータが使用され、最終的に力率が最適化されます。電力変換を最大化することで、価値ある作業出力への効率的な変換が保証されます。

電気自動車 (EV) のアプリケーション: PFCコンバータはEVオンボード充電システムにおいて極めて重要であり、高調波歪みを大幅に最小限に抑えながら、電力変換プロセスの効率を高めます。これらのコンバータは、ほぼ1の力率を維持することで、グリッドから車両へのエネルギー転送効率を高め、充電時間の短縮とエネルギーの無駄の最小化を実現します。

設計上の考慮事項:

効率: 損失を減らす鍵は、適切なスイッチング要素と制御技術を選択することです。スイッチング損失と伝導損失は、損失発生の2つの主な原因です。スイッチング周波数を上げると、回路内の部品サイズを小さくできる可能性がありますが、同時にコンバータ部品で発生するスイッチング損失も増加します。伝導損失を最小限に抑えるには、抵抗の低い部品や並列部品を選択できますが、回路のサイズとコストが増加します。

熱管理: 熱放散を管理するには、適切な冷却システムを導入する必要があります。高出力アプリケーションでは、ファンによる空冷または液体冷却方式のいずれかを利用する必要があります。どちらの場合でも、ヒートシンクと熱伝導材料を使用して、スイッチング部品とモジュールの冷却面の間に低い熱抵抗を確立する必要があります。

ノイズ抑制: 電磁障害 (EMI) を軽減するには、適切な接地、フィルタリング、シールド対策が必要です。

絶縁: 変換された電圧が60Vを超える場合は、危険電圧絶縁規則が適用されます。

インバータ

電気自動車やハイブリッド自動車の分野では、直流 (DC) から交流 (AC) への重要な変換はインバータによって行われます。

機能性:

DCからACへの変換: EVやハイブリッド電気自動車 (HEV) の電気モータを駆動するために、インバータは高電圧バッテリーからDC電力を取り出し、それを必要なAC電力に変換します。

可変周波数ドライブ: 高度なインバータはモータのトルクと速度を正確に制御し、出力ACの周波数を変化させることができます。

車載システムにおける主なアプリケーション:

モータ制御: モータ制御は、電気自動車やハイブリッド自動車で主牽引モータを作動させるために利用されます。

電源管理: 電力管理は、さまざまな運転状況でのさまざまな要件に適応し、複数のサブシステム間で電力を分配するのに役立ちます。

設計上の課題:

効率: EVの航続距離を延ばすには、半導体と制御アルゴリズムを慎重に選択する必要があり、高い効率が求められます。トラクションインバータは最大定格700kWのEマシーンに電力を供給します。

信頼性と耐久性: 推進力におけるインバータの重要な役割とともに、堅牢な設計と厳格なテストが不可欠です。

統合: インバータを熱管理システムやバッテリー管理などの他のシステムに組み合わせるのは複雑なため、多分野にわたる技術が必要です。

DC/DCコンバータの設計を導く原則は、インバータの領域にも適用されます。

車載のパワーエレクトロニクスの不可欠な要素は、コンバータとインバータです。電力を効率的に制御できるため、現代の自動車の多様で複雑なエネルギーニーズに適応し、柔軟な管理を実現します。特に電気自動車やハイブリッド車の技術が急速に進歩していることを考えると、自動車エンジニアにとって、それらの機能、アプリケーション、重要な設計上の考慮事項を深く理解することは非常に重要です。現代のカーエレクトロニクスシステムの高度化と複雑化は、エネルギーの変換、管理、最適化における極めて重要な役割によって明確に示されています。これは、このダイナミックな分野における学際的な専門知識と知識の必要性が極めて重要であることを強調しています。

通信モジュールとインタフェース

今の自動車は、効果的に機能するために、相互に連携する必要があるさまざまな電子機器やシステムを搭載しています。効果的なコミュニケーションを行うには、複雑な要素があるため、回復力があり、適応性があり、合理化されたインタフェースとモジュールが不可欠です。自動車工学では、コントローラエリアネットワーク (CAN) バス、ローカル相互接続ネットワーク (LIN)、イーサネット、FlexRayという4つの主要な通信技術によって複雑な相互作用が促進されます。車両の完全なアーキテクチャ内では、それぞれが異なる要件に適合する特定の役割と機能を備えています。

コントローラエリアネットワーク (CAN) バス

自動車業界では、CANバスは堅牢で広く使用されている通信プロトコルです。マルチマスターシリアルバスシステムが稼働しており、中央コンピュータに依存せずに複数のデバイス間の通信が可能です。通信調停により、どれが最初に通信するかが決定されます。各ノードはブロードキャスト内にその識別子を含め、同時にブロードキャストするノードの中で、最も高い識別子番号を持つノードが優先的に発言します。

機能性:

メッセージベースのプロトコル: メッセージはアドレスを使用してノード間で送信されるのではなく、バス内のすべてのノードがメッセージを可視化し、メッセージを破棄するか処理するかを決定できるため、適応性と効率性に優れたデータ送信が可能になります。

フォールトトレランス: システムの設計により、データラインの1つで断線や短絡が発生するなど、特定のネットワーク部品に障害が発生した場合でも、中断のない動作が保証されます。

アプリケーション:

リアルタイム制御: ブレーキ、パワーステアリング、エンジン制御などの重要なシステムにリアルタイム制御が採用されています

診断: オンボード診断 (OBD) により、トラブルシューティングとメンテナンスの手順が効率化されます。

設計上の考慮事項:

データレート: データレートは通常、最大1Mbpsの速度で動作します。

セキュリティ: 不正アクセスや改ざんを防ぐために、適切なセキュリティ対策を実施することができます。

ハードウェア層:

CANは半二重ネットワークと見なされます。CAN_HIGHおよびCAN_LOWと呼ばれる差動ラインは信号を伝送します。これら2本の線間の電圧格差は、デジタルの1、または、0のいずれかを表します。CANバスの両端は120オームの抵抗を使用して終端する必要があり、反射を最小限に抑えるためにCANの配線は120オームの特性インピーダンスを備えている必要があります。

図3 : CANトポロジー

ローカル相互接続ネットワーク (LIN)

CANと比較すると、LINはよりコスト効率の高い通信プロトコルであり、車内で時間に敏感でない通信に使用されます。

機能性:

マスタースレーブ構成: 1つのマスターと複数のスレーブを含めることで、ネットワーク管理が簡単になります。

低データレート: 最大20kbpsのデータレートで、重要でない動作に適しています。

アプリケーション:

インテリアシステム: ミラー、シート調整、ウィンドウコントロール、その他の快適機能に使用されます。

ハードウェア層:

LINは半二重ネットワークと見なされます。信号は1本の線で伝送され、信号の戻りは接地されます。通常、LIN信号はバッテリー電圧で動作しますが、規格ではLIN専用に割り当てられた専用のディスクリートバス電圧を利用することが認められています。抵抗器が各ノードをバス電圧にプルアップし、マスターノードにはより強力なプルアップ抵抗器が特に配置されます。

図4 : LINトポロジー

イーサネット

特に先進運転支援システム (ADAS) やインフォテインメントシステムでは、車載アプリケーションにおけるイーサネットの人気が高まっています。

機能性:

高データレート: 大量のデータ転送を可能にし、少なくとも1Gbps以上の速度を維持します。

標準化されたプロトコル: さまざまなデバイスやシステム間での互換性を実現します。

アプリケーション:

インフォテインメントシステム: インフォテインメントシステムは、複雑なユーザーインタフェース、ビデオストリーミング、ナビゲーションに利用されます。

ADAS: 先進の安全機能において、ADASはリアルタイム処理に必要な高速通信を可能にします。

ハードウェア層:

イーサネット経由の通信は、半二重モードまたは全二重モードのいずれかで行うことができます。TX、および、RX信号用のガルバニック絶縁ツイストペアケーブルは、コモンモードと差動モードの両方のノイズ放出を軽減します。イーサネットバスには2つのノードのみが存在します。ゲートウェイとスイッチの支援により、複数のノード間の通信が解決されます。

図5 : 100Mbitイーサネット接続

Flexray

確定的なデータ伝送を提供するFlexRayは、高性能の車載アプリケーション向けに設計されています。

機能性:

デュアルチャネルアーキテクチャ: フォールトトレランスと冗長性はデュアルチャネルアーキテクチャによって提供されます。

タイムトリガー通信: 同期通信と非同期通信はタイムトリガー通信によってサポートされ、正確なタイミング制御が可能になります。

アプリケーション:

ドライブバイワイヤシステム: ステアリングやスロットル制御などの重要な制御アプリケーションに適しています。

ハードウェア層:

バスはCANのようなものです。同じバスに複数のノードを収容できます。ツイストペアが信号を構成し、最初のチャネルが侵害された場合にセカンダリチャネル (チャネルB) を利用して冗長性を提供できるようになります。

図6 : デュアルチャネル構成のFlexray

ネットワークトポロジー

バス型トポロジー: バス型トポロジーでは、すべてのデバイスが単一の通信回線で接続され、CANネットワークで使用されます。シンプルで安価ですが、多数のデバイスが接続されると複雑になる可能性があります。

スター型トポロジー: スター型トポロジーには、他のすべてのデバイスに接続された単一のノードが含まれ、通常はイーサネットおよびLINで使用されます。集中化により単一障害点が生まれ、配線が簡素化されます。

ハイブリッドトポロジー: ハイブリッドトポロジーは複数のトポロジーの組み合わせです。要件に応じて、さまざまなネットワークセグメントの柔軟性と最適化が可能になります。このトポロジーはFlexRayで頻繁に使用されます。

リング型トポロジー: リング型トポロジーでは、データが宛先に到達するまで流れるように、デバイスを円形パターンで接続します。これは一部のFlexRay実装で採用されています。フォールトトレランスを提供すると同時に、複雑さも増します。

メッシュ型トポロジー: メッシュ型トポロジーは、データ移動にさまざまなパスを提供し、デバイスをネットワーク内の他の複数のデバイスに接続します。これは、冗長性の高いアプリケーションで使用されます。実装は複雑でコストがかかりますが、信頼性が向上します。

さまざまなプロトコルとトポロジーが調和して動作し、車両内の複雑な通信ネットワークを促進し、それぞれが異なる役割を果たし、特定のアプリケーションに対応します。CANとLINはそれぞれ独自のコストとパフォーマンス特性を持つ従来の制御機能に対応します。一方、FlexRayとイーサネットは、次世代の機能をサポートするためにデータレートの向上と高度なセットアップを要求する、車両の次世代機能の導入に重要な役割を果たします。

これらのネットワークとその基本的なトポロジーを理解することで、現在の車両内で電子システムがどのように複雑に調整されているかについての基本的な視点が得られます。この機能により、エンジニアはシステム内の複雑な部分を開発および解決するために必要な専門知識を身につけ、ますます自律化が進む今日の相互接続された自動車分野の需要を満たすことができます。最適化され、弾力性があり、将来の進歩に備えた車両エレクトロニクスアーキテクチャを構築するには、適切な通信プロトコルとネットワークトポロジーを慎重に選択することが重要です。

ユーザーインタフェース部品

高度なユーザーインタフェース (UI) 要素により、最新の車両では運転者と車両のさまざまなシステム間のやり取りが容易になります。これらのUI部品は、運転者が車両の機能を効率的にモニタおよび制御できるようにすることで、シームレスで直感的な運転体験を提供する上で非常に重要になっています。これらのユーザーインタフェースは、ディスプレイユニットと、タッチスクリーンやボタンなどの入力デバイスによって構成されます。このセクションでは、これらの必要な要素の役割、種類、およびアプリケーションについて詳しく説明します。

表示単位

ディスプレイユニットは、ドライバーと乗客の両方に重要な視覚的なフィードバックと情報を提供する重要な要素として機能します。さまざまな車両システム、エンターテイメントの選択肢、ナビゲーション支援などから得られるデータを解釈し、重要な役割を果たします。

タイプと機能:

インストルメントクラスタ: これには、速度計、燃料計、タコメータ、および車両の状態を反映するその他の重要なインジケータが含まれます。最新の車両に一般的に採用されているデジタルディスプレイは、カスタマイズやさまざまな他のシステムとのシームレスな統合を容易にします。

インフォテインメントディスプレイ: 通常、これらのインタフェースは、エンターテイメント、環境制御、ナビゲーション、接続機能へのアクセスを許可するタッチスクリーンです。

ヘッドアップディスプレイ (HUD): フロントガラスに投影される HUD (ヘッドアップディスプレイ) により、運転者は前方の道路から目をそらすことなく重要な運転情報にアクセスできるようになります。

設計上の考慮事項:

可視性: さまざまなライティングの状況にわたって最適な視認性を実現することが重要です。

人間工学: ディスプレイの位置とサイズを適切に設定することで、運転者の快適性と安全性を最適化します。

統合: システム要件を満たしながら、ディスプレイと追加のインテリア設計部品間の相乗効果を生み出します。

入力デバイス (ボタン、タッチスクリーンなど)

入力デバイスは、運転者と乗員の両方が車両のさまざまな電子システムを操作および制御できるようにするために重要な役割を果たします。これには、従来の機械式制御と高度な接触感知インタフェースが含まれます。

タイプと機能:

ボタンとノブ: クルーズ制御、空調制御、電話操作、オーディオ音量など、頻繁に調整が必要な機能では、ボタンやノブが使用され、触覚フィードバックが提供されることがよくあります。

タッチスクリーン: 現代のインフォテインメントシステムの中心にはタッチスクリーンがあり、ナビゲーション、エンターテイメント、設定調整のための多用で直感的なインタフェースを提供します。

音声制御: 最新の自動車では音声制御がますます普及しており、さまざまな機能をハンズフリーで操作できるようになり、安全性と利便性が向上しています。

設計上の考慮事項:

ユーザビリティ: サイズ、形状、配置のコントロールに配慮し、使いやすさを追求した設計です。

アクセシビリティ: 制御が簡単にアクセスでき、触覚によって区別できることを保証します。

美しさ: 車両全体のインテリアスタイルに合わせて制御設計を調和させます。

高度な運転体験を形成するには、ユーザーインタフェースの部品が重要です。最新の自動車は、適切に設計されたディスプレイユニットとさまざまな入力デバイスを統合することにより、機能性と美的魅力の両方を高めるユーザー中心のアプローチを採用しています。

自動車エンジニア、メーカー、設計者にとって、これらの要素の設計、機能、統合を理解することは非常に重要です。高度な機能と増加した接続オプションを組み込んだ車両の継続的な進化により、ユーザーインタフェース部品の重要性は拡大し、日常の交通必需品にテクノロジーをシームレスに統合する態勢が整っています。

カーエレクトロニクス