자동차산업의특성과그발전동향 -...
Post on 12-Feb-2018
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μ&ημ&η systemsystem Lab.Lab.
자동차 산업의 특성과 그 발전동향
• 국민경제의 주력 산업
– 전후방 연관 산업의 발전과 고용창출 효과가 큰 국가기간산업
– 국내 제조업 생산의 9.5%, 고용 147 만명, 수출 132억 달러
• 국제적 환경의 급변
– 규모의 경제 추구로 인한 공급과잉 및 경쟁의 심화
– 업체 간 전략적 제휴 확대
– 안전 및 환경관련 기술 등 전략적 기술의 중요성 증대
– 시스템화, 모듈화 생산/조달의 확대
– 부품의 공용화 및 Global Sourcing의 확대
– 21C에는 경쟁력과 첨단 미래기술의 가진 6~10 개사 정도 생존 전망
• 자동차 산업의 경쟁력은 부품산업의 경쟁력에서 출발
– 자동차 부품의 가격이 완성차의 50% 이상 차지
– 자동차부품의 품질이 완성차의 성능과 품질 좌우
– 부품의 자체 설계 능력 없이는 독자모델 자동차 개발 불가능 및
– 첨단 부품 개발 없이는 차세대 자동차 개발 불가능
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자동차 전자화 시스템 구성
SENSOR ACTUACTORECU(Electronic Control Unit)
Car Electronic System
Temp. SensorPressure SensorAcceleration SensorAngular Velocity SensorAngle Sensor......
EngineMotorSolenoid......
MicroprocessorController
Outside Information
Force/Information
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Automotove Requirements
▶ High performance
- in harsh underwood automotive environments
( temperature, shock, vibration, humidity, corrosive media,
EMC,… )
▶ High reliability
- 10 years/15,000 miles
▶ Very low price
▶ Extremely large volume
- one million/year
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자동차 전자화의 연구개발 현황
DIODESTRANSISTORS
ANALOG IC’S
DIGITAL IC’S
4/8 BIT MICROPROCESSORS
SMART POWER
SMART SENSORS
LARGE EEPROMS
16 BIT MICROPROCESSORS
STAGE 1
STAGE 2
STAGE 3
1960 1970 1980 201020001990
Component System Integration
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자동차 전자화의 주요 요인
▶범국가적 차원에서의 법적 규제의 강화 : Law환경오염 방지를 위한 자동차 배기 가스(emission), 유한한 지구자원의 효율적 사용을 위한 연료 경제성(fuel economy) 및 승객의 보호를 위한 안전(safety) 등에 대한 법적 규제 강화
▶자동차 소비자의 선호도 증가 : Market소비자들의 경제력 향상 및 고품질에 대한 욕구 증대 등으로 자동차의 품질, 신뢰성, 편의성 및 안전성 등에 대한 소비자 선호도 증가
▶기술의 발전 그 자체 : Technology성능은 점점 올라가면서도 가격은 점점 내려가 종래에는 엄두도 내지 못하던 고품질 시스템들에 대한 소비자의 접근을 용이하게 하여 소비를 부추기는 기술의 발전 그 자체
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자동차 전자 장치
BodyElectronics
● Airbags● Climate● Security &
Keyless Entry● Auto Belts●Memory Seat●Memory Mirror●MUX
Instrumentation● Analog Dash●Digital Dash● Navigation
VehicleControl
● Antilock Brake● Traction● Suspension● Power Steering● 4 Wheel Steer● Tire Pressure
Entertainment● Cellular Phone● CD/DAT● AM/FM Radio● Digital Radio● TV Sound
Power Train● Engine● Transmission● Charging● Cruise● Cooling Fan● Ignition● 4 Wheel Drive
Engine/Drive TrainEngine/Drive Train
SafetySafety
Comfort, Convenience, SecurityComfort, Convenience, Security
Vehicle Diagnostics/MonitoringVehicle Diagnostics/Monitoring
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자동차용 MEMS형 Sensor
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자동차 시스템별 ECU 및 MEMS 응용분야
향후 동향 ECU 및 센서 요구 핵심기술
엔진 및변속기
* 배기가스 규제강화(US & EC)* 최적연비 (CAFE 규제대응)* Diagnosis 검출화 (OBO-2)- 배기가스 열화검출, Alarm
* 디젤엔진의 전자제어화* 고출력화(가변밸브타이밍 등)* 엔진과 A/T의 총합제어* 대체연료 (Alcohol엔지 등)* A/T 다단화 (4속→ 5속)* 무단 A/T화 (CVT)
★ 고속,고기능Micom- 16 bit, 32bit- 향후는 DSP 내장- 내고온 : 엔진 Room장착★고장진단기능부착Smart Power IC★흡입공기량센서용★ 압력센서- 미소압검출: OBD- 2용- 유압검출- 상대압 검출
★ 배기가스센서(HC, CO, NOx등)★ 연료성상센서(알콜함유율, 중경질)
☞박판세라믹☞On-chip반도체
샤시
* ABS 장착차 확대* Airbag 장착차 확대* Traction 제어* 4WD제어* 4WS제어* 서스센션(Active제어)* 전동파워스티어링 장착자확대
★ 가속도 센서★ Height 센서★ 노면예측센서★ Yawrate 센서★ Torque 센서★ Laser Radar 센서
- 고출력 레이져, 아이세이프파장
☞On-chip반도체☞Potio inking 기술☞Laser기술☞On-chip반도체☞Laser기술
예방안전* 차간거리경보(레이져 레이더, 화면처리)* 추적주행 제어* 후측방 모니터
★ 화상인식-CCD, Video 신호처리 LSI
편의성* Navigation의 파급(저가/고급화)* Car Audio
★ 진동자이로 ☞On-chip반도체
차량전체
* 총합제어에 따른 조향성, 승차감,연비향상, Cost 저감-엔진/변속기/4WS/4WD/Traction
Suspension/Brake
★ LAN용 전용 IC
기타 * 전기 자동차 (유도전동기의 인버터제어)★ 고출력 파워 디바이스
IGBT 600V 500A~1000A
★ 전용 IC: IGBT Drive, G/A
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자동차 시스템별 ECU 및 MEMS 응용전망
ECU
MICOM ROM RAM CUSTOM IC
1. 엔진제어
* 8 bit × 1개(1CHIP)
* 16bit × 1개(1CHIP)
EPROM512K×1개
OR FLASH EEROM사용
-- 2~3개
★흡기압 센서★대기압 센서★연료탱크압 센서★공기량제어 차압센서★아나로그 IC★고압 센서
2. 자동변속기 제어 * 8 bit × 1개(1CHIP)
상동 -- 2~3개★유압센서(CVT Only)
3. ABS * 8 bit × 1개 상동 -- 2~3개★가속도센서★Yawrate센서
4. Traction 제어 * 8 bit × 1개 상동 -- 1~2개 ★가속도센서
5. 4WS제어(후륜제어) * 8 bit × 1개 상동 -- 1~2개 ★Yawrate센서
6. 전동 P/S * 8 bit × 1개 -- -- 1~2개 --
7. Airbag * 16bit × 1개 EP 2Kbit -- 1개 ★가속도센서
8. Navigation* 32bit × 1개* 16bit × 1개* 18bit × 1개
*4M×9개*64KEEPROM
×1개
*4M×17개*4M PSRAM
×2개6개 ★진도자이로
9. Laser Radar * 8 bit × 1개 -- -- 1~2개★Laser diode★Photo diode
10. 화상처리(차량주변인식)
* 8 bit × 1개*EPROM256K
×1개*SRAM1M×5
개3개
11 전기자동차* 8 bit × 1개* 16bit × 1개
*EPROM1Mbite×1개
-- 2개
핵심기술(반도체 센서)
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자동차용 Micromachined Sensor
응용분야 센서종류 적용 센서류 측정대상
Drive System
MAP SensorAir Flow SensorCAS / CPSAccelerometer
Pressure sensorHot Film MembraneHall SensorAccelerometer
흡기관압력
흡입공기량
엔진속도
Misfire오검출방지
Safety Syatem
TPMSIR SensorAngular Rate sensorYaw Rate SensorCrash Sensor
Pressure SensorIR SensorAngular Rate sensorYaw Rate SensorAccelerometer
타이어 압력
추돌방지
Roll-over,PitchSuspensionAirbag
Comfort /ConvenienceSystem
Air Quality SensorAircon SensorAccelerometer
Gas SensorPressure SensorAccelerometer
공기청정도
Compressure압력
차체진동
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Typical Micromachined Sensors for Vehicles
▶ Pressure Sensor
– MAP(Manifold Absolute Pressure) sensor, TPMS(Tire Pressure
Monitoring Sensor), Oil pressure, Brake,…
▶ Acceleration Sensor
– Airbag sensor, ABS, ECS,…
▶ Angular Velocity Sensor
- Yaw Rate Sensor, Navigation,…
▶ Air-Flow Sensor
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Micromachined Pressure Sensors for Vehicles
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Spec. of Pressure Sensors for Vehicles
System Parameter Pressure range Type
Engine control : 10
Manifold absolute pressureTurbo boost pressureBarometric pressure(altitude)EGR pressureFuel pressureFuel vapor pressureMass air flowCombustion pressureExhaust gas pressureSecondary air pressure
100 kPa200 kPa100 kPa7.5 psi-450 kPa15 Psi-450 kPa15 in H2O100Bar, 16.7 Mpa100 kPa100 kPa
AbsoluteAbsoluteAbsoluteGageGageGageDifferentialDifferentialGageGage
Elect transmission : 2Transmission oil pressureVacuum modulation
80 Psi100 kPa
GageAbsolute
Idle speed control : 1AC clutch sensor/switchPower steering pressure
300-500 Psi500 Psi
AbsoluteAbsolute
Elect power steering : 1(also elect assisted)
Hydraulic pressure 500 Psi Absolute
Antiskid brakes/ : 2traction control
Brake pressureFluid level
500 Psi12 in H2O
AbsoluteGage
Air bags : 1 Bag pressure 7.5 Psi Gage
Suspension : 1 Pneumatic spring pressure 1 MPa Absolute
Security/keyless entry : 1 Passenger compartment pressure 100 kPa Absolute
HVAC (climate control) : 1 Air flow (PC) Compressor pressure 300-500 Psi Absolute
Driver information : 9
oil pressureFuel levelOil leverCoolant pressureCoolant levelWindshield washer levelTransmission oil levelTire pressureBattery fluid level
80 Psi15 in H2O15 in H2O200 kPa24 in H2O12 in H2O12 in H2O50 Psi1-2 in below
GageGageGageGageGageGageGageGage/absoluteOptical
Memory seat : 1 Lumbar pressure 7.5 Psi Gage
Multiplex/diagnostics : 1 Multiple usage of sensors
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Micromachined Pressure Sensors
[piezoresistive] [capacitive]
Conventional Conventional
SOISOI CeramicCeramic 3C-SiC3C-SiC
Al
Diaphragm
SiO2
Piezoresistor
Pyrex glass
Glass bonding
Pressure sensor chip
Ta-N strain gaugeSi substrate
SiO2
AlAu
Protector for overpressure
3C-SiC piezoresistor Wire
Package
TiW/Au
SDB SOI
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Micromachined Acceleromters for Vehicles
적용분야 가속도 범위 MEMS기술
1. Misfire용 ±5 g Surface,Bulk
2. Airbag용 ±50~150 g Surface,Bulk
3. Suspension용 ±1~±2 g Surface,Bulk
4. Shock Absorber ±15 g Surface,Bulk
5. ABS용 ±1~±2 g Surface,Bulk
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Micromachined Accelerometer
• Piezoelectric type(mechanical) • Piezoresistive type(bulk) • Capacitive type(bulk)
• Capacitive type(surface-lateral) • Capacitive type(surface-vertical) • Capacitive type(lateral)
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Micromachined Angular Velocity
Roll
Traction force
Bounce
Yaw
Pitch
Side force
Vehicle motion Vehicle motion
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Micromachined Air-Flow Sensors
(a) (b)
Pt-RTD
Microheater
0
100
200
300
400
500
600
700
0.3 0.6 0.9
Inpu t pow e r[W ]
Tem
pera
ture
[℃
]
Fab r i c a te d me mbrane and t re nc h ( S O I w a fe r )
Fab r ic a te d me mbrane (S O I w a fe r )
Not h in g (S i )
Fab r ic a te d me mbrane (S i )
(a) Cross-sectional structure and (b) characteristics of integrated Pt-RTD and micro-heater
(a) (b)
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