Chip en Sensor testen
7.1 De E-Fuse
Met de voortdurende ontwikkeling van slimme voertuigen en elektrificatie zijn er compacte, lichte, slimme en eenvoudig te installeren elektrische zekeringkasten ontstaan. Deze zogenaamde “smart fuse boxes” maken gebruik van technologieën zoals SiC en MOSFET eFuses, eSwitches en LIN-communicatie.
SiC E-Fuse van Microchip
De geëlektrificeerde architectuur van deze slimme fusebox biedt diverse voordelen. Zo hebben deze systemen een langere levensduur, vereisen ze minder bedrading, dragen ze bij aan gewichtsreductie van het voertuig en maken ze een intelligente stroomverdeling binnen het voertuig mogelijk.
Belangrijke eigenschappen van de slimme fusebox:
– Ze kunnen stroom- en spanningsmetingen uitvoeren.
– Ze bieden overspanningsbeveiliging, waarbij de uitgangsspanning wordt begrensd om vervolgschade te voorkomen.
– Ze beschikken over overstroombeveiliging: een eFuse kan de stroomkring razendsnel onderbreken wanneer de stroom ver boven de limiet uitstijgt – binnen slechts 150 microseconden.
– Bij oververhitting (bijvoorbeeld door overbelasting) schakelt de eFuse automatisch uit zodra een kritische temperatuur wordt overschreden, om zichzelf te beschermen.
– Ze blokkeren terugvloeiende stroom dankzij de omgekeerde spanning die door inductieve belastingen wordt opgewekt
7.2 Autonoom rijden en sensoren
Autonome voertuigen gebruiken een combinatie van sensoren en verwerkingssystemen om hun omgeving te begrijpen en rijbeslissingen te nemen. De mate waarin een voertuig zelfstandig kan rijden, wordt internationaal aangeduid met de SAE-autonomieniveaus, van 0 tot en met 5. Elk niveau beschrijft de rolverdeling tussen mens en machine in het rijproces.
Overzicht van de SAE-niveaus van autonoom rijden:
Level 0 – Geen automatisering:
De bestuurder voert alle rij taken zelf uit. Er kunnen wel waarschuwingen zijn, zoals een noodremwaarschuwing, maar het voertuig neemt geen controle over.
Aantal sensoren: 0–2 ultrasone sensoren of eenvoudige camera’s (bv. front camera voor waarschuwing).
• Level 1 – Rijsupport:
Het voertuig kan één enkele taak overnemen, zoals adaptieve cruise control of stuurassistentie. De bestuurder blijft verantwoordelijk voor het volledige rijgedrag.
Aantal sensoren: 1 radar + 1 frontcamera (soms aangevuld met 2–4 ultrasone parkeersensoren).
• Level 2 – Gedeeltelijke automatisering:
Het voertuig kan sturen én versnellen/remmen, maar de bestuurder moet actief toezicht houden en direct kunnen ingrijpen.
Aantal sensoren: 1 radar, 1 frontcamera, 8–12 ultrasone sensoren, 4–6 omgevingscamera’s (bijv. 360° zicht), soms lidar-optie.
• Level 3 – Voorwaardelijke automatisering:
In bepaalde omstandigheden kan het voertuig volledig zelfstandig rijden. De bestuurder moet wel beschikbaar blijven om in te grijpen wanneer het systeem dat aangeeft.
Aantal sensoren: 3–5 radars, 8–12 camera’s (inclusief DMS-camera op de bestuurder), 1–2 lidars, IMU, GPS met hoge precisie.
• Level 4 – Hoge automatisering:
Het voertuig kan zelfstandig rijden in specifieke situaties of afgebakende gebieden (zoals stadscentra of snelwegen), zonder tussenkomst van de bestuurder. In deze zones is ingrijpen niet nodig.
Aantal sensoren: 3+ lidars, 6+ radars, 10–20 camera’s (omgevings- en binnenin), ultrasone sensoren, IMU, redundante GPS, V2X-modules.
• Level 5 – Volledige automatisering:
Het voertuig rijdt volledig zelfstandig onder alle omstandigheden. Er is geen stuur, gaspedaal of bestuurder meer nodig.
Aantal sensoren: 4–6 lidars, 6+ radars, 12–30 camera’s, GPS met RTK-correctie, IMU, V2X, dubbele stroomvoorziening, fail over-systemen.
Om autonoom te kunnen rijden, gebruikt een voertuig dus een combinatie van verschillende sensoren. Camera’s herkennen rijstroken, verkeerslichten, voetgangers en andere voertuigen. Radar meet de afstand en snelheid van objecten, ook bij slecht weer of in het donker. Lidar gebruikt laserpulsen om een gedetailleerde 3D-omgeving in kaart te brengen en wordt vaak gebruikt bij voertuigen met hogere niveaus van autonomie. Ultrasone sensoren detecteren objecten op korte afstand, bijvoorbeeld bij parkeermanoeuvres. Daarnaast worden GPS en Inertial Measurement Units (IMU’s) gebruikt om de positie en beweging van het voertuig nauwkeurig te bepalen. Voor hogere niveaus van automatisering speelt ook V2X-communicatie (Vehicle-to-Everything) een belangrijke rol, waarbij het voertuig data uitwisselt met andere voertuigen, verkeerslichten en infrastructuur om beter te anticiperen op verkeerssituaties. Deze sensortechnologieën vormen samen de ruggengraat van autonome rijfunctionaliteit en evolueren naarmate de voertuigsystemen steeds intelligenter en veiliger worden.
7.3 LiDAR testen
LiDAR, een van de kerntechnologieën voor geavanceerde rijhulpsystemen (ADAS) en autonoom rijden, maakt gebruik van gepulseerde lasers om afstanden tot een doelwit zeer nauwkeurig te meten. Waar vroeger vooral grote, mechanisch roterende LiDAR-systemen werden gebruikt, verschuift de technologie tegenwoordig naar compactere solid-state versies. Deze bevatten meer geïntegreerde componenten en zijn kleiner van formaat, wat bijdraagt aan lagere productiekosten.
Automotive grade LiDAR sensor van RoboSense
Voor het testen van LiDAR-systemen is een DC-voeding noodzakelijk. Op de markt wordt hiervoor meestal een CV-regellus (Constant Voltage) gebruikt. Een bekend probleem daarbij is dat er bij het opstarten een forse stroom overshoot kan optreden. Omdat LiDAR-systemen zeer gevoelig zijn voor stroompieken, kan een te grote overshoot leiden tot onherstelbare schade aan de lasercomponenten.
Testuitdaging:
Aangezien LiDAR gebaseerd is op halfgeleidertechnologie, is het bijzonder kwetsbaar voor piekstromen bij het inschakelen van standaard DC-voedingen. Deze kunnen de laser permanent beschadigen.
Oplossing:
Een DC-voeding met een piekvermogen van +/-800 Wms biedt een betrouwbare testoplossing. Liefst uitgerust met een CC/CV-prioriteitsfunctie om stroomovershoot effectief te voorkomen, wat een veilige en nauwkeurige werking van de LiDAR mogelijk maakt. Een meer-kanaals opstelling kan interessant zijn voor simultaan testen.
7.4 EV Chip en sensoren (MEMS)
MEMS-sensoren (Micro-Electro-Mechanical Systems) spelen een cruciale rol in de werking en veiligheid van moderne elektrische voertuigen. Dankzij hun compacte formaat, lage energieverbruik en hoge nauwkeurigheid zijn ze ideaal voor integratie in diverse elektronische systemen van het voertuig. In een EV worden MEMS-sensoren onder andere gebruikt voor voertuigstabiliteit, navigatie, veiligheid, rijhulpsystemen (ADAS) en batterijbeheer.
Melexis MEMS sensor voor EV thermal management
MEMS-sensoren kunnen worden onderverdeeld in vijf hoofdtypes, elk met hun specifieke toepassingen:
Versnellingssensoren (accelerometers) meten de versnelling in één of meerdere richtingen. Ze zijn onmisbaar voor systemen zoals airbagactivering, elektronische stabiliteitscontrole (ESC) en het analyseren van het rijgedrag. Ook binnen het navigatiesysteem zorgen ze ervoor dat positiebepaling mogelijk blijft, zelfs wanneer het GPS-signaal wegvalt.
Gyroscopen meten de draaisnelheid rond een of meerdere assen. In combinatie met accelerometers leveren ze nauwkeurige gegevens voor navigatie en worden ze ingezet voor stabiliteitsbewaking, automatische rijstrookassistentie en autonome rijfuncties.
Druksensoren detecteren drukveranderingen en worden gebruikt in systemen zoals bandenspanningscontrole (TPMS), hydraulische rembekrachtiging en het batterijbeheersysteem (voor de monitoring van druk in accucellen of koelsystemen).
Akoestische MEMS, zoals microfoons, worden onder andere ingezet voor stemherkenning, communicatie met de bestuurder, en soms ook voor het detecteren van afwijkende geluiden of trillingen in kritieke componenten zoals elektromotoren.
Ten slotte zijn er MEMS-gebaseerde temperatuursensoren, die bijdragen aan het thermisch beheer van batterijen, aandrijflijncomponenten en het interieurklimaat van het voertuig.
Samen vormen deze MEMS-sensoren het zenuwstelsel van de moderne EV. Ze ondersteunen niet alleen basisfunctionaliteiten, maar ook geavanceerde functies zoals semi-autonoom rijden, foutdetectie en energiebesparing, wat ze tot een essentieel onderdeel maakt van de voertuigarchitectuur van de toekomst.
Bosch MEMS module met sensor en evaluatie circuit (ASIC)
Testen
Testmethodes voor MEMS in EV-toepassingen richten zich vooral op functionele prestaties, robuustheid en stabiliteit onder dynamische omstandigheden.
De MEMS-sensoren in een elektrische wagen worden onderworpen aan een reeks intensieve tests om te garanderen dat ze correct functioneren binnen het elektrische systeem van het voertuig, en bestand zijn tegen de ruwe elektrische en thermische omgeving van een EV. Tijdens het rijden en laden worden deze sensoren namelijk blootgesteld aan plotselinge stroompieken, hoge schakelfrequenties, en snelle spanningsveranderingen, vooral wanneer krachtige elektrische componenten zoals de motorcontroller, DC/DC-omvormers of het laadsysteem schakelen.
Daarom worden MEMS-sensoren getest op hun respons bij hoge stroom- en hoge snelheidsomstandigheden. Zo moet een versnellingssensor bijvoorbeeld betrouwbaar blijven functioneren tijdens abrupte acceleraties of noodmanoeuvres waarbij grote hoeveelheden stroom door het voertuig vloeien. Ook gyroscopen en temperatuursensoren moeten accuraat blijven onder thermische stress en elektromagnetische interferentie, die veroorzaakt kunnen worden door bijvoorbeeld regeneratief remmen of DC-snelladen.
De testopstellingen bootsen deze extreme omstandigheden na met behulp van Source Measure Units (SMU’s) die snelle spannings- en stroomveranderingen kunnen simuleren. Daarnaast worden elektrische invloeden zoals ruis en overshoot gecontroleerd gegenereerd om te beoordelen of de MEMS-componenten correct blijven functioneren zonder foutieve metingen of schade.
Verder worden duurzaamheids- en levensduurtests uitgevoerd, waarbij sensoren gedurende duizenden uren actief blijven onder typische EV-belastingen. De combinatie van mechanische trillingen, temperatuurcycli en elektrische stress wordt gebruikt om vroegtijdige defecten te detecteren.
De testprocedures zijn cruciaal om te garanderen dat de MEMS-sensoren betrouwbaar blijven werken gedurende de volledige levensduur van het voertuig, zelfs onder de meest veeleisende omstandigheden.
Itech 4 kwadrant grafische SMU
