自動車の電力需要がエネルギー効率とイノベーションを推進

車両がスマートになるほど、エネルギー効率の必要性が高まります。自動運転車が現在直面している課題は、自律走行に必要な膨大な電力です。車載センサーは大量の電力を消費し、車載コンピューティングは瞬時の運転判断をサポートするために絶えず計算を行っています。

毎秒何ギガバイトものデータが生成されるため、電力需要が高まります。そのため、サーバーやスマートフォンと異なり、自動車の電力使用量は燃費やEVの走行距離に影響するため、現代の自動車はサーバーやスマートフォンと同様にエネルギー消費を賢く管理する必要があります。

自動車のあらゆる機能がパワーを競い合う

典型的な自動車は、数十年にわたってより多くの電力を消費するようになりました。車内での娯楽にラジオやテープレコーダーだけしか装備できなかった時代は終わり、パワーウィンドウやロックが標準装備となりました。リアビューカメラを備えた基本的な先進運転支援システム（ADAS）でさえ、今では標準装備（必須装備）となっており、控えめな新車のダッシュボードでさえ、NASAのミッションコントロールのコンソールのように見えるようになっている。

GPS、衛星ラジオ、オンボードメディアストレージを組み合わせると、平均的な車両の電力要件は急速に増加します。これには、自動運転車両に必要なすべての電子コンテンツとコンピューティング機能は言うまでもなく、低レベルの自律性さえも含まれていません。自動車のアーキテクチャには、エンジン、シャーシ、安全機能、乗客のエンターテイメントをサポートするために必要な組み込み電子システムが満載されています。

エンジン制御ユニット (ECU) の形のエンジン電子機器は、現代の自動車全体に分散されており、排出ガス、点火、冷却、スロットル、燃料噴射などの機能を制御します。これらのECUは、トラクション コントロール、電子ブレーキ配分、アンチロック ブレーキ、駐車支援などを網羅するシャーシ エレクトロニクス サブシステムと通信する必要があります。パッシブセーフティシステムには、道路上での衝突やその他の事故が発生した場合のエアバッグ制御と展開、緊急ブレーキ、坂道の下り坂の制御のための電子部品も必要です。

それほど重要ではありませんが、自動車に標準装備されているのは、自動気候制御、電動シート調整、自動環境制御、自動ワイパーなどの乗客快適機能や、あらゆるエンターテイメント システムやナビゲーション システムです。これらはすべて「インフォテインメント」システムの傘下にあります。

車両がよりインテリジェントになるにつれて、こうした電子機器のコンテンツはすべて進化し、増加しています。一方、ADASなどのシステムは、ヘッドアップ ディスプレイや車内ジェスチャー認識を組み込むことで、さらに電子機器に依存するようになっています。電子機器や機能が増えても、必ずしも電力が増えるわけではありません。スマートフォンが機能を追加しながらエネルギー効率を高めてきたように、自動車もエネルギー効率を高めることができます。

自動車データは効率的に移動・保存する必要がある

車内の電力消費を削減する機会は、現代の自動車をよりスマートで自律的にするために必要な、メモリやストレージデバイス、センサー、有線と無線の両方の接続性などの多くの電子部品の中にあります。

レベル5の完全な自動運転が広く普及するには長い時間がかかりますが、ドライバー監視システム、アダプティブ クルーズ コントロール、車線維持、自動ブレーキなどの形で実現されるレベル2およびレベル3の自動運転には、より多くのデータが必要となり、メモリとデータ ストレージも増えます。システムがますます複雑になり、車内でより多くのコンピューティングが行われるようになったとしても、電力効率の高いメモリは、車両全体のエネルギー使用量を削減する役割を果たします。

より大容量のメモリと高速処理を必要とする機能では、LPDDR4X/5Xを採用してパフォーマンスと電力のバランスをとることができます。これは、人工知能対応アプリケーションを実行するレベル4およびレベル5の自動運転車の実現に近づくにつれて、 高いレベルの機能安全を満たす。NORフラッシュは、車両内のデバイスを通じて少量のデータを格納し、「瞬時オン」要件をサポートするのに最適で、キーをイグニッションに回すまで電力が消費されません。

大容量ストレージの場合、eMMCや ユニバーサル フラッシュ ストレージ (UFS) を使用するなどの他のユース ケース向けに最適化されたNANDフラッシュ ベースのデバイスにインフォテインメント データを保存できます。SSDを導入すると、ミッションクリティカルなデータの可用性と信頼性を優先するインテリジェンスが組み込まれた情報ストレージ デバイスを統合することもできます。信頼性は可動部品がないことによるところが大きく、これは電力使用プロファイルの改善にも貢献します。

メモリとストレージ以外にも、接続性とセンサーは現代の自動車に遍在しています。自動車は車輪の付いたデータ センターであるだけでなく、車載デバイスが相互に通信し、周囲の環境と通信する必要がある独自のモノのインターネット (IoT) エコシステムでもあります。特に、自動車が完全に自律走行である場合はなおさらです。

小さなセンサーでも電力が必要であり、センサーの数が多いとエネルギー消費量は膨大になります。現代の自動車には、車両の状態を監視したり、運転中や駐車中に障害物を検知したり、さらにはドライバーの健康状態を監視したりするセンサーが満載です。低電力の赤外線温度センサーに必要な電力は約15mWで、それほど多くないように思えます。しかし、自動車の設計における重要な課題は、エネルギーが必然的に熱として失われることです。この失われたエネルギーの一部は、特に組み込みシステムで電源として機能する熱電発電機 (TEG) を使用して廃熱を回収することで回収できます。ソリッドステートであるため、メンテナンスがほとんど必要なく、センサーへの電力供給によってシステム全体のパフォーマンスが向上します。

自動車用イーサネットは、エネルギー効率においても重要な役割を果たし、車両内のすべてのデータを必要な場所に移動するのに役立ちます。 Power over Ethernetにより、追加の電源が不要になり、車両内の配線が削減され、通常の速度で車両デバイス間のデータ転送が可能になります。一方、エネルギー効率の高いイーサネットは、エンジンがオフのときにネットワーク セグメントをオフにし、エンジンがオンのときにエネルギー効率の高いイーサネットを使用することで、電力消費を削減します。

熱を逃がせない場合は車から降りてください

自動車の電力消費を改善するもう1つの方法は、比較的大きなエネルギー バンドギャップを持つシリコン カーバイド (SiC) や窒化ガリウム (GaN) などの材料を使用するワイド バンドギャップ半導体 (WBG) を使用することです。SiCとGaNはシリコンと比較して、自動車を含む過酷な環境において大幅なパフォーマンスの向上と優れた動作効率および信頼性を実現します。

抵抗器技術 も自動車のエネルギー効率に重要な役割を果たします。たとえば、ワイド端子抵抗器は、デバイスのワイド端子を介して多くの熱を放散するため、優れた電力対サイズ比を備えています。一方、パルス耐性抵抗器の「ホットスポット削減設計」は、定常状態でより多くの電力を放散できることを意味します。

自動車の電力管理には複数の方法がある

現代の自動車におけるエネルギー効率は今や必須条件であり、自動車環境でデータを移動するために必要なコンピューティング、メモリ、ストレージ、または接続を選択する際には、電力消費が常に重要な要素となります。車両がスマートになるほど、消費電力の削減、エネルギーの収集、熱管理の改善を通じて、エネルギー効率を優先して管理する必要があります。