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2022年03月01日

自動車の半導体

テーマ：自動車・交通(1697)

カテゴリ：自動車メカ、部品

　動力源が内燃機関か電動機かに関係なく、自動車の各機能が電動化していった。

　今や軽乗用車でさえ、パワーステアリングもパワーウインドウもフルオートエアコンも装備している。それらは下記の記事に記載されるように半導体を備えている。
　省燃費も安全運転支援システムも半導体なしには成り立たない。
　現代の自動車は半導体なしには成立しない。
　そんなことは分かっているという人は多いかもしれないが、半導体の供給不足が組立ラインを頻繁に止めることは想像しなかったに違いない。
　　　　　

 なぜクルマには半導体が必要なのか？ 　
どうなるクルマと半導体のミライ

2022年2月17日 ITmedia ビジネスオンライン
　改めていうまでもないのだが、EVやハイブリッド車は当然として、純エンジン車にとっても半導体は欠かせない部品だ。

　例えばクリーンディーゼルでは、1回の燃焼に5回前後の燃料噴射を行ない、燃料を有効に使ってトルクを引き出し燃費も向上させながら 排気ガスを出来る限りクリーンな状態に近付ける という芸当をやっている。

　ミリ秒単位の制御とはいえ、コンピュータにとっては造作もないことだ。むしろそれに対応する燃料噴射装置の方が大変な忙しさだろう。

ガソリンエンジンでも複数回の燃料噴射を行なうし、その上スパークプラグの点火タイミング、吸排気カムシャフトのスプロケットを位相させてバルブタイミングを調整している。しかもその時点での車速やエンジン回転数や水温、油温にスロットル開度、さらにはアクセルペダルを踏み込む勢い（加速度）まで読み取ってドライバーの加速要求を判断し、必要な制御を行なうのだ。　　　

　その上、 変速機の制御とも組み合わせて協調させる ことにより、スムーズで省燃費な走りを実現している。このためにはさぞかし高性能なコンピュータが必要だと思われるかもしれないが、ECUは専用機なので今どきのPCと比べれば、演算能力の高さはそれほど要求されないようだ。

　ECUだけに半導体が使われているのではなく、電子部品のほぼ全てに半導体が採用されている 。ADAS（先進運転支援システム）の衝突被害軽減ブレーキや車線逸脱警告に使われているカメラに組み込まれているイメージセンサーやレーザーセンサー、ミリ波レーダー発信機も半導体によって構成されている。

　それ以外でも、例えば パワーウインドウのモーターにはワンタッチ操作を可能にし、トルク制御を行うためにマイコンが組み込まれている。

　　…　　（略）　　…
　　　　　

　半導体がクルマの随所に盛り込まれるようになったのは、機能を増やしていったためだけでなく、車内中に走る配線であるワイヤーハーネスを簡素化して、重量増を抑えようとしたことも大きい。アナログ時代はハーネスだけで100キログラムを超える高級車も出現したが、 デジタル信号によりシリアル接続が可能になったことで、部品ごとに独立したハーネスから解放され、大幅な軽量化を実現させている。

　スロットルバルブとアクセルペダルは、現在ワイヤーケーブルではなく、電気信号に変換して伝達しているのはご存知だろう。今やブレーキやステアリング操作さえも ドライブ・バイ・ワイヤーへとシフトし始めている。これによって、複雑で自由な制御が可能になる。 これも半導体を利用しているからこそ実現できた技術だ。

　ヘッドライトユニットさえもモジュール化されて、ALH（アダプティブLEDヘッドライト＝配光特性を複雑に組み合わせてハイビームでも対向車ドライバーに眩（まぶ）しさを感じさせない）など、ボディの末端にまで半導体が組み込まれている。

　　…　　（略）　　…

●半導体の正体とは何だ

　　…　　（略）　　…

　半導体は電子部品であり、その種類は無数にあるが、機能により大きく3つに大別することができる。 1つはトランジスタで、信号や電流を増幅する 役割を持っている。

2つめはスイッチングで、電流を流したり遮断したりする 機能がある。EVやハイブリッドの駆動モーターの電流を制御するインバーターに使われるのが、このスイッチングだ。

3つめはダイオード、これは電流を整える もので回路内の電気の流れを整えるほか、交流電流を直流に変換する場合などに利用される。光源として完全に普及したLED（発光ダイオード）も半導体の一種だ。

　トランジスタ、ダイオード、さらには電子回路として必要なコンデンサや抵抗、そして配線までもシリコンウェハー上に焼き込んだ集積回路がIC で、アナログ回路として利用されるほか、デジタルな信号へと変換してCPUへ伝達するなどECU内で中継的な役割を果たしている。

ICの機能を盛り込んだ回路をより微細化して作り上げたのがLSI （大規模集積回路）で、パソコンやスマホ、クルマのECUなどに使われる演算処理を行なうCPUは代表的なLSIだ。近年は微細化により省電力化や高効率化が著しく、PCやスマホの性能が加速度的に上昇している。

　ただし車載用の半導体は環境条件が厳しく、さらに地域によっては立ち往生することで乗員の生命が脅かされる可能性もあるため、まず何よりも 信頼性、耐久性が重要で、半導体チップの高性能化は優先順位としては低い。

●原料、材料、製造装置の多くで
　日本製が未だ優位

　　…　　（略）　　…

●クルマのECUの進化は今後、
　二極化の流れ

　現時点ではエンジンECUに加え、車種によって室内装備用やシャーシ用にECUを搭載し、それぞれを通信させてさらにその末端にあるマイコンまで信号を送って制御している。今後は、より高度な制御を実現するためにどう進化させていくか、興味深いところである。

　今後の車内ネットワークの進化の方向性の提案は、大きく2つに分かれている。 一つは高性能なECUを核にしてネットワークを構築するプラン だ。1つあるいは2つのHPC（ハイパフォーマンスコンピュータ）を用意して、その先には中継用のECUを介して末端のマイコンを制御する。

もう一つのアイデアは、マイコンの高性能化によりメインのECUの負担を減らす考え だ。マイコンのセキュリティ性を高めることで、ECUとしての能力も与えることが可能になる。

　　―　　引用終り　　―
　　　　　

　自動車というモビリティツールを多面的な効率面から総合的に制御しようとすると電子化、電動化は避けて通ることができない。
　これからは自動車メーカーも、エンジン部品と違い他の用途でも使える半導体を、もっと大切にすることだろう。

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最終更新日 2022年03月01日 16時00分07秒
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