多年以來,超聲波感應(yīng)器在乘用車上應(yīng)用廣泛如超聲波停車輔助可幫助車輛在低速停車時(shí)檢測周圍物體。此外,踢腳開啟后備箱和入侵檢測報(bào)警則是超聲波傳感器的兩個(gè)新興應(yīng)用。
超聲波停車輔助系統(tǒng)
超聲波停車輔助也被稱為停車輔助系統(tǒng)、停車引導(dǎo)系統(tǒng)和倒車輔助。這些系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)從簡單地檢測周圍物體并通過聲音警示駕駛員,到幾乎沒有人為操作的自動(dòng)停車。通常,這些系統(tǒng)擁有4-16個(gè)感應(yīng)器,巧妙地圍繞車身安裝,以提供所需的檢測覆蓋。
設(shè)計(jì)這些類型應(yīng)用的工程師應(yīng)尋求驅(qū)動(dòng)超聲波傳感器(發(fā)射器)的集成電路,同時(shí)接收、調(diào)節(jié)和處理確定物體與車輛距離的超聲回波。例如,PGA460-Q1能夠可靠地檢測距離最遠(yuǎn)為5米的國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)桿(用于超聲波停車輔助的聚氯乙烯(PVC)管作為性能標(biāo)準(zhǔn))。該器件還通過了嚴(yán)格的靜電放電(ESD)和大電流注入(BCI)測試,即在進(jìn)行超聲波停車輔助系統(tǒng)開發(fā)時(shí)的常規(guī)測試。
由于原始設(shè)備制造商(OEMs)面臨每輛車需要增加超聲波感應(yīng)器數(shù)量的需求,超聲波停車輔助的成本壓力將在未來數(shù)年持續(xù)增加。而PGA460-Q1則能夠?yàn)楦弋a(chǎn)量的一級供應(yīng)商提供具有競爭力的成本結(jié)構(gòu)。
超聲波停車輔助模塊的常見要求,包括:
從30厘米到5米的物體檢測的能力。
時(shí)間指令接口(TCI)或者從模塊連接到局部電子控制單元或直接連接到車身控制模塊(BCM)(總線配置)的局域互連網(wǎng)絡(luò)(LIN)通信。
為滿足自動(dòng)駕駛汽車的需求,短距離和長距離物體檢測標(biāo)準(zhǔn)將變得更加嚴(yán)格。從2025年開始,超聲波模塊將必須能夠檢測距離在10厘米到7米的物體。半導(dǎo)體供應(yīng)商在模擬前端(AFE)敏感度和驅(qū)動(dòng)方法的改進(jìn)對于滿足這些檢測距離的要求至關(guān)重要。
TCI和LIN是當(dāng)今超聲波停車輔助系統(tǒng)中最常見的兩種通信接口。然而,隨著汽車高級駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)視覺處理能力的提高,預(yù)計(jì)外圍感應(yīng)器接口(PSI)5、分布式系統(tǒng)接口(DSI)3或控制器局域網(wǎng)(CAN)等更高速協(xié)議將被應(yīng)用來傳送大量的超聲回波數(shù)據(jù)。
踢腳開啟后備箱
踢腳開啟后備箱也稱為智能后備箱開啟系統(tǒng)。該功能使車主將腳放在后保險(xiǎn)杠下方,無需使用雙手,僅需踢腳動(dòng)作就能打開汽車后備箱。
傳統(tǒng)的踢腳開啟后備箱系統(tǒng)使用位于保險(xiǎn)杠底部的電容式感應(yīng)條。但許多汽車一級供應(yīng)商正在探索使用超聲波感應(yīng)技術(shù)在這一應(yīng)用上,一些系統(tǒng)已經(jīng)批量生產(chǎn)。與電容式感應(yīng)相比,超聲波感應(yīng)的優(yōu)勢是在污垢和水等環(huán)境因素影響下的可靠性和堅(jiān)固性,電容式感應(yīng)對環(huán)境因素非常敏感,如果車身被弄臟,該功能可能就無法正常使用。
針對踢腳開啟系統(tǒng)的超聲波解決方案常見要求包括:
從15厘米到1米處檢測物體的能力
低靜態(tài)電流
在12V汽車電池供電下正常工作
讓我們逐一介紹這些要求。
距離15厘米到1米的物體檢測
使用超聲波感應(yīng)技術(shù)于踢腳開啟后備箱的挑戰(zhàn)之一是近距離檢測范圍。超聲波感應(yīng)器精確檢測近場物體的能力取決于感應(yīng)器的質(zhì)量和傳感器的規(guī)格、驅(qū)動(dòng)方法和設(shè)計(jì)以及接收路徑(AFE和數(shù)字處理)的性能。
高品質(zhì)的傳感器,如Murata的MA58MF14-7N,在傳感器激發(fā)階段具有更穩(wěn)定可靠的衰減或“振鈴”。通過選擇高品質(zhì)的傳感器,可以減少衰減的時(shí)間長度,更準(zhǔn)確地預(yù)測衰減的穩(wěn)定性。
傳感器驅(qū)動(dòng)器的方法和設(shè)計(jì)將顯著影響超聲波衰減周期和曲線。在需要近場性能的踢腳開啟后備箱應(yīng)用中,TI建議使用變壓器驅(qū)動(dòng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖4是使用PGA460-Q1的變壓器驅(qū)動(dòng)原理圖示例。
圖4:PGA460-Q1變壓器驅(qū)動(dòng)原理圖
當(dāng)使用變壓器增加電源電壓激活傳感器時(shí),衰減曲線更加穩(wěn)定可測,使得近距離物體檢測性能更優(yōu)。
最后,AFE和數(shù)字處理的性能也會影響近距離和遠(yuǎn)距離的物體檢測。例如,PGA460-Q1具有低噪聲放大器,配有可編程時(shí)變增益級,嵌入12位逐次逼近寄存器模數(shù)轉(zhuǎn)換器。低噪聲放大器可以減少接收信號的噪聲,并且可編程增益放大器的時(shí)變增益特性可以實(shí)現(xiàn)對近場物體應(yīng)用較小增益和對遠(yuǎn)場物體檢測應(yīng)用較大增益。您可以將寄存器中的增益曲線設(shè)置存儲在電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)中。
低靜態(tài)電流
由于踢腳開啟超聲波感應(yīng)器必須在汽車熄火的情況下運(yùn)行,所以系統(tǒng)靜態(tài)電流很重要,是OEM很關(guān)注的性能。PGA460-Q1具有?500μA電流消耗的睡眠模式,可以間歇地使用該模式,使整個(gè)系統(tǒng)的電流消耗達(dá)到必要水平。
在12V汽車電池供電下正常工作
PGA460-Q1器件用于從6V至28V的輸入電壓范圍工作。在踢腳開啟后備箱應(yīng)用中,PGA460-Q1器件直接連接到汽車電池。適當(dāng)?shù)耐獠拷M件保護(hù)措施,例如瞬態(tài)電壓抑制(TVS)二極管有助于保護(hù)器件免受電池瞬態(tài)和反向電池電流的影響。
入侵檢測報(bào)警
在歐洲,入侵檢測報(bào)警是消費(fèi)者在購車時(shí)的可選設(shè)備或在購車后安裝。當(dāng)汽車熄火和停靠時(shí),這些報(bào)警器將使用超聲波感應(yīng)器來檢測車內(nèi)的任何移動(dòng)。該報(bào)警用作主報(bào)警系統(tǒng)的后備系統(tǒng),如果兒童或?qū)櫸镌谲噧?nèi)移動(dòng),也會發(fā)出報(bào)警。根據(jù)由于已經(jīng)有附加的防盜和安全保障,消費(fèi)者時(shí)常會因其車輛擁有這項(xiàng)功能而獲得保險(xiǎn)折扣。
大多數(shù)系統(tǒng)使用一到兩個(gè)超聲波發(fā)射器和一到兩個(gè)接收器。超聲波感應(yīng)器如PGA460-Q1可以驅(qū)動(dòng)和接收一個(gè)發(fā)射器和一個(gè)接收器,因此可能需要一到兩個(gè)PGA460-Q1器件。
總結(jié)
盡管這三種應(yīng)用場景是最常使用超聲波感應(yīng)器,一級供應(yīng)商和原始設(shè)備制造商還在開發(fā)鷗翼車門,盲點(diǎn)偵測系統(tǒng)以及前向主動(dòng)避撞系統(tǒng)等附加應(yīng)用。
審核編輯:郭婷
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