لماذا نستخدم أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية للمساعدة في تصميم السيارات؟

لسنوات عديدة، تم استخدام أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية على نطاق واسع في سيارات الركاب. على سبيل المثال، يمكن لنظام ركن السيارة بالموجات فوق الصوتية أن يساعد المركبات على اكتشاف الأشياء المحيطة عند ركنها بسرعات منخفضة. بالإضافة إلى ذلك، فإن فتح صندوق الأمتعة وجهاز إنذار كشف التسلل هما تطبيقان ناشئان للموجات فوق الصوتية 

نظام وقوف السيارات بالموجات فوق الصوتية

يُطلق على نظام المساعدة على ركن السيارة بالموجات فوق الصوتية أيضًا اسم نظام مساعدة ركن السيارة ونظام توجيه ركن السيارة ونظام المساعدة في الرجوع للخلف. يمكن أن تتراوح هذه الأنظمة من مجرد اكتشاف الأشياء المحيطة وتنبيه السائق بالصوت إلى ركن السيارة تلقائيًا دون أي عملية بشرية تقريبًا. عادة، تحتوي هذه الأنظمة على 4-16 جهاز استشعار، يتم تركيبها بذكاء حول الجسم لتوفير تغطية الكشف المطلوبة.

   يقوم المهندسون بتصميم هذه الأنواع من التطبيقات ويجب البحث عن دوائر متكاملة. التي تدفع جهاز استشعار المسافة بالموجات فوق الصوتية (أجهزة الإرسال) أثناء استقبال وتكييف ومعالجة أصداء الموجات فوق الصوتية التي تحدد المسافة بين الأشياء والمركبات. على سبيل المثال، يمكنه اكتشاف أعمدة المنظمة الدولية للمعايير (ISO) بشكل موثوق على مسافة تصل إلى 5 أمتار (أنابيب البولي فينيل كلورايد (PVC) المستخدمة للمساعدة في ركن السيارة بالموجات فوق الصوتية كمعيار للأداء). وقد اجتاز الجهاز أيضًا اختبارات صارمة للتفريغ الكهروستاتيكي (ESD) وحقن التيار العالي (BCI)، وهي اختبارات روتينية أثناء تطوير أنظمة مساعدة ركن السيارة بالموجات فوق الصوتية.

نظرًا لأن المعدات الأصلية تواجه زيادة في عدد أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية لكل مركبة، فإن تكلفة المساعدة في ركن السيارة بالموجات فوق الصوتية ستستمر في الزيادة في السنوات القليلة المقبلة. يمكنهم توفير هيكل تكلفة تنافسي للموردين ذوي الحجم الكبير.

تتضمن المتطلبات الشائعة لوحدات مساعدة ركن السيارة بالموجات فوق الصوتية ما يلي:

Ÿ القدرة على كشف الأجسام من 30 سم إلى 5 أمتار.

Ÿ واجهة أمر الوقت (TCI) أو اتصال شبكة الاتصال البيني المحلية (LIN) المتصلة من الوحدة بوحدة التحكم الإلكترونية المحلية أو المتصلة مباشرة بوحدة التحكم في الجسم (BCM) (تكوين الناقل).

ولتلبية احتياجات المركبات ذاتية القيادة، ستصبح معايير الكشف عن الأجسام القصيرة والطويلة أكثر صرامة. ابتداءً من عام 2025، يجب أن تكون وحدات الاستشعار بالموجات فوق الصوتية قادرة على اكتشاف الأشياء على مسافة تتراوح من 10 سم إلى 7 أمتار. تعد تحسينات موردي أشباه الموصلات في حساسية الواجهة الأمامية التناظرية (AFE) وطرق القيادة أمرًا بالغ الأهمية لتلبية متطلبات مسافة الكشف هذه.

TCI وLIN هما أكثر واجهات الاتصال شيوعًا في أنظمة المساعدة على ركن السيارة بالموجات فوق الصوتية اليوم. ومع ذلك، مع تحسين قدرات المعالجة المرئية لنظام مساعدة السائق المتقدم للسيارات (ADAS)، فمن المتوقع أن يتم تطبيق بروتوكولات عالية السرعة مثل واجهة الاستشعار الطرفية (PSI) 5 أو واجهة النظام الموزعة (DSI) 3 أو شبكة منطقة التحكم (CAN) لنقل كمية كبيرة من بيانات الصدى بالموجات فوق الصوتية.

ركلة فتح الجذع

يُطلق على صندوق فتح الصندوق أيضًا اسم نظام فتح صندوق الأمتعة الذكي. تتيح هذه الوظيفة لصاحب السيارة وضع قدميه تحت المصد الخلفي، دون استخدام يديه، ويحتاج فقط إلى ركل القدم لفتح صندوق السيارة.

يستخدم نظام صندوق الأمتعة التقليدي الذي يفتح بالركلة شريط مستشعر سعوي موجود في الجزء السفلي من المصد. لكن العديد من موردي السيارات يستكشفون استخدام تكنولوجيا الاستشعار بالموجات فوق الصوتية في هذا التطبيق، وقد تم إنتاج بعض الأنظمة بكميات كبيرة. بالمقارنة مع الاستشعار بالسعة، فإن ميزة مستشعر المسافة بالموجات فوق الصوتية هي موثوقيته وقوته تحت تأثير العوامل البيئية مثل الأوساخ والماء. مستشعر السعة حساس جدًا للعوامل البيئية. إذا كان الجسم متسخًا، فقد لا تعمل هذه الوظيفة بشكل صحيح. .

 

تتضمن المتطلبات الشائعة لحلول الموجات فوق الصوتية لأنظمة فتح الركلة ما يلي:

 

Ÿ القدرة على كشف الأجسام من 15 سم إلى 1 متر

§ تيار هادئ منخفض

Ÿ العمل بشكل طبيعي تحت مصدر طاقة بطارية السيارة 12 فولت

دعونا نقدم هذه المتطلبات واحدة تلو الأخرى.

 

كشف الأجسام من 15 سم إلى 1 متر

أحد التحديات التي تواجه استخدام تقنية الموجات فوق الصوتية لفتح صندوق السيارة هو نطاق الكشف قصير المدى. تعتمد قدرة مستشعر الموجات فوق الصوتية على اكتشاف الأجسام القريبة بدقة على جودة المستشعر ومواصفات المستشعر وطريقة القيادة والتصميم وأداء مسار الاستقبال (AFE والمعالجة الرقمية).

 

تتمتع المستشعرات عالية الجودة، مثل MA58MF14-7N من Murata، بتوهين أو 'رنين' أكثر استقرارًا وموثوقية أثناء إثارة المستشعر. ومن خلال اختيار أجهزة استشعار عالية الجودة، يمكن تقليل طول التوهين، ويمكن التنبؤ باستقرار التوهين بشكل أكثر دقة.

 

ستؤثر طريقة وتصميم برنامج تشغيل المستشعر بالموجات فوق الصوتية بشكل كبير على فترة التوهين بالموجات فوق الصوتية والمنحنى. في تطبيقات قنوات الاتصال المفتوحة التي تتطلب أداءً قريب المدى، والتي توصي باستخدام طوبولوجيا محرك المحولات. إنه مثال على رسم تخطيطي لمحرك المحولات.

 

عندما يتم استخدام المحول لزيادة جهد مصدر الطاقة لتنشيط المستشعر، يكون منحنى التوهين أكثر استقرارًا وقابلية للقياس، مما يجعل أداء الكشف عن الأشياء القريبة أفضل.

 

وأخيرًا، سيؤثر أداء AFE والمعالجة الرقمية أيضًا على اكتشاف الأشياء على مسافات قصيرة وطويلة. على سبيل المثال، يحتوي على مضخم صوت منخفض الضوضاء، ومجهز بمرحلة كسب متغيرة بمرور الوقت قابلة للبرمجة، ومدمج بمحول تسجيل تقريبي متتابع 12 بت من التناظري إلى الرقمي. يمكن لمكبر الصوت منخفض الضوضاء أن يقلل من ضوضاء الإشارة المستقبلة، ويمكن لخاصية الكسب المتغير بمرور الوقت لمضخم الكسب القابل للبرمجة أن تحقق تطبيق كسب أصغر على الأجسام القريبة من المجال وكسب أكبر لاكتشاف الأجسام في المجال البعيد. يمكنك تخزين إعداد منحنى الكسب في السجل في ذاكرة القراءة فقط القابلة للمسح كهربائيًا والقابلة للبرمجة (EEPROM).

تيار هادئ منخفض

 

منذ يجب تشغيل مستشعر محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية  عند إيقاف تشغيل السيارة عند تشغيل الركلة، ويعتبر التيار الهادئ للنظام مهمًا جدًا، وهو الأداء الذي يهتم به مصنعو المعدات الأصلية بشدة. لديهم وضع السكون مع الاستهلاك الحالي من 9 إلى 1500 ميكرو أمبير، والذي يمكن استخدامه بشكل متقطع لجعل الاستهلاك الحالي للنظام بأكمله يصل إلى المستوى اللازم.

 

تعمل بشكل طبيعي تحت مصدر طاقة بطارية السيارة 12 فولت

يتم استخدام جهاز PGA460-Q1 للعمل من نطاق جهد الإدخال من 6 فولت إلى 28 فولت. في تطبيقات فتح صندوق السيارة، يتم توصيل الجهاز مباشرة ببطارية السيارة. تساعد إجراءات حماية المكونات الخارجية المناسبة، مثل الثنائيات لقمع الجهد العابر (TVS)، على حماية الجهاز من عابري البطارية والتيار العكسي للبطارية.

 

إنذار كشف التسلل

في أوروبا، يعد إنذار كشف التسلل جهازًا اختياريًا للمستهلكين عند شراء سيارة أو التثبيت بعد شراء السيارة. عندما تكون السيارة متوقفة ومتوقفة، ستستخدم هذه الإنذارات أجهزة استشعار بالموجات فوق الصوتية لاكتشاف أي حركة في السيارة. يستخدم هذا الإنذار كنظام احتياطي لنظام الإنذار الرئيسي. إذا تحرك أطفال أو حيوانات أليفة في السيارة، فسيتم إصدار إنذار. ووفقا للضمانات الإضافية المتعلقة بالحماية من السرقة والسلامة، غالبا ما يحصل المستهلكون على خصومات تأمينية لأن سياراتهم تتمتع بهذه الميزة.

تستخدم معظم الأنظمة جهاز إرسال أو اثنين بالموجات فوق الصوتية وجهاز استقبال واحد أو جهازي استقبال. يمكن لأجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية مثل PGA460-Q1 تشغيل واستقبال جهاز إرسال واستقبال، لذلك قد تكون هناك حاجة إلى جهاز واحد أو جهازين PGA460-Q1.