Proč používat ultrazvukové senzory pro automobilový design?

Po mnoho let se ultrazvukové senzory široce používají v osobních automobilech. Například ultrazvukový parkovací systém může pomoci vozidlům detekovat okolní objekty, když parkují nízkou rychlostí. Kromě toho, otevření kufru kopnutím a alarm detekce narušení jsou dvě nově se objevující aplikace ultrazvuku 

Ultrazvukový parkovací systém

Ultrazvukový parkovací asistent se také nazývá parkovací asistent, parkovací naváděcí systém a couvací asistent. Tyto systémy mohou sahat od pouhé detekce okolních objektů a upozorňování řidiče zvukem až po automatické parkování téměř bez lidské obsluhy. Obvykle mají tyto systémy 4-16 senzorů, chytře nainstalovaných kolem těla, aby poskytovaly požadované detekční pokrytí.

   Inženýři při navrhování těchto typů aplikací by měli hledat integrované obvody. Který pohon ultrazvukový snímač vzdálenosti (vysílače) při příjmu, úpravě a zpracování ultrazvukových ozvěn, které určují vzdálenost mezi objekty a vozidly. Dokáže například spolehlivě detekovat sloupy Mezinárodní organizace pro standardizaci (ISO) až na 5 metrů (polyvinylchloridové (PVC) trubky používané pro ultrazvukovou parkovací asistenci jako výkonnostní standard). Zařízení také prošlo přísnými testy elektrostatického výboje (ESD) a vysokoproudého vstřikování (BCI), což jsou rutinní testy při vývoji ultrazvukových parkovacích asistenčních systémů.

Vzhledem k tomu, že původní vybavení čelí nárůstu počtu ultrazvukových senzorů na vozidlo, budou náklady na ultrazvukový parkovací asistent v příštích několika letech nadále narůstat. Mohou poskytnout konkurenceschopnou nákladovou strukturu pro velkoobjemové dodavatele.

Mezi běžné požadavky na moduly ultrazvukového parkovacího asistenta patří:

Ÿ Schopnost detekovat objekty od 30 cm do 5 metrů.

Ÿ Komunikace rozhraní časového příkazu (TCI) nebo místní propojovací sítě (LIN) připojená z modulu k místní elektronické řídicí jednotce nebo přímo připojená k řídicímu modulu karosérie (BCM) (konfigurace sběrnice).

Pro uspokojení potřeb autonomních vozidel se zpřísní standardy detekce objektů na krátké a dlouhé vzdálenosti. Počínaje rokem 2025 Ultrazvukové moduly senzoru budou muset být schopny detekovat objekty na vzdálenost 10 cm až 7 metrů. Zlepšení citlivosti analogového front-endu (AFE) a metod řízení u dodavatelů polovodičů jsou zásadní pro splnění těchto požadavků na detekční vzdálenost.

TCI a LIN jsou dnes dvě nejběžnější komunikační rozhraní v ultrazvukových parkovacích asistenčních systémech. Se zlepšením schopností vizuálního zpracování automobilového pokročilého systému podpory řidiče (ADAS) se však očekává, že pro přenos velkého množství ultrazvukových echo dat budou použity vysokorychlostní protokoly, jako je rozhraní periferního senzoru (PSI) 5, Distributed System Interface (DSI) 3 nebo Controller Area Network (CAN).

Otevřete kufr

Otevírací kufr se také nazývá systém chytrého otevírání kufru. Tato funkce umožňuje majiteli vozu umístit nohy pod zadní nárazník bez použití rukou a k otevření kufru vozu stačí kopnout nohou.

Tradiční systém otevírání kufru využívá kapacitní senzorový pás umístěný ve spodní části nárazníku. Mnoho dodavatelů pro automobilový průmysl však zkoumá použití technologie ultrazvukového snímání v této aplikaci a některé systémy byly sériově vyráběny. Ve srovnání s kapacitním snímáním je výhodou ultrazvukového snímače vzdálenosti jeho spolehlivost a robustnost pod vlivem faktorů prostředí, jako je špína a voda. Kapacitní snímač je velmi citlivý na okolní faktory. Pokud je tělo znečištěné, tato funkce nemusí fungovat správně. .

 

Společné požadavky na ultrazvuková řešení pro systémy otevírání kopnutím zahrnují:

 

Ÿ Schopnost detekovat objekty od 15 cm do 1 metru

Ÿ Nízký klidový proud

Ÿ Pracujte normálně pod 12V autobaterií

Pojďme si tyto požadavky představit jeden po druhém.

 

Detekce objektů od 15 cm do 1 metru

Jednou z výzev při použití ultrazvukové technologie k otevření kufru je dosah detekce krátkého dosahu. Schopnost ultrazvukového senzoru přesně detekovat objekty v blízkém poli závisí na kvalitě senzoru a specifikacích senzoru, způsobu řízení a designu a výkonu přijímací cesty (AFE a digitální zpracování).

 

Vysoce kvalitní senzory, jako je Murata MA58MF14-7N, mají stabilnější a spolehlivější útlum nebo 'zvonění' při buzení senzoru. Výběrem kvalitních snímačů lze zkrátit délku útlumu a přesněji předvídat stabilitu útlumu.

 

Způsob a konstrukce budiče ultrazvukového snímače významně ovlivní periodu a křivku ultrazvukového útlumu. V aplikacích typu kick-open trunk, které vyžadují výkon v blízkosti pole, což doporučuje použití topologie měniče. je to příklad schematického nákresu transformátorového pohonu.

 

Při použití transformátoru ke zvýšení napájecího napětí pro aktivaci senzoru je křivka útlumu stabilnější a měřitelnější, takže detekční výkon blízkých objektů je lepší.

 

Konečně výkon AFE a digitálního zpracování ovlivní také detekci objektů na krátké a dlouhé vzdálenosti. Například má nízkošumový zesilovač, je vybaven programovatelným časově proměnným stupněm zesílení a je zabudován s 12bitovým analogově-digitálním převodníkem postupného aproximačního registru. Nízkošumový zesilovač může snížit šum přijímaného signálu a časově proměnná charakteristika zesílení programovatelného zesilovače může realizovat aplikaci menšího zisku na objekty v blízkém poli a většího zisku pro detekci objektů ve vzdáleném poli. Nastavení křivky zesílení můžete uložit do registru v elektricky vymazatelné programovatelné paměti pouze pro čtení (EEPROM).

Nízký klidový proud

 

Vzhledem k tomu, snímač ultrazvukového modulu  musí být provozován, když je vůz vypnutý, když je zapnutý kicker, klidový proud systému je velmi důležitý, což je výkon, který OEM velmi zajímá. Disponují režimem spánku s proudovým odběrem 9 až 1500 μA, který lze přerušovaně používat, aby se proudový odběr celého systému dostal na potřebnou úroveň.

 

Pracujte normálně pod 12V napájením z autobaterie

Zařízení PGA460-Q1 se používá pro práci v rozsahu vstupního napětí 6V až 28V. V aplikacích kick-open kufru je zařízení přímo připojeno k autobaterii. Vhodná opatření na ochranu externích součástí, jako jsou diody pro potlačení přechodného napětí (TVS), pomáhají chránit zařízení před přechodovými jevy baterie a zpětným proudem baterie.

 

Alarm detekce narušení

V Evropě je alarm detekce narušení volitelné zařízení pro spotřebitele při koupi auta nebo instalaci po koupi auta. Když auto stojí a zaparkuje, budou tyto alarmy pomocí ultrazvukových senzorů detekovat jakýkoli pohyb ve voze. Tento alarm se používá jako záložní systém pro hlavní alarmový systém. Pokud se v autě pohybují děti nebo domácí mazlíčci, spustí se alarm. Podle dodatečných záruk proti krádeži a bezpečnosti spotřebitelé často získávají slevy na pojištění, protože jejich vozidla mají tuto funkci.

Většina systémů používá jeden nebo dva ultrazvukové vysílače a jeden nebo dva přijímače. Ultrazvukové senzory, jako je PGA460-Q1, mohou řídit a přijímat vysílač a přijímač, takže může být zapotřebí jedno nebo dvě zařízení PGA460-Q1.