Hvorfor bruge ultralydssensorer til automotive design assistance?

I mange år har ultralydssensorer været meget brugt i personbiler. For eksempel kan et ultralydsparkeringssystem hjælpe køretøjer med at opdage omgivende genstande, når det parkerer ved lave hastigheder. Derudover er kick-åbning af bagagerummet og indbrudsalarm to nye anvendelser af ultralyd 

Ultralyds parkeringssystem

Ultralydsparkeringsassistent kaldes også parkeringsassistentsystem, parkeringsvejledningssystem og bakgehjælp. Disse systemer kan spænde fra blot at registrere omgivende genstande og advare føreren med lyd til automatisk parkering næsten uden menneskelig betjening. Normalt har disse systemer 4-16 sensorer, smart installeret rundt om kroppen for at give den nødvendige detektionsdækning.

   Ingeniører, der designer disse typer applikationer, bør kigge efter integrerede kredsløb. Hvilket drev ultralydsafstandssensor (sendere), mens den modtager, konditionerer og behandler ultralydsekkoer, der bestemmer afstanden mellem objekter og køretøjer. For eksempel kan den pålideligt detektere International Organization for Standardization (ISO) pæle op til 5 meter væk (polyvinylchlorid (PVC) rør, der bruges til ultralyd parkeringsassistance som en præstationsstandard). Enheden har også bestået strenge tests for elektrostatisk afladning (ESD) og høj strømindsprøjtning (BCI), som er rutinetest under udviklingen af ​​ultralydsparkeringsassistentsystemer.

Da originalt udstyr står over for at øge antallet af ultralydssensorer pr. køretøj, vil prisen på ultralydsparkeringsassistance fortsætte med at stige i de næste par år. De kan give en konkurrencedygtig omkostningsstruktur for store leverandører.

Fælles krav til ultralydsparkeringsassistentmoduler omfatter:

Ÿ Evnen til at detektere genstande fra 30 cm til 5 meter.

Ÿ Tidskommando interface (TCI) eller lokalt sammenkoblingsnetværk (LIN) kommunikation forbundet fra modulet til den lokale elektroniske kontrolenhed eller direkte forbundet til kropskontrolmodulet (BCM) (buskonfiguration).

For at imødekomme behovene for autonome køretøjer vil detektionsstandarderne for kort- og langdistanceobjekter blive strengere. Fra 2025, ultralydsmoduler sensor skal være i stand til at detektere genstande i en afstand på 10 cm til 7 meter. Halvlederleverandørers forbedringer i analog front-end (AFE) følsomhed og drevmetoder er afgørende for at opfylde disse detektionsafstandskrav.

TCI og LIN er de to mest almindelige kommunikationsgrænseflader i ultralydsparkeringshjælpesystemer i dag. Men med forbedringen af ​​de visuelle behandlingsegenskaber af automotive advanced driver assistance system (ADAS), forventes det, at højere hastighedsprotokoller såsom perifer sensor interface (PSI) 5, Distributed System Interface (DSI) 3 eller Controller Area Network (CAN) vil blive anvendt til at transmittere en stor mængde ultralydsekkodata.

Spark bagagerummet op

Den kick-opening trunk kaldes også det smarte trunk åbningssystem. Denne funktion gør det muligt for bilejeren at placere sine fødder under den bagerste kofanger, uden at bruge hænderne, og behøver kun at sparke med foden for at åbne bilens bagagerum.

Det traditionelle bagagerumssystem med kick-åbning bruger en kapacitiv sensorstrimmel placeret i bunden af ​​kofangeren. Men mange billeverandører udforsker brugen af ​​ultralydssensorteknologi i denne applikation, og nogle systemer er blevet masseproduceret. Sammenlignet med kapacitiv sensing er fordelen ved ultralydsafstandssensor dens pålidelighed og robusthed under påvirkning af miljøfaktorer som snavs og vand. Kapacitiv sensor er meget følsom over for miljøfaktorer. Hvis kroppen er snavset, fungerer denne funktion muligvis ikke korrekt. .

 

Fælles krav til ultralydsløsninger til sparkeåbningssystemer omfatter:

 

Ÿ Evnen til at detektere genstande fra 15 cm til 1 meter

Ÿ Lav hvilestrøm

Ÿ Arbejd normalt under 12V bilbatteristrømforsyning

Lad os introducere disse krav én efter én.

 

Genstandsregistrering fra 15 cm til 1 meter

En af udfordringerne ved at bruge ultralydsteknologi til at åbne bagagerummet er detektionsområdet med kort rækkevidde. En ultralydssensors evne til nøjagtigt at detektere nærfeltsobjekter afhænger af sensorens kvalitet og sensorens specifikationer, kørselsmetoden og -designet og ydeevnen af ​​modtagestien (AFE og digital behandling).

 

Højkvalitetssensorer, såsom Muratas MA58MF14-7N, har mere stabil og pålidelig dæmpning eller 'ringning' under sensorexcitation. Ved at vælge højkvalitetssensorer kan dæmpningens længde reduceres, og dæmpningens stabilitet kan forudsiges mere præcist.

 

Metoden og designet af ultralydssensordriveren vil i væsentlig grad påvirke ultralydsdæmpningsperioden og kurven. I kick-open trunk-applikationer, der kræver near-field-ydeevne, hvilket anbefaler at bruge en transformerdrevtopologi. det er et eksempel på et skematisk diagram af et transformerdrev.

 

Når transformatoren bruges til at øge strømforsyningsspændingen for at aktivere sensoren, er dæmpningskurven mere stabil og målbar, hvilket gør detektionsydelsen af ​​tætte objekter bedre.

 

Endelig vil ydeevnen af ​​AFE og digital behandling også påvirke detekteringen af ​​objekter på korte og lange afstande. For eksempel har den en støjsvag forstærker, er udstyret med et programmerbart tidsvarierende forstærkningstrin og er indlejret med en 12-bit successiv tilnærmelsesregister analog-til-digital-konverter. Den støjsvage forstærker kan reducere støjen fra det modtagne signal, og den tidsvarierende forstærkningskarakteristik af den programmerbare forstærkerforstærker kan realisere anvendelsen af ​​en mindre forstærkning til nærfeltsobjekter og en større forstærkning til fjernfeltsobjektdetektion. Du kan gemme indstillingen af ​​forstærkningskurven i registret i den elektrisk slettebare programmerbare read-only memory (EEPROM).

Lav hvilestrøm

 

Siden ultralydsmodulets transducersensor  skal betjenes, når bilen er slukket, når kicket er tændt, systemets hvilestrøm er meget vigtig, hvilket er en ydeevne, som OEM'er er meget bekymrede over. De har en dvaletilstand med et strømforbrug på 9 til 1500 μA, som kan bruges intermitterende for at få hele systemets strømforbrug til at nå det nødvendige niveau.

 

Arbejd normalt under 12V bilbatteristrømforsyning

PGA460-Q1-enheden bruges til at arbejde fra et indgangsspændingsområde på 6V til 28V. I kick-open bagagerumsapplikationer er enheden direkte forbundet til bilbatteriet. Passende eksterne komponentbeskyttelsesforanstaltninger, såsom transient voltage suppression (TVS) dioder, hjælper med at beskytte enheden mod batteritransienter og omvendt batteristrøm.

 

Alarm til registrering af indtrængen

I Europa er indbrudsalarm en valgfri enhed til forbrugere, når de køber en bil eller installerer efter køb af en bil. Når bilen er standset og parkeret, vil disse alarmer bruge ultralydssensorer til at registrere enhver bevægelse i bilen. Denne alarm bruges som backup-system til hovedalarmsystemet. Bevæger der sig børn eller kæledyr i bilen, vil der blive udsendt alarm. Ifølge de ekstra tyveri- og sikkerhedsgarantier får forbrugere ofte forsikringsrabatter, fordi deres køretøjer har denne funktion.

De fleste systemer bruger en eller to ultralydssendere og en eller to modtagere. Ultralydssensorer såsom PGA460-Q1 kan drive og modtage en sender og en modtager, så en eller to PGA460-Q1-enheder kan være påkrævet.