چرا از سنسورهای اولتراسونیک برای کمک به طراحی خودرو استفاده می کنیم؟

سال هاست که سنسورهای اولتراسونیک به طور گسترده در خودروهای سواری استفاده می شود. به عنوان مثال، سیستم پارک اولتراسونیک می تواند به وسایل نقلیه کمک کند تا اشیاء اطراف را در هنگام پارک کردن با سرعت پایین تشخیص دهند. علاوه بر این، باز کردن در صندوق عقب و هشدار تشخیص نفوذ دو کاربرد نوظهور اولتراسونیک هستند. 

سیستم پارک اولتراسونیک

کمک پارک اولتراسونیک به سیستم کمک پارک، سیستم هدایت پارک و کمک معکوس نیز گفته می شود. این سیستم‌ها می‌توانند از تشخیص ساده اشیاء اطراف و هشدار دادن به راننده با صدا تا پارک خودکار و تقریباً بدون هیچ عملیات انسانی متغیر باشند. معمولاً این سیستم ها دارای 4 تا 16 حسگر هستند که به طور هوشمندانه در اطراف بدن نصب می شوند تا پوشش تشخیص مورد نیاز را فراهم کنند.

   مهندسان در حال طراحی این نوع برنامه ها باید به دنبال مدارهای مجتمع باشند. کدام درایو سنسور فاصله اولتراسونیک (فرستنده) در حالی که در حال دریافت، تهویه و پردازش پژواک اولتراسونیک است که فاصله بین اشیا و وسایل نقلیه را تعیین می کند. به عنوان مثال، می تواند به طور قابل اعتمادی قطب های سازمان بین المللی استاندارد (ISO) را تا فاصله 5 متری تشخیص دهد (لوله های پلی وینیل کلراید (PVC) که برای کمک پارکینگ اولتراسونیک به عنوان استاندارد عملکرد استفاده می شود). این دستگاه همچنین آزمایش‌های تخلیه الکترواستاتیک دقیق (ESD) و تزریق جریان بالا (BCI) را پشت سر گذاشته است که آزمایش‌های معمولی در طول توسعه سیستم‌های کمک پارک اولتراسونیک هستند.

از آنجایی که تجهیزات اصلی با افزایش تعداد سنسورهای اولتراسونیک در هر وسیله نقلیه روبرو هستند، هزینه کمک پارک اولتراسونیک در چند سال آینده همچنان افزایش خواهد یافت. آنها می توانند یک ساختار هزینه رقابتی برای تامین کنندگان با حجم بالا فراهم کنند.

الزامات متداول برای ماژول های کمک پارک اولتراسونیک عبارتند از:

Ÿ قابلیت تشخیص اجسام از 30 سانتی متر تا 5 متر.

Ÿ رابط فرمان زمان (TCI) یا شبکه اتصال محلی (LIN) که از ماژول به واحد کنترل الکترونیکی محلی متصل می شود یا مستقیماً به ماژول کنترل بدنه (BCM) متصل می شود (پیکربندی اتوبوس).

برای پاسخگویی به نیازهای وسایل نقلیه خودران، استانداردهای تشخیص برای اجسام کوتاه و دور سخت تر خواهد شد. با شروع از سال 2025، سنسور ماژول های اولتراسونیک باید قادر به تشخیص اجسام در فاصله 10 سانتی متری تا 7 متری باشد. بهبودهای تامین کنندگان نیمه هادی در حساسیت آنالوگ جلویی (AFE) و روش های درایو برای برآوردن این الزامات فاصله تشخیص بسیار مهم است.

TCI و LIN امروزه رایج ترین رابط های ارتباطی در سیستم های کمک پارک اولتراسونیک هستند. با این حال، با بهبود قابلیت‌های پردازش بصری سیستم کمک راننده پیشرفته خودرو (ADAS)، انتظار می‌رود که پروتکل‌های با سرعت بالاتری مانند رابط حسگر محیطی (PSI) 5، رابط سیستم توزیع شده (DSI) 3 یا شبکه منطقه کنترل‌کننده (CAN) برای انتقال حجم زیادی از داده‌های اکو اولتراسونیک اعمال شوند.

با لگد در صندوق عقب را باز کنید

به صندوق عقب بازشو سیستم بازکن هوشمند صندوق عقب نیز گفته می شود. این عملکرد به مالک خودرو این امکان را می دهد که بدون استفاده از دست، پاهای خود را زیر سپر عقب قرار دهد و فقط برای باز کردن در صندوق عقب خودرو باید پا را لگد بزند.

سیستم سنتی صندوق عقب از یک نوار حسگر خازنی استفاده می کند که در پایین سپر قرار دارد. اما بسیاری از تامین کنندگان خودرو در حال بررسی استفاده از فناوری سنجش فراصوت در این کاربرد هستند و برخی از سیستم ها به تولید انبوه رسیده اند. در مقایسه با حسگر خازنی، مزیت سنسور فاصله اولتراسونیک قابلیت اطمینان و استحکام آن تحت تأثیر عوامل محیطی مانند خاک و آب است. سنسور خازنی به عوامل محیطی بسیار حساس است. اگر بدن کثیف باشد، این عملکرد ممکن است به درستی کار نکند. .

 

الزامات متداول برای محلول های اولتراسونیک برای سیستم های باز کردن ضربه شامل موارد زیر است:

 

Ÿ قابلیت تشخیص اجسام از 15 سانتی متر تا 1 متر

Ÿ جریان ساکن کم

Ÿ به طور معمول تحت منبع تغذیه باتری 12 ولت ماشین کار کنید

اجازه دهید این الزامات را یکی یکی معرفی کنیم.

 

تشخیص اجسام از 15 سانتی متر تا 1 متر

یکی از چالش های استفاده از فناوری اولتراسونیک برای باز کردن صندوق عقب، برد تشخیص کوتاه برد است. توانایی سنسور اولتراسونیک در تشخیص دقیق اجسام میدان نزدیک به کیفیت سنسور و مشخصات سنسور، روش رانندگی و طراحی و عملکرد مسیر دریافت (AFE و پردازش دیجیتال) بستگی دارد.

 

سنسورهای باکیفیت، مانند MA58MF14-7N موراتا، تضعیف یا 'زنگ' پایدارتر و قابل اعتمادتری در هنگام تحریک حسگر دارند. با انتخاب سنسورهای با کیفیت می توان طول میرایی را کاهش داد و پایداری تضعیف را با دقت بیشتری پیش بینی کرد.

 

روش و طراحی درایور سنسور اولتراسونیک به طور قابل توجهی بر دوره تضعیف اولتراسونیک و منحنی تاثیر می گذارد. در برنامه‌های ترانک باز که نیاز به عملکرد میدان نزدیک دارند، استفاده از توپولوژی درایو ترانسفورماتور توصیه می‌شود. این نمونه ای از نمودار شماتیک درایو ترانسفورماتور است.

 

هنگامی که از ترانسفورماتور برای افزایش ولتاژ منبع تغذیه برای فعال کردن سنسور استفاده می شود، منحنی تضعیف پایدارتر و قابل اندازه گیری است و عملکرد تشخیص اشیاء نزدیک را بهتر می کند.

 

در نهایت، عملکرد AFE و پردازش دیجیتال نیز بر تشخیص اجسام در فواصل کوتاه و طولانی تأثیر می گذارد. به عنوان مثال، دارای یک تقویت کننده کم نویز، مجهز به یک مرحله بهره متغیر با زمان قابل برنامه ریزی است، و با یک مبدل آنالوگ به دیجیتال ثبت تقریب 12 بیتی تعبیه شده است. تقویت‌کننده کم نویز می‌تواند نویز سیگنال دریافتی را کاهش دهد و مشخصه بهره متغیر با زمان تقویت‌کننده بهره قابل برنامه‌ریزی می‌تواند کاربرد یک بهره کوچک‌تر برای اجسام میدان نزدیک و بهره بزرگ‌تر برای تشخیص اشیاء میدان دور را درک کند. می توانید تنظیم منحنی بهره را در رجیستر در حافظه فقط خواندنی قابل برنامه ریزی قابل پاک کردن الکتریکی (EEPROM) ذخیره کنید.

جریان ساکن کم

 

از آنجایی که سنسور مبدل ماژول اولتراسونیک  باید در زمانی که ماشین خاموش می‌شود کار کند، جریان خاموش سیستم بسیار مهم است، این عملکردی است که OEM ها بسیار نگران آن هستند. دارای حالت خواب با جریان مصرفی 9 تا 1500 میکروآمپر هستند که می توان از آن به صورت متناوب استفاده کرد تا جریان مصرفی کل سیستم به حد لازم برسد.

 

به طور معمول تحت منبع تغذیه باتری ماشین 12 ولت کار کنید

دستگاه PGA460-Q1 برای کار از محدوده ولتاژ ورودی 6 ولت تا 28 ولت استفاده می شود. در برنامه های باز کردن صندوق عقب، دستگاه مستقیماً به باتری خودرو متصل می شود. اقدامات حفاظتی مناسب اجزای خارجی، مانند دیودهای سرکوب کننده ولتاژ گذرا (TVS)، به محافظت از دستگاه در برابر تغییرات گذرا باتری و معکوس کردن جریان باتری کمک می کند.

 

هشدار تشخیص نفوذ

در اروپا، هشدار تشخیص نفوذ یک دستگاه اختیاری برای مصرف کنندگان هنگام خرید خودرو یا نصب پس از خرید خودرو است. هنگامی که خودرو متوقف و پارک می شود، این آلارم ها از سنسورهای اولتراسونیک برای تشخیص هرگونه حرکت در خودرو استفاده می کنند. این دزدگیر به عنوان یک سیستم پشتیبان برای سیستم دزدگیر اصلی استفاده می شود. اگر کودکان یا حیوانات خانگی در ماشین جابجا شوند، زنگ هشدار داده می شود. با توجه به ضمانت های ضد سرقت و ایمنی اضافی، مصرف کنندگان اغلب از تخفیف بیمه برخوردار می شوند زیرا وسایل نقلیه آنها این ویژگی را دارد.

اکثر سیستم ها از یک یا دو فرستنده اولتراسونیک و یک یا دو گیرنده استفاده می کنند. حسگرهای اولتراسونیک مانند PGA460-Q1 می توانند یک فرستنده و یک گیرنده را هدایت و دریافت کنند، بنابراین ممکن است یک یا دو دستگاه PGA460-Q1 مورد نیاز باشد.