Perché utilizzare i sensori a ultrasuoni per l'assistenza alla progettazione automobilistica?

Per molti anni, i sensori a ultrasuoni sono stati ampiamente utilizzati nelle autovetture. Ad esempio, il sistema di parcheggio a ultrasuoni può aiutare i veicoli a rilevare gli oggetti circostanti quando parcheggiano a bassa velocità. Inoltre, l'apertura del bagagliaio e l'allarme anti-intrusione sono due applicazioni emergenti degli ultrasuoni 

Sistema di parcheggio ad ultrasuoni

L'assistenza al parcheggio a ultrasuoni è anche chiamata sistema di assistenza al parcheggio, sistema di guida al parcheggio e assistenza alla retromarcia. Questi sistemi possono variare dal semplice rilevamento di oggetti circostanti e allerta il conducente con il suono al parcheggio automatico quasi senza alcun intervento umano. Di solito, questi sistemi hanno da 4 a 16 sensori, sapientemente installati attorno al corpo per fornire la copertura di rilevamento richiesta.

   Gli ingegneri che stanno progettando questi tipi di applicazioni dovrebbero cercare circuiti integrati. Quale guida sensore di distanza a ultrasuoni (trasmettitori) mentre riceve, condiziona ed elabora gli echi ultrasonici che determinano la distanza tra oggetti e veicoli. Ad esempio, può rilevare in modo affidabile i pali dell'Organizzazione Internazionale per la Standardizzazione (ISO) fino a 5 metri di distanza (tubi di cloruro di polivinile (PVC) utilizzati per l'assistenza al parcheggio a ultrasuoni come standard di prestazione). Il dispositivo ha inoltre superato rigorosi test di scarica elettrostatica (ESD) e di iniezione ad alta corrente (BCI), che sono test di routine durante lo sviluppo di sistemi di assistenza al parcheggio a ultrasuoni.

Poiché gli equipaggiamenti originali devono aumentare il numero di sensori a ultrasuoni per veicolo, il costo dell'assistenza al parcheggio a ultrasuoni continuerà ad aumentare nei prossimi anni. Possono fornire una struttura di costi competitiva per i fornitori ad alto volume.

I requisiti comuni per i moduli di assistenza al parcheggio a ultrasuoni includono:

Ÿ La capacità di rilevare oggetti da 30 cm a 5 metri.

Ÿ Comunicazione Time Command Interface (TCI) o rete di interconnessione locale (LIN) collegata dal modulo all'unità di controllo elettronica locale o direttamente collegata al modulo di controllo della carrozzeria (BCM) (configurazione bus).

Per soddisfare le esigenze dei veicoli autonomi, gli standard di rilevamento degli oggetti a breve e lunga distanza diventeranno più severi. A partire dal 2025, Il sensore dei moduli ad ultrasuoni dovrà essere in grado di rilevare oggetti a una distanza compresa tra 10 cm e 7 metri. I miglioramenti apportati dai fornitori di semiconduttori alla sensibilità del front-end analogico (AFE) e ai metodi di azionamento sono fondamentali per soddisfare questi requisiti di distanza di rilevamento.

TCI e LIN sono oggi le due interfacce di comunicazione più comuni nei sistemi di assistenza al parcheggio a ultrasuoni. Tuttavia, con il miglioramento delle capacità di elaborazione visiva del sistema avanzato di assistenza alla guida (ADAS) automobilistico, si prevede che verranno applicati protocolli a velocità più elevata come l'interfaccia del sensore periferico (PSI) 5, l'interfaccia del sistema distribuito (DSI) 3 o Controller Area Network (CAN) verranno applicati per trasmettere una grande quantità di dati di eco ultrasonici.

Apri il bagagliaio

Il bagagliaio con apertura a calcio è anche chiamato sistema di apertura del bagagliaio intelligente. Questa funzione consente al proprietario dell'auto di posizionare i piedi sotto il paraurti posteriore, senza usare le mani, e di dover solo calciare il piede per aprire il bagagliaio dell'auto.

Il tradizionale sistema di apertura del bagagliaio utilizza una striscia di sensori capacitivi situata nella parte inferiore del paraurti. Ma molti fornitori automobilistici stanno esplorando l’uso della tecnologia di rilevamento a ultrasuoni in questa applicazione e alcuni sistemi sono stati prodotti in serie. Rispetto al rilevamento capacitivo, il vantaggio del sensore di distanza a ultrasuoni è la sua affidabilità e robustezza sotto l'influenza di fattori ambientali come sporco e acqua. Il sensore capacitivo è molto sensibile ai fattori ambientali. Se la carrozzeria è sporca, questa funzione potrebbe non funzionare correttamente. .

 

I requisiti comuni per le soluzioni a ultrasuoni per i sistemi di apertura a calcio includono:

 

Ÿ La capacità di rilevare oggetti da 15 cm a 1 metro

Ÿ Bassa corrente di riposo

Ÿ Funziona normalmente con l'alimentazione della batteria dell'auto da 12 V

Introduciamo questi requisiti uno per uno.

 

Rilevamento oggetti da 15 cm a 1 metro

Una delle sfide legate all'utilizzo della tecnologia a ultrasuoni per aprire il bagagliaio è il raggio di rilevamento a corto raggio. La capacità di un sensore a ultrasuoni di rilevare con precisione oggetti in campo vicino dipende dalla qualità del sensore e dalle specifiche del sensore, dal metodo di guida e dal design e dalle prestazioni del percorso di ricezione (AFE ed elaborazione digitale).

 

I sensori di alta qualità, come MA58MF14-7N di Murata, presentano un'attenuazione o 'suono' più stabile e affidabile durante l'eccitazione del sensore. Selezionando sensori di alta qualità, la lunghezza dell'attenuazione può essere ridotta e la stabilità dell'attenuazione può essere prevista in modo più accurato.

 

Il metodo e il design del driver del sensore a ultrasuoni influenzeranno in modo significativo il periodo e la curva di attenuazione degli ultrasuoni. Nelle applicazioni trunk kick-open che richiedono prestazioni in campo vicino, si consiglia di utilizzare una topologia di azionamento del trasformatore. è un esempio di diagramma schematico di un azionamento del trasformatore.

 

Quando il trasformatore viene utilizzato per aumentare la tensione di alimentazione per attivare il sensore, la curva di attenuazione è più stabile e misurabile, migliorando le prestazioni di rilevamento di oggetti vicini.

 

Infine, le prestazioni dell'AFE e dell'elaborazione digitale influenzeranno anche il rilevamento di oggetti a breve e lunga distanza. Ad esempio, è dotato di un amplificatore a basso rumore, è dotato di uno stadio di guadagno variabile nel tempo programmabile ed è integrato con un convertitore analogico-digitale con registro ad approssimazioni successive a 12 bit. L'amplificatore a basso rumore può ridurre il rumore del segnale ricevuto e la caratteristica di guadagno variabile nel tempo dell'amplificatore a guadagno programmabile può realizzare l'applicazione di un guadagno minore per oggetti in campo vicino e un guadagno maggiore per il rilevamento di oggetti in campo lontano. È possibile memorizzare l'impostazione della curva di guadagno nel registro della memoria di sola lettura programmabile cancellabile elettricamente (EEPROM).

Bassa corrente di riposo

 

Dal momento che Il sensore del trasduttore del modulo a ultrasuoni  deve essere azionato quando l'auto è spenta quando il calcio è acceso, la corrente di riposo del sistema è molto importante, che è una prestazione di cui gli OEM sono molto preoccupati. Hanno una modalità di sospensione con un consumo di corrente da 9 a 1500 μA, che può essere utilizzata in modo intermittente per far sì che il consumo di corrente dell'intero sistema raggiunga il livello necessario.

 

Funziona normalmente con l'alimentazione della batteria dell'auto da 12 V

Il dispositivo PGA460-Q1 viene utilizzato per funzionare con un intervallo di tensione di ingresso compreso tra 6 V e 28 V. Nelle applicazioni con apertura del bagagliaio, il dispositivo è collegato direttamente alla batteria dell'auto. Misure adeguate di protezione dei componenti esterni, come i diodi di soppressione della tensione transitoria (TVS), aiutano a proteggere il dispositivo dai transitori della batteria e dalla corrente inversa della batteria.

 

Allarme rilevamento intrusioni

In Europa, l'allarme antintrusione è un dispositivo opzionale per i consumatori al momento dell'acquisto di un'auto o dell'installazione dopo l'acquisto di un'auto. Quando l'auto è ferma e parcheggiata, questi allarmi utilizzeranno sensori a ultrasuoni per rilevare qualsiasi movimento nell'auto. Questo allarme viene utilizzato come sistema di backup per il sistema di allarme principale. Se nell'auto si muovono bambini o animali domestici verrà emesso un allarme. Secondo le garanzie antifurto e di sicurezza aggiuntive, i consumatori spesso ottengono sconti assicurativi perché i loro veicoli hanno questa caratteristica.

La maggior parte dei sistemi utilizza uno o due trasmettitori a ultrasuoni e uno o due ricevitori. I sensori a ultrasuoni come PGA460-Q1 possono pilotare e ricevere un trasmettitore e un ricevitore, quindi potrebbero essere necessari uno o due dispositivi PGA460-Q1.