Mengapa menggunakan penderia ultrasonik untuk bantuan reka bentuk automotif?

Selama bertahun-tahun, sensor ultrasonik telah digunakan secara meluas dalam kereta penumpang. Sebagai contoh, sistem tempat letak kereta ultrasonik boleh membantu kenderaan mengesan objek di sekeliling apabila ia diletakkan pada kelajuan rendah. Di samping itu, tendang-membuka batang dan penggera pengesanan pencerobohan adalah dua aplikasi baru ultrasonik. 

Sistem tempat letak kereta ultrasonik

Bantuan letak kereta ultrasonik juga dipanggil sistem bantuan letak kereta, sistem bimbingan tempat letak kereta dan bantuan terbalik. Sistem ini boleh terdiri daripada hanya mengesan objek sekeliling dan memberi amaran kepada pemandu dengan bunyi kepada tempat letak kenderaan automatik tanpa operasi manusia. Biasanya, sistem ini mempunyai 4-16 sensor, dipasang dengan bijak di sekeliling badan untuk menyediakan liputan pengesanan yang diperlukan.

   Jurutera sedang mereka bentuk aplikasi jenis ini harus mencari litar bersepadu. memandu yang mana sensor jarak ultrasonik (pemancar) semasa menerima, menyejukkan dan memproses gema ultrasonik yang menentukan jarak antara objek dan kenderaan. Contohnya, ia boleh mengesan tiang International Organization for Standardization (ISO) dengan pasti sehingga 5 meter jauhnya (paip polivinil klorida (PVC) yang digunakan untuk bantuan tempat letak kereta ultrasonik sebagai standard prestasi). Peranti ini juga telah lulus ujian nyahcas elektrostatik (ESD) dan suntikan arus tinggi (BCI) yang ketat, yang merupakan ujian rutin semasa pembangunan sistem bantuan tempat letak kereta ultrasonik.

Memandangkan peralatan asal menghadapi peningkatan bilangan penderia ultrasonik setiap kenderaan, kos bantuan tempat letak kereta ultrasonik akan terus meningkat dalam beberapa tahun akan datang. Mereka boleh menyediakan struktur kos yang kompetitif untuk pembekal volum tinggi.

Keperluan biasa untuk modul bantuan tempat letak kereta ultrasonik termasuk:

Ÿ Keupayaan untuk mengesan objek dari 30 cm hingga 5 meter.

Ÿ Antara muka arahan masa (TCI) atau komunikasi rangkaian antara sambungan tempatan (LIN) yang disambungkan daripada modul ke unit kawalan elektronik tempatan atau disambungkan terus ke modul kawalan badan (BCM) (konfigurasi bas).

Untuk memenuhi keperluan kenderaan autonomi, piawaian pengesanan untuk objek jarak dekat dan jauh akan menjadi lebih ketat. Mulai tahun 2025, sensor modul ultrasonik perlu dapat mengesan objek pada jarak 10 cm hingga 7 meter. Penambahbaikan pembekal semikonduktor dalam sensitiviti dan kaedah pemacu analog front-end (AFE) adalah penting untuk memenuhi keperluan jarak pengesanan ini.

TCI dan LIN ialah dua antara muka komunikasi yang paling biasa dalam sistem bantuan tempat letak kereta ultrasonik hari ini. Walau bagaimanapun, dengan peningkatan keupayaan pemprosesan visual sistem bantuan pemandu lanjutan automotif (ADAS), adalah dijangka bahawa protokol berkelajuan tinggi seperti antara muka sensor persisian (PSI) 5, Antara Muka Sistem Teragih (DSI) 3 atau Rangkaian Kawasan Pengawal (CAN) akan digunakan untuk menghantar sejumlah besar data gema ultrasonik.

Tendang buka batangnya

Batang pembuka sepakan juga dipanggil sistem pembukaan batang pintar. Fungsi ini membolehkan pemilik kereta meletakkan kakinya di bawah bampar belakang, tanpa menggunakan tangan, dan hanya perlu menendang kaki untuk membuka batang kereta.

Sistem batang pembuka sepakan tradisional menggunakan jalur sensor kapasitif yang terletak di bahagian bawah bampar. Tetapi banyak pembekal automotif sedang meneroka penggunaan teknologi penderiaan ultrasonik dalam aplikasi ini, dan beberapa sistem telah dihasilkan secara besar-besaran. Berbanding dengan penderiaan kapasitif, kelebihan penderia jarak ultrasonik adalah kebolehpercayaan dan keteguhannya di bawah pengaruh faktor persekitaran seperti kotoran dan air. Sensor kapasitif sangat sensitif terhadap faktor persekitaran. Jika badan kotor, fungsi ini mungkin tidak berfungsi dengan baik. .

 

Keperluan biasa untuk penyelesaian ultrasonik untuk sistem pembukaan sepakan termasuk:

 

Ÿ Keupayaan untuk mengesan objek dari 15 cm hingga 1 meter

Ÿ Arus senyap rendah

Ÿ Bekerja seperti biasa di bawah bekalan kuasa bateri kereta 12V

Mari kita perkenalkan keperluan ini satu persatu.

 

Pengesanan objek dari 15 cm hingga 1 meter

Salah satu cabaran menggunakan teknologi ultrasonik untuk membuka batang adalah julat pengesanan jarak dekat. Keupayaan penderia ultrasonik untuk mengesan objek medan dekat dengan tepat bergantung pada kualiti penderia dan spesifikasi penderia, kaedah pemanduan dan reka bentuk serta prestasi laluan penerimaan (AFE dan pemprosesan digital).

 

Penderia berkualiti tinggi, seperti MA58MF14-7N Murata, mempunyai pengecilan atau 'dering' yang lebih stabil dan boleh dipercayai semasa pengujaan sensor. Dengan memilih penderia berkualiti tinggi, panjang pengecilan boleh dikurangkan, dan kestabilan pengecilan boleh diramalkan dengan lebih tepat.

 

Kaedah dan reka bentuk pemacu penderia ultrasonik akan mempengaruhi tempoh dan lengkung pengecilan ultrasonik dengan ketara. Dalam aplikasi batang kick-open yang memerlukan prestasi medan dekat, yang mengesyorkan menggunakan topologi pemacu pengubah. ia adalah contoh gambarajah skematik pemacu pengubah .

 

Apabila pengubah digunakan untuk meningkatkan voltan bekalan kuasa untuk mengaktifkan sensor, lengkung pengecilan lebih stabil dan boleh diukur, menjadikan prestasi pengesanan objek dekat lebih baik.

 

Akhir sekali, prestasi AFE dan pemprosesan digital juga akan menjejaskan pengesanan objek pada jarak dekat dan jauh. Sebagai contoh, ia mempunyai penguat hingar rendah, dilengkapi dengan peringkat perolehan pembolehubah masa yang boleh diprogramkan, dan dibenamkan dengan daftar penghampiran berturut-turut 12-bit penukar analog-ke-digital. Penguat hingar rendah boleh mengurangkan bunyi isyarat yang diterima, dan ciri perolehan perubahan masa bagi penguat perolehan boleh atur cara boleh merealisasikan penggunaan keuntungan yang lebih kecil pada objek medan dekat dan keuntungan yang lebih besar untuk pengesanan objek medan jauh. Anda boleh menyimpan tetapan keluk keuntungan dalam daftar dalam memori baca-sahaja boleh atur cara (EEPROM) yang boleh dipadam secara elektrik.

Arus senyap rendah

 

Sejak sensor transduser modul ultrasonik  mesti dikendalikan apabila kereta dimatikan apabila sepakan dihidupkan, arus senyap sistem adalah sangat penting, yang merupakan prestasi yang sangat dibimbangkan oleh OEM. Mereka mempunyai mod tidur dengan penggunaan semasa 9 hingga 1500 μA, yang boleh digunakan secara berselang-seli untuk menjadikan penggunaan semasa keseluruhan sistem mencapai tahap yang diperlukan.

 

Bekerja seperti biasa di bawah bekalan kuasa bateri kereta 12V

Peranti PGA460-Q1 digunakan untuk berfungsi dari julat voltan input 6V hingga 28V. Dalam aplikasi batang tendang buka, peranti disambungkan terus ke bateri kereta. Langkah perlindungan komponen luaran yang sesuai, seperti diod penindasan voltan sementara (TVS), membantu melindungi peranti daripada sementara bateri dan arus bateri terbalik.

 

Penggera pengesanan pencerobohan

Di Eropah, penggera pengesanan pencerobohan ialah peranti pilihan untuk pengguna apabila membeli kereta atau memasang selepas membeli kereta. Apabila kereta terhenti dan diletakkan, penggera ini akan menggunakan sensor ultrasonik untuk mengesan sebarang pergerakan di dalam kereta. Penggera ini digunakan sebagai sistem sandaran untuk sistem penggera utama. Jika kanak-kanak atau haiwan peliharaan bergerak di dalam kereta, penggera akan dikeluarkan. Mengikut tambahan jaminan anti-kecurian dan keselamatan, pengguna sering mendapat diskaun insurans kerana kenderaan mereka mempunyai ciri ini.

Kebanyakan sistem menggunakan satu atau dua pemancar ultrasonik dan satu atau dua penerima. Penderia ultrasonik seperti PGA460-Q1 boleh memandu dan menerima pemancar dan penerima, jadi satu atau dua peranti PGA460-Q1 mungkin diperlukan.