Waarom ultrasone sensoren gebruiken voor hulp bij het ontwerpen van auto's?

Ultrasoonsensoren worden al jaren op grote schaal gebruikt in personenauto's. Een ultrasoon parkeersysteem kan voertuigen bijvoorbeeld helpen omringende objecten te detecteren wanneer ze met lage snelheid parkeren. Bovendien zijn het kick-openen van de kofferbak en het inbraakdetectiealarm twee opkomende toepassingen van ultrasoon geluid 

Ultrasoon parkeersysteem

Ultrasone parkeerhulp wordt ook wel parkeerhulpsysteem, parkeergeleidingssysteem en achteruitrijhulp genoemd. Deze systemen kunnen variëren van het eenvoudig detecteren van omringende objecten en het waarschuwen van de bestuurder met geluid tot automatisch parkeren met vrijwel geen menselijke handeling. Meestal beschikken deze systemen over 4 tot 16 sensoren, slim rond het lichaam geïnstalleerd om de vereiste detectiedekking te bieden.

   Ingenieurs die dit soort toepassingen ontwerpen, moeten op zoek gaan naar geïntegreerde schakelingen. Welke rit ultrasone afstandssensor (zenders) tijdens het ontvangen, conditioneren en verwerken van ultrasone echo's die de afstand tussen objecten en voertuigen bepalen. Het kan bijvoorbeeld op betrouwbare wijze palen van de International Organization for Standardization (ISO) detecteren tot op een afstand van 5 meter (polyvinylchloride (PVC) buizen die worden gebruikt voor ultrasone parkeerhulp als prestatienorm). Het apparaat heeft ook strenge tests voor elektrostatische ontlading (ESD) en hoge stroominjectie (BCI) doorstaan, routinetests tijdens de ontwikkeling van ultrasone parkeerhulpsystemen.

Omdat de originele uitrusting het aantal ultrasone sensoren per voertuig zal vergroten, zullen de kosten van ultrasone parkeerhulp de komende jaren blijven stijgen. Ze kunnen een concurrerende kostenstructuur bieden voor leveranciers met een groot volume.

Algemene vereisten voor ultrasone parkeerhulpmodules zijn onder meer:

Ÿ De mogelijkheid om objecten van 30 cm tot 5 meter te detecteren.

Ÿ Tijdopdrachtinterface (TCI) of lokaal interconnectienetwerk (LIN) communicatie aangesloten vanaf de module naar de lokale elektronische besturingseenheid of rechtstreeks aangesloten op de carrosseriecontrolemodule (BCM) (busconfiguratie).

Om aan de behoeften van autonome voertuigen te voldoen, zullen de detectienormen voor objecten over korte en lange afstanden strenger worden. Vanaf 2025, ultrasone modules sensor zal objecten moeten kunnen detecteren op een afstand van 10 cm tot 7 meter. De verbeteringen van leveranciers van halfgeleiders op het gebied van analoge front-end (AFE)-gevoeligheid en aandrijfmethoden zijn van cruciaal belang om aan deze detectieafstandsvereisten te voldoen.

TCI en LIN zijn tegenwoordig de twee meest voorkomende communicatie-interfaces in ultrasone parkeerhulpsystemen. Met de verbetering van de visuele verwerkingsmogelijkheden van het geavanceerde rijhulpsysteem (ADAS) voor de auto-industrie wordt echter verwacht dat snellere protocollen zoals perifere sensorinterface (PSI) 5, Distributed System Interface (DSI) 3 of Controller Area Network (CAN) zullen worden toegepast om een ​​grote hoeveelheid ultrasone echogegevens te verzenden.

Schop de kofferbak open

De kick-openende kofferbak wordt ook wel het slimme kofferbakopeningssysteem genoemd. Met deze functie kan de autobezitter zijn voeten onder de achterbumper plaatsen, zonder zijn handen te gebruiken, en hoeft hij alleen maar tegen de voet te trappen om de kofferbak van de auto te openen.

Het traditionele kofferbaksysteem met schopopening maakt gebruik van een capacitieve sensorstrip aan de onderkant van de bumper. Maar veel autoleveranciers onderzoeken het gebruik van ultrasone detectietechnologie in deze toepassing, en sommige systemen zijn in massa geproduceerd. Vergeleken met capacitieve detectie is het voordeel van een ultrasone afstandssensor de betrouwbaarheid en robuustheid ervan onder invloed van omgevingsfactoren zoals vuil en water. Capacitieve sensor is zeer gevoelig voor omgevingsfactoren. Als het lichaam vervuild is, werkt deze functie mogelijk niet goed. .

 

Algemene vereisten voor ultrasone oplossingen voor trapopeningsystemen zijn onder meer:

 

Ÿ De mogelijkheid om objecten van 15 cm tot 1 meter te detecteren

Ÿ Lage ruststroom

Ÿ Werk normaal onder een 12V auto-accuvoeding

Laten we deze vereisten één voor één introduceren.

 

Objectdetectie van 15 cm tot 1 meter

Een van de uitdagingen bij het gebruik van ultrasone technologie om de kofferbak open te trappen, is het detectiebereik op korte afstand. Het vermogen van een ultrasone sensor om objecten in het nabije veld nauwkeurig te detecteren, hangt af van de kwaliteit van de sensor en de specificaties van de sensor, de aandrijfmethode en het ontwerp, en de prestaties van het ontvangstpad (AFE en digitale verwerking).

 

Hoogwaardige sensoren, zoals Murata's MA58MF14-7N, hebben een stabielere en betrouwbaardere verzwakking of 'ringing' tijdens sensorexcitatie. Door sensoren van hoge kwaliteit te selecteren, kan de dempingsduur worden verkort en kan de stabiliteit van de demping nauwkeuriger worden voorspeld.

 

De methode en het ontwerp van de ultrasone sensordriver zullen de ultrasone verzwakkingsperiode en -curve aanzienlijk beïnvloeden. In kick-open trunk-toepassingen die prestaties in het nabije veld vereisen, wordt het gebruik van een transformatoraandrijftopologie aanbevolen. het is een voorbeeld van een schematisch diagram van een transformatoraandrijving.

 

Wanneer de transformator wordt gebruikt om de voedingsspanning te verhogen om de sensor te activeren, is de verzwakkingscurve stabieler en meetbaar, waardoor de detectieprestaties van nabije objecten beter worden.

 

Ten slotte zullen de prestaties van AFE en digitale verwerking ook van invloed zijn op de detectie van objecten op korte en lange afstanden. Het heeft bijvoorbeeld een versterker met weinig ruis, is uitgerust met een programmeerbare tijdsvariërende versterkingstrap en is ingebed met een 12-bits opeenvolgende benaderingsregister analoog-digitaalomzetter. De versterker met lage ruis kan de ruis van het ontvangen signaal verminderen, en de tijdsvariërende versterkingskarakteristiek van de versterker met programmeerbare versterking kan de toepassing realiseren van een kleinere versterking op objecten in het nabije veld en een grotere versterking voor objectdetectie in het verre veld. U kunt de instelling van de versterkingscurve opslaan in het register in het elektrisch wisbare programmeerbare alleen-lezen geheugen (EEPROM).

Lage ruststroom

 

Sinds de De ultrasone module-transducersensor  moet worden bediend wanneer de auto wordt uitgeschakeld wanneer de kick wordt ingeschakeld. De ruststroom van het systeem is erg belangrijk, een prestatie waar OEM's zich grote zorgen over maken. Ze beschikken over een slaapmodus met een stroomverbruik van 9 tot 1500 μA, die met tussenpozen kan worden gebruikt om het stroomverbruik van het hele systeem op het noodzakelijke niveau te brengen.

 

Normaal werken onder 12V auto-accuvoeding

Het PGA460-Q1-apparaat wordt gebruikt om te werken met een ingangsspanningsbereik van 6V tot 28V. Bij toepassingen waarbij de kofferbak wordt geopend, wordt het apparaat rechtstreeks op de accu van de auto aangesloten. Passende beschermingsmaatregelen voor externe componenten, zoals TVS-diodes (Transient Voltage Suppression), helpen het apparaat te beschermen tegen batterijtransiënten en omgekeerde batterijstroom.

 

Inbraakdetectiealarm

In Europa is een inbraakdetectiealarm een ​​optioneel apparaat voor consumenten bij het kopen van een auto of bij installatie na aankoop van een auto. Wanneer de auto stilstaat en geparkeerd staat, gebruiken deze alarmen ultrasone sensoren om elke beweging in de auto te detecteren. Dit alarm wordt gebruikt als back-upsysteem voor het hoofdalarmsysteem. Als er kinderen of huisdieren in de auto bewegen, wordt er een alarm afgegeven. Volgens de aanvullende antidiefstal- en veiligheidsgaranties krijgen consumenten vaak kortingen op verzekeringen omdat hun voertuigen deze functie hebben.

De meeste systemen maken gebruik van één of twee ultrasone zenders en één of twee ontvangers. Ultrasone sensoren zoals de PGA460-Q1 kunnen een zender en een ontvanger aansturen en ontvangen, dus er zijn mogelijk een of twee PGA460-Q1-apparaten nodig.