Dlaczego warto używać czujników ultradźwiękowych do wspomagania projektowania samochodów?

Od wielu lat czujniki ultradźwiękowe są szeroko stosowane w samochodach osobowych. Na przykład ultradźwiękowy system parkowania może pomóc pojazdom wykryć otaczające obiekty podczas parkowania z małą prędkością. Ponadto otwieranie bagażnika i alarm wykrywania włamania to dwa nowe zastosowania technologii ultradźwiękowej 

Ultradźwiękowy system parkowania

Ultradźwiękowy asystent parkowania nazywany jest również systemem wspomagania parkowania, systemem prowadzenia przy parkowaniu i asystentem cofania. Systemy te mogą obejmować zarówno proste wykrywanie otaczających obiektów i ostrzeganie kierowcy dźwiękiem, jak i automatyczne parkowanie niemal bez udziału człowieka. Zwykle systemy te mają 4–16 czujników, sprytnie zainstalowanych wokół ciała, aby zapewnić wymagany zasięg wykrywania.

   Inżynierowie projektując tego typu aplikacje powinni szukać układów scalonych. Który napęd ultradźwiękowy czujnik odległości (nadajniki) podczas odbierania, kondycjonowania i przetwarzania echa ultradźwiękowego, które określają odległość między obiektami i pojazdami. Może na przykład niezawodnie wykrywać słupy Międzynarodowej Organizacji Normalizacyjnej (ISO) w odległości do 5 metrów (standardowo stosowane są rury z polichlorku winylu (PVC) do ultradźwiękowego wspomagania parkowania). Urządzenie przeszło także rygorystyczne testy wyładowań elektrostatycznych (ESD) i wtrysku wysokoprądowego (BCI), które są rutynowymi testami podczas opracowywania ultradźwiękowych systemów wspomagania parkowania.

W miarę zwiększania się liczby czujników ultradźwiękowych w pojeździe na wyposażeniu oryginalnym, koszty ultradźwiękowego wspomagania parkowania będą w ciągu najbliższych kilku lat nadal rosły. Mogą zapewnić konkurencyjną strukturę kosztów dostawcom masowym.

Typowe wymagania dotyczące ultradźwiękowych modułów wspomagających parkowanie obejmują:

Ÿ Możliwość wykrywania obiektów od 30 cm do 5 metrów.

Ÿ Interfejs poleceń czasowych (TCI) lub lokalna sieć połączeń (LIN) połączona z modułu z lokalną elektroniczną jednostką sterującą lub bezpośrednio podłączona do modułu sterującego nadwozia (BCM) (konfiguracja magistrali).

Wychodząc naprzeciw potrzebom pojazdów autonomicznych, zaostrzone zostaną standardy wykrywania obiektów na krótkich i długich dystansach. Począwszy od 2025 r. moduły ultradźwiękowe czujnika będą musiały być w stanie wykrywać obiekty w odległości od 10 cm do 7 metrów. Udoskonalenia dostawców półprzewodników w zakresie czułości i metod sterowania analogowego interfejsu czołowego (AFE) mają kluczowe znaczenie dla spełnienia wymagań dotyczących odległości wykrywania.

TCI i LIN to obecnie dwa najpopularniejsze interfejsy komunikacyjne w ultradźwiękowych systemach wspomagania parkowania. Jednakże wraz z poprawą możliwości przetwarzania wizualnego samochodowego zaawansowanego systemu wspomagania kierowcy (ADAS) oczekuje się, że do przesyłania dużej ilości danych echa ultradźwiękowego zostaną zastosowane szybsze protokoły, takie jak interfejs czujnika peryferyjnego (PSI) 5, interfejs systemu rozproszonego (DSI) 3 lub sieć kontrolera (CAN).

Otwórz kopniakiem bagażnik

Bagażnik otwierany kopnięciem nazywany jest także inteligentnym systemem otwierania bagażnika. Dzięki tej funkcji właściciel samochodu może umieścić stopy pod tylnym zderzakiem bez użycia rąk, a wystarczy kopnąć stopę, aby otworzyć bagażnik samochodu.

Tradycyjny system otwierania bagażnika za pomocą kopnięcia wykorzystuje pojemnościowy pasek czujnika umieszczony w dolnej części zderzaka. Jednak wielu dostawców branży motoryzacyjnej bada możliwość wykorzystania technologii czujników ultradźwiękowych w tym zastosowaniu, a niektóre systemy są produkowane masowo. W porównaniu z czujnikiem pojemnościowym, zaletą ultradźwiękowego czujnika odległości jest jego niezawodność i odporność na działanie czynników środowiskowych, takich jak brud i woda. Czujnik pojemnościowy jest bardzo wrażliwy na czynniki środowiskowe. W przypadku zabrudzenia korpusu funkcja ta może nie działać prawidłowo. .

 

Typowe wymagania dotyczące rozwiązań ultradźwiękowych do systemów otwierania kopalnego obejmują:

 

Ÿ Możliwość wykrywania obiektów od 15 cm do 1 metra

Ÿ Niski prąd spoczynkowy

Ÿ Pracuj normalnie pod napięciem akumulatora samochodowego 12V

Przedstawmy te wymagania jeden po drugim.

 

Detekcja obiektów od 15 cm do 1 metra

Jednym z wyzwań związanych z wykorzystaniem technologii ultradźwiękowej do otwierania bagażnika jest krótki zasięg wykrywania. Zdolność czujnika ultradźwiękowego do dokładnego wykrywania obiektów bliskiego pola zależy od jakości czujnika i specyfikacji czujnika, metody i konstrukcji prowadzenia oraz wydajności ścieżki odbiorczej (AFE i przetwarzanie cyfrowe).

 

Wysokiej jakości czujniki, takie jak MA58MF14-7N firmy Murata, charakteryzują się bardziej stabilnym i niezawodnym tłumieniem lub „dzwonieniem” podczas wzbudzania czujnika. Wybierając wysokiej jakości czujniki, można skrócić długość tłumienia i dokładniej przewidzieć stabilność tłumienia.

 

Metoda i konstrukcja sterownika czujnika ultradźwiękowego będą znacząco wpływać na okres i krzywą tłumienia ultradźwiękowego. W zastosowaniach typu „kick-open trunk”, które wymagają wydajności bliskiego pola, co zaleca stosowanie topologii napędu transformatorowego. jest to przykładowy schemat ideowy napędu transformatorowego.

 

Kiedy transformator jest używany do zwiększania napięcia zasilania w celu aktywacji czujnika, krzywa tłumienia jest bardziej stabilna i mierzalna, co poprawia skuteczność wykrywania bliskich obiektów.

 

Wreszcie wydajność AFE i przetwarzania cyfrowego będzie miała również wpływ na wykrywanie obiektów na krótkich i długich dystansach. Na przykład ma wzmacniacz o niskim poziomie szumów, jest wyposażony w programowalny stopień wzmocnienia zmienny w czasie i jest wbudowany w 12-bitowy przetwornik analogowo-cyfrowy z rejestrem kolejnej aproksymacji. Wzmacniacz o niskim poziomie szumów może zredukować szum odbieranego sygnału, a zmienna w czasie charakterystyka wzmocnienia programowalnego wzmacniacza wzmocnienia umożliwia zastosowanie mniejszego wzmocnienia do obiektów bliskiego pola i większego wzmocnienia do wykrywania obiektów z dalekiego pola. Możesz zapisać ustawienie krzywej wzmocnienia w rejestrze w elektrycznie kasowalnej, programowalnej pamięci tylko do odczytu (EEPROM).

Niski prąd spoczynkowy

 

Od moduł ultradźwiękowy czujnika przetwornika  musi działać, gdy samochód jest wyłączony, gdy włączony jest kopniak, prąd spoczynkowy układu jest bardzo ważny, a to jest wydajność, na której bardzo zależy producentom OEM. Posiadają tryb uśpienia o poborze prądu od 9 do 1500 μA, który można wykorzystać okresowo, aby pobór prądu całego układu osiągnął niezbędny poziom.

 

Pracuj normalnie pod napięciem akumulatora samochodowego 12 V

Urządzenie PGA460-Q1 służy do pracy w zakresie napięć wejściowych od 6V do 28V. W zastosowaniach z otwieraniem bagażnika urządzenie jest bezpośrednio podłączone do akumulatora samochodowego. Odpowiednie środki ochrony podzespołów zewnętrznych, takie jak diody tłumiące napięcie przejściowe (TVS), pomagają chronić urządzenie przed stanami przejściowymi akumulatora i prądem wstecznym akumulatora.

 

Alarm wykrycia włamania

W Europie alarm wykrywający włamanie jest opcjonalnym urządzeniem dla konsumentów przy zakupie samochodu lub instalowaniu go po zakupie. Gdy samochód stoi i jest zaparkowany, alarmy te wykorzystują czujniki ultradźwiękowe do wykrywania każdego ruchu w samochodzie. Alarm ten służy jako system zapasowy dla głównego systemu alarmowego. Jeśli w samochodzie poruszają się dzieci lub zwierzęta, włączy się alarm. W ramach dodatkowych gwarancji antykradzieżowych i bezpieczeństwa konsumenci często otrzymują zniżki na ubezpieczenie, ponieważ ich pojazdy posiadają tę funkcję.

Większość systemów wykorzystuje jeden lub dwa nadajniki ultradźwiękowe i jeden lub dwa odbiorniki. Czujniki ultradźwiękowe, takie jak PGA460-Q1, mogą sterować i odbierać nadajnik i odbiornik, dlatego może być wymagane jedno lub dwa urządzenia PGA460-Q1.