De ce să folosiți senzori cu ultrasunete pentru asistență în proiectarea auto?

De mulți ani, senzorii cu ultrasunete au fost utilizați pe scară largă în mașinile de pasageri. De exemplu, sistemul de parcare cu ultrasunete poate ajuta vehiculele să detecteze obiectele din jur atunci când parcează la viteze reduse. În plus, deschiderea cu piciorul a portbagajului și alarma de detectare a intruziunilor sunt două aplicații emergente ale ultrasunetelor. 

Sistem de parcare cu ultrasunete

Asistența la parcare cu ultrasunete se mai numește și sistem de asistență la parcare, sistem de ghidare la parcare și asistență în marșarier. Aceste sisteme pot varia de la simpla detectare a obiectelor din jur și alertarea șoferului cu sunet până la parcare automată fără operare umană. De obicei, aceste sisteme au 4-16 senzori, instalați inteligent în jurul corpului pentru a oferi acoperirea de detecție necesară.

   Inginerii proiectează aceste tipuri de aplicații ar trebui să caute circuite integrate. Care conduce senzor de distanță ultrasonic (emițătoare) în timp ce recepționează, condiționează și procesează ecouri ultrasonice care determină distanța dintre obiecte și vehicule. De exemplu, poate detecta în mod fiabil stâlpii Organizației Internaționale de Standardizare (ISO) la o distanță de până la 5 metri (țevi de clorură de polivinil (PVC) utilizate pentru asistența la parcare cu ultrasunete ca standard de performanță). Dispozitivul a trecut, de asemenea, teste riguroase de descărcare electrostatică (ESD) și injecție cu curent ridicat (BCI), care sunt teste de rutină în timpul dezvoltării sistemelor de asistență la parcare cu ultrasunete.

Deoarece echipamentul original se confruntă cu creșterea numărului de senzori cu ultrasunete per vehicul, costul asistenței la parcare cu ultrasunete va continua să crească în următorii câțiva ani. Ele pot oferi o structură competitivă a costurilor pentru furnizorii de volum mare.

Cerințele comune pentru modulele de asistență la parcare cu ultrasunete includ:

Ÿ Capacitatea de a detecta obiecte de la 30 cm la 5 metri.

Ÿ Comunicare interfață de comandă în timp (TCI) sau rețea de interconectare locală (LIN) conectată de la modul la unitatea electronică de control locală sau conectată direct la modulul de control al caroseriei (BCM) (configurație magistrală).

Pentru a satisface nevoile vehiculelor autonome, standardele de detectare a obiectelor pe distanțe scurte și lungi vor deveni mai stricte. Începând din 2025, Senzorul modulelor ultrasonice va trebui să fie capabil să detecteze obiecte la o distanță de 10 cm până la 7 metri. Îmbunătățirile furnizorilor de semiconductori în sensibilitatea front-end analogic (AFE) și metodele de acționare sunt esențiale pentru îndeplinirea acestor cerințe privind distanța de detectare.

TCI și LIN sunt cele mai comune două interfețe de comunicare în sistemele de asistență la parcare cu ultrasunete de astăzi. Cu toate acestea, odată cu îmbunătățirea capacităților de procesare vizuală ale sistemului avansat de asistență pentru șofer (ADAS), este de așteptat ca protocoale de viteză mai mare, cum ar fi interfața cu senzori periferici (PSI) 5, Interfața sistemului distribuit (DSI) 3 sau Controller Area Network (CAN) să fie aplicate pentru a transmite o cantitate mare de date de eco cu ultrasunete.

Deschide cu piciorul portbagajul

Portbagajul cu deschidere cu picior este numit și sistem inteligent de deschidere a portbagajului. Această funcție permite proprietarului mașinii să-și plaseze picioarele sub bara de protecție din spate, fără a-și folosi mâinile, și trebuie doar să lovească cu piciorul pentru a deschide portbagajul mașinii.

Sistemul tradițional de deschidere a portbagajului folosește o bandă cu senzor capacitiv situată în partea de jos a barei de protecție. Dar mulți furnizori de automobile explorează utilizarea tehnologiei de detectare cu ultrasunete în această aplicație, iar unele sisteme au fost produse în serie. În comparație cu senzorul capacitiv, avantajul senzorului de distanță cu ultrasunete este fiabilitatea și robustețea acestuia sub influența factorilor de mediu precum murdăria și apa. Senzorul capacitiv este foarte sensibil la factorii de mediu. Dacă corpul este murdar, este posibil ca această funcție să nu funcționeze corect. .

 

Cerințele comune pentru soluțiile cu ultrasunete pentru sistemele de deschidere cu picior includ:

 

Ÿ Capacitatea de a detecta obiecte de la 15 cm la 1 metru

Ÿ Curent de repaus scăzut

Ÿ Funcționează în mod normal sub sursa de alimentare a bateriei auto de 12 V

Să introducem aceste cerințe unul câte unul.

 

Detectarea obiectelor de la 15 cm la 1 metru

Una dintre provocările utilizării tehnologiei cu ultrasunete pentru a deschide portbagajul este raza de detecție cu rază scurtă. Capacitatea unui senzor cu ultrasunete de a detecta cu precizie obiectele din câmpul apropiat depinde de calitatea senzorului și de specificațiile senzorului, de metoda și designul de conducere și de performanța căii de recepție (AFE și procesare digitală).

 

Senzorii de înaltă calitate, cum ar fi MA58MF14-7N de la Murata, au o atenuare sau „sunet” mai stabilă și mai fiabilă în timpul excitării senzorului. Prin selectarea senzorilor de înaltă calitate, lungimea atenuării poate fi redusă, iar stabilitatea atenuării poate fi prezisă mai precis.

 

Metoda și designul driverului senzorului ultrasonic vor afecta semnificativ perioada și curba de atenuare ultrasonică. În aplicațiile de portbagaj cu deschidere care necesită performanță în câmp apropiat, ceea ce recomandă utilizarea unei topologii de antrenare a transformatorului. este un exemplu de diagramă schematică a unui transformator.

 

Când transformatorul este folosit pentru a crește tensiunea de alimentare pentru a activa senzorul, curba de atenuare este mai stabilă și mai măsurabilă, ceea ce face ca performanța de detectare a obiectelor apropiate să fie mai bună.

 

În cele din urmă, performanța AFE și a procesării digitale va afecta, de asemenea, detectarea obiectelor la distanțe scurte și lungi. De exemplu, are un amplificator cu zgomot redus, este echipat cu o treaptă de câștig programabilă care variază în timp și este încorporat cu un convertor analog-digital cu registru de aproximare succesiv de 12 biți. Amplificatorul cu zgomot redus poate reduce zgomotul semnalului recepționat, iar câștigul care variază în timp caracteristic amplificatorului de câștig programabil poate realiza aplicarea unui câștig mai mic la obiectele din câmpul apropiat și un câștig mai mare pentru detectarea obiectelor în câmp îndepărtat. Puteți stoca setarea curbei de amplificare în registrul din memoria de doar citire programabilă și ștersă electric (EEPROM).

Curent de repaus redus

 

De când Senzorul transductor al modulului cu ultrasunete  trebuie operat atunci când mașina este oprită atunci când kick-ul este pornit, curentul de repaus al sistemului este foarte important, ceea ce este o performanță de care OEM-urile sunt foarte preocupate. Au un mod de repaus cu un consum de curent de 9 până la 1500 μA, care poate fi folosit intermitent pentru a face ca consumul de curent al întregului sistem să atingă nivelul necesar.

 

Funcționează în mod normal sub sursa de alimentare a bateriei auto de 12 V

Dispozitivul PGA460-Q1 este utilizat pentru a funcționa dintr-un interval de tensiune de intrare de la 6V la 28V. În aplicațiile de deschidere a portbagajului, dispozitivul este conectat direct la bateria mașinii. Măsurile adecvate de protecție a componentelor externe, cum ar fi diodele de suprimare a tensiunii tranzitorii (TVS), ajută la protejarea dispozitivului de tranzitorii bateriei și de inversarea curentului bateriei.

 

Alarma de detectare a intruziunilor

În Europa, alarma de detectare a intruziunilor este un dispozitiv opțional pentru consumatori atunci când cumpără o mașină sau se instalează după cumpărarea unei mașini. Când mașina este blocată și parcată, aceste alarme vor folosi senzori cu ultrasunete pentru a detecta orice mișcare în mașină. Această alarmă este utilizată ca sistem de rezervă pentru sistemul principal de alarmă. Dacă copiii sau animalele de companie se deplasează în mașină, se va emite o alarmă. Conform garanțiilor suplimentare antifurt și siguranță, consumatorii primesc adesea reduceri de asigurare, deoarece vehiculele lor au această caracteristică.

Majoritatea sistemelor folosesc unul sau doi transmițători cu ultrasunete și unul sau doi receptori. Senzorii cu ultrasunete precum PGA460-Q1 pot conduce și recepționa un transmițător și un receptor, astfel încât pot fi necesare unul sau două dispozitive PGA460-Q1.