Навіщо використовувати ультразвукові датчики для допомоги при проектуванні автомобілів?

Уже багато років ультразвукові датчики широко застосовуються в легкових автомобілях. Наприклад, ультразвукова система паркування може допомогти транспортним засобам виявляти навколишні об’єкти, коли вони паркуються на низькій швидкості. Крім того, відкриття багажника ногою та сигналізація виявлення вторгнення є двома новими застосуваннями ультразвуку. 

Ультразвукова система паркування

Ультразвукову систему допомоги при паркуванні також називають системою допомоги при паркуванні, системою керування паркуванням і системою допомоги заднім ходом. Ці системи можуть варіюватися від простого виявлення навколишніх об’єктів і попередження водія за допомогою звуку до автоматичного паркування майже без участі людини. Зазвичай ці системи мають 4-16 датчиків, вміло встановлених навколо тіла, щоб забезпечити необхідне покриття виявлення.

   Інженери, які розробляють такі типи програм, повинні шукати інтегральні схеми. Який диск ультразвуковий датчик відстані (передавачі) при прийомі, кондиціювання та обробці ультразвукових відлунь, які визначають відстань між об'єктами та транспортними засобами. Наприклад, він може надійно виявляти стовпи Міжнародної організації зі стандартизації (ISO) на відстані до 5 метрів (труби з полівінілхлориду (ПВХ), які використовуються для ультразвукової допомоги при паркуванні як стандарт ефективності). Пристрій також пройшов суворі випробування електростатичним розрядом (ESD) і високострумовою інжекцією (BCI), які є звичайними тестами під час розробки ультразвукових систем допомоги при паркуванні.

Оскільки кількість ультразвукових датчиків на транспортний засіб для оригінального обладнання буде збільшуватися, вартість ультразвукової допомоги при паркуванні продовжуватиме зростати в наступні кілька років. Вони можуть забезпечити конкурентоспроможну структуру витрат для великих постачальників.

Загальні вимоги до ультразвукових модулів допомоги при паркуванні включають:

Ÿ Можливість виявлення об'єктів від 30 см до 5 метрів.

Ÿ Інтерфейс керування часом (TCI) або мережа локального з’єднання (LIN), під’єднана від модуля до локального електронного блоку керування або безпосередньо підключена до модуля керування кузовом (BCM) (конфігурація шини).

Щоб задовольнити потреби автономних транспортних засобів, стандарти виявлення об’єктів на короткій і дальній відстані стануть суворішими. Починаючи з 2025 р. Ультразвукові модулі датчика повинні будуть вміти виявляти об'єкти на відстані від 10 см до 7 метрів. Удосконалення постачальниками напівпровідників у чутливості аналогового переднього кінця (AFE) і методах приводу мають вирішальне значення для задоволення цих вимог щодо відстані виявлення.

TCI та LIN є двома найпоширенішими комунікаційними інтерфейсами в ультразвукових системах допомоги при паркуванні сьогодні. Проте з удосконаленням можливостей візуальної обробки автомобільної вдосконаленої системи допомоги водієві (ADAS) очікується, що для передачі великої кількості ультразвукових ехо-даних будуть застосовуватися більш швидкісні протоколи, такі як інтерфейс периферійних датчиків (PSI) 5, інтерфейс розподіленої системи (DSI) 3 або мережа контролерів (CAN).

Відкрийте багажник ногою

Багажник, який відкривається ногою, також називають розумною системою відкривання багажника. Ця функція дозволяє автовласнику розташувати ноги під заднім бампером, не використовуючи руки, а для того, щоб відкрити багажник автомобіля, потрібно лише вдарити ногою.

Традиційна система відкривання багажника ногою використовує ємнісну сенсорну смугу, розташовану внизу бампера. Але багато автомобільних постачальників вивчають можливість використання технології ультразвукового датчика в цьому додатку, і деякі системи виробляються масово. Порівняно з ємнісним датчиком перевага ультразвукового датчика відстані полягає в його надійності та стійкості до впливу факторів навколишнього середовища, таких як бруд і вода. Ємнісний датчик дуже чутливий до факторів зовнішнього середовища. Якщо корпус забруднений, ця функція може не працювати належним чином. .

 

Загальні вимоги до ультразвукових рішень для систем відкривання ногою включають:

 

Ÿ Можливість виявлення об'єктів від 15 см до 1 метра

Ÿ Низький струм спокою

Ÿ Нормальна робота від джерела живлення від автомобільного акумулятора 12 В

Представимо ці вимоги одну за одною.

 

Виявлення об'єктів від 15 см до 1 метра

Однією з проблем використання ультразвукової технології для відкриття багажника є дальність виявлення на короткій відстані. Здатність ультразвукового датчика точно виявляти об’єкти ближнього поля залежить від якості датчика та технічних характеристик датчика, методу керування та конструкції, а також продуктивності приймального тракту (AFE та цифрова обробка).

 

Високоякісні датчики, такі як MA58MF14-7N від Murata, мають більш стабільне та надійне загасання або «дзвінок» під час збудження датчика. Вибираючи високоякісні датчики, можна зменшити тривалість затухання та точніше передбачити стабільність загасання.

 

Метод і конструкція драйвера ультразвукового датчика суттєво впливатимуть на період і криву затухання ультразвуку. У додатках, що відкривають магістраль, які вимагають продуктивності ближнього поля, для яких рекомендується використовувати трансформаторну топологію приводу. є прикладом принципової схеми приводу трансформатора.

 

Коли трансформатор використовується для збільшення напруги джерела живлення для активації датчика, крива загасання є більш стабільною та вимірною, що покращує ефективність виявлення близьких об’єктів.

 

Нарешті, продуктивність AFE та цифрова обробка також впливатимуть на виявлення об’єктів на короткій і великій відстані. Наприклад, він має малошумний підсилювач, оснащений програмованим каскадом підсилення, що змінюється в часі, і вбудований 12-розрядний аналого-цифровий перетворювач регістра послідовного наближення. Підсилювач з низьким рівнем шуму може зменшити шум прийнятого сигналу, а змінна в часі характеристика підсилення програмованого підсилювача підсилення може реалізувати застосування меншого підсилення для об’єктів ближнього поля та більшого підсилення для виявлення об’єктів у дальньому полі. Ви можете зберегти налаштування кривої підсилення в регістрі в електрично стираній програмованій пам’яті (EEPROM).

Низький струм спокою

 

Оскільки Датчик датчика ультразвукового модуля  повинен працювати, коли автомобіль вимкнено, коли ввімкнуто удар, струм спокою системи дуже важливий, що є продуктивністю, про яку дуже стурбовані OEM-виробники. Вони мають сплячий режим зі споживанням струму від 9 до 1500 мкА, який можна використовувати з перервами, щоб споживання струму всієї системи досягло необхідного рівня.

 

Нормально працює від джерела живлення від автомобільного акумулятора 12 В

Пристрій PGA460-Q1 використовується для роботи з діапазоном вхідної напруги від 6В до 28В. У програмах з відкритим багажником пристрій безпосередньо підключається до автомобільного акумулятора. Відповідні заходи захисту зовнішніх компонентів, наприклад діоди для придушення перехідної напруги (TVS), допомагають захистити пристрій від перехідних процесів батареї та зворотного струму батареї.

 

Сигналізація виявлення вторгнення

У Європі сигналізація виявлення вторгнення є додатковим пристроєм для споживачів під час покупки автомобіля або встановлення після покупки автомобіля. Коли автомобіль зупинився та припаркований, ці сигналізації використовуватимуть ультразвукові датчики для виявлення будь-якого руху в автомобілі. Ця сигналізація використовується як резервна система для основної системи сигналізації. Якщо в машині рухаються діти або домашні тварини, спрацьовує сигналізація. Згідно з додатковими гарантіями захисту від крадіжок і безпеки, споживачі часто отримують знижки на страхування, оскільки їхні транспортні засоби мають цю функцію.

Більшість систем використовують один або два ультразвукових передавача та один або два приймачі. Ультразвукові датчики, такі як PGA460-Q1, можуть керувати та приймати передавач і приймач, тому може знадобитися один або два пристрої PGA460-Q1.