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德州儀器超聲波感應(yīng)器會被用于何處？——第一部分

本文作者：德州儀器點擊： 2017-12-12 15:16

前言：

多年以來，超聲波感應(yīng)器在乘用車上應(yīng)用廣泛如超聲波停車輔助可幫助車輛在低速停車時檢測周圍物體。此外，踢腳開啟后備箱和入侵檢測報警則是超聲波傳感器的兩個新興應(yīng)用。如圖1所示。本文將為您詳細(xì)解釋這三種應(yīng)用為何以及如何使用超聲波感應(yīng)器。

圖1：用于乘用車中的超聲波感應(yīng)器

超聲波停車輔助系統(tǒng)
超聲波停車輔助也被稱為停車輔助系統(tǒng)、停車引導(dǎo)系統(tǒng)和倒車輔助。這些系統(tǒng)可實現(xiàn)從簡單地檢測周圍物體并通過聲音警示駕駛員，到幾乎沒有人為操作的自動停車。通常，這些系統(tǒng)擁有4-16個感應(yīng)器，巧妙地圍繞車身安裝，以提供所需的檢測覆蓋，如圖2所示。

圖2：使用PGA460-Q1的超聲波停車輔助星型配置

設(shè)計這些類型應(yīng)用的工程師應(yīng)尋求驅(qū)動超聲波傳感器（發(fā)射器）的集成電路，同時接收、調(diào)節(jié)和處理確定物體與車輛距離的超聲回波。例如，PGA460-Q1能夠可靠地檢測距離最遠(yuǎn)為5米的國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）桿（用于超聲波停車輔助的聚氯乙烯（PVC）管作為性能標(biāo)準(zhǔn)）。該器件還通過了嚴(yán)格的靜電放電（ESD）和大電流注入（BCI）測試，即在進(jìn)行超聲波停車輔助系統(tǒng)開發(fā)時的常規(guī)測試。

由于原始設(shè)備制造商（OEMs）面臨每輛車需要增加超聲波感應(yīng)器數(shù)量的需求，超聲波停車輔助的成本壓力將在未來數(shù)年持續(xù)增加。而PGA460-Q1則能夠為高產(chǎn)量的一級供應(yīng)商提供具有競爭力的成本結(jié)構(gòu)。

超聲波停車輔助模塊的常見要求，包括：
? 從30厘米到5米的物體檢測的能力。
? 時間指令接口（TCI）或者從模塊連接到局部電子控制單元或直接連接到車身控制模塊（BCM）（總線配置）的局域互連網(wǎng)絡(luò)（LIN）通信。

為滿足自動駕駛汽車的需求，短距離和長距離物體檢測標(biāo)準(zhǔn)將變得更加嚴(yán)格。從2025年開始，超聲波模塊將必須能夠檢測距離在10厘米到7米的物體。半導(dǎo)體供應(yīng)商在模擬前端（AFE）敏感度和驅(qū)動方法的改進(jìn)對于滿足這些檢測距離的要求至關(guān)重要。

TCI和LIN是當(dāng)今超聲波停車輔助系統(tǒng)中最常見的兩種通信接口。然而，隨著汽車高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）視覺處理能力的提高，預(yù)計外圍感應(yīng)器接口（PSI）5、分布式系統(tǒng)接口（DSI）3或控制器局域網(wǎng)（CAN）等更高速協(xié)議將被應(yīng)用來傳送大量的超聲回波數(shù)據(jù)。
踢腳開啟后備箱

踢腳開啟后備箱也稱為智能后備箱開啟系統(tǒng)。該功能使車主將腳放在后保險杠下方，無需使用雙手，僅需踢腳動作就能打開汽車后備箱，如圖3所示。

圖3：踢腳開啟后備箱

傳統(tǒng)的踢腳開啟后備箱系統(tǒng)使用位于保險杠底部的電容式感應(yīng)條。但許多汽車一級供應(yīng)商正在探索使用超聲波感應(yīng)技術(shù)在這一應(yīng)用上，一些系統(tǒng)已經(jīng)批量生產(chǎn)。與電容式感應(yīng)相比，超聲波感應(yīng)的優(yōu)勢是在污垢和水等環(huán)境因素影響下的可靠性和堅固性，電容式感應(yīng)對環(huán)境因素非常敏感，如果車身被弄臟，該功能可能就無法正常使用。

針對踢腳開啟系統(tǒng)的超聲波解決方案常見要求包括：
? 從15厘米到1米處檢測物體的能力
? 低靜態(tài)電流
? 在12V汽車電池供電下正常工作

讓我們逐一介紹這些要求。

距離15厘米到1米的物體檢測

使用超聲波感應(yīng)技術(shù)于踢腳開啟后備箱的挑戰(zhàn)之一是近距離檢測范圍。超聲波感應(yīng)器精確檢測近場物體的能力取決于感應(yīng)器的質(zhì)量和傳感器的規(guī)格、驅(qū)動方法和設(shè)計以及接收路徑（AFE和數(shù)字處理）的性能。

高品質(zhì)的傳感器，如Murata的MA58MF14-7N，在傳感器激發(fā)階段具有更穩(wěn)定可靠的衰減或“振鈴”。通過選擇高品質(zhì)的傳感器，可以減少衰減的時間長度，更準(zhǔn)確地預(yù)測衰減的穩(wěn)定性。

傳感器驅(qū)動器的方法和設(shè)計將顯著影響超聲波衰減周期和曲線。在需要近場性能的踢腳開啟后備箱應(yīng)用中，TI建議使用變壓器驅(qū)動拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖4是使用PGA460-Q1的變壓器驅(qū)動原理圖示例。

圖4：PGA460-Q1變壓器驅(qū)動原理圖

當(dāng)使用變壓器增加電源電壓激活傳感器時，衰減曲線更加穩(wěn)定可測，使得近距離物體檢測性能更優(yōu)。

最后，AFE和數(shù)字處理的性能也會影響近距離和遠(yuǎn)距離的物體檢測。例如，PGA460-Q1具有低噪聲放大器，配有可編程時變增益級，嵌入12位逐次逼近寄存器模數(shù)轉(zhuǎn)換器。低噪聲放大器可以減少接收信號的噪聲，并且可編程增益放大器的時變增益特性可以實現(xiàn)對近場物體應(yīng)用較小增益和對遠(yuǎn)場物體檢測應(yīng)用較大增益。您可以將寄存器中的增益曲線設(shè)置存儲在電可擦除可編程只讀存儲器（EEPROM）中。
低靜態(tài)電流

由于踢腳開啟超聲波感應(yīng)器必須在汽車熄火的情況下運行，所以系統(tǒng)靜態(tài)電流很重要，是OEM很關(guān)注的性能。PGA460-Q1具有?500μA電流消耗的睡眠模式，可以間歇地使用該模式，使整個系統(tǒng)的電流消耗達(dá)到必要水平。

在12V汽車電池供電下正常工作
PGA460-Q1器件用于從6V至28V的輸入電壓范圍工作。在踢腳開啟后備箱應(yīng)用中，PGA460-Q1器件直接連接到汽車電池。適當(dāng)?shù)耐獠拷M件保護(hù)措施，例如瞬態(tài)電壓抑制（TVS）二極管有助于保護(hù)器件免受電池瞬態(tài)和反向電池電流的影響。

入侵檢測報警
在歐洲，入侵檢測報警是消費者在購車時的可選設(shè)備或在購車后安裝。當(dāng)汽車熄火和停靠時，這些報警器將使用超聲波感應(yīng)器來檢測車內(nèi)的任何移動。該報警用作主報警系統(tǒng)的后備系統(tǒng)，如果兒童或?qū)櫸镌谲噧?nèi)移動，也會發(fā)出報警。根據(jù)由于已經(jīng)有附加的防盜和安全保障，消費者時常會因其車輛擁有這項功能而獲得保險折扣。

大多數(shù)系統(tǒng)使用一到兩個超聲波發(fā)射器和一到兩個接收器。超聲波感應(yīng)器如PGA460-Q1可以驅(qū)動和接收一個發(fā)射器和一個接收器，因此可能需要一到兩個PGA460-Q1器件。

總結(jié)
盡管這三種應(yīng)用場景是最常使用超聲波感應(yīng)器，一級供應(yīng)商和原始設(shè)備制造商還在開發(fā)鷗翼車門，盲點偵測系統(tǒng)以及前向主動避撞系統(tǒng)等附加應(yīng)用。你還了解其他使用超聲波感應(yīng)器的汽車應(yīng)用嗎？請在下方評論。

其他信息：
? 訂購PGA460-Q1的評估模塊
? 下載PGA460的常見問題解答和套件與評估模塊的故障排除指南
? 下載PGA460超聲波模型硬件和軟件的優(yōu)化應(yīng)用報告

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