【導讀】多年以來，超聲波感應器在乘用車上應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用。如圖1所示。本文將為您詳細解釋這三種應用為何以及如何使用超聲波感應器。
圖1：用于乘用車中的超聲波感應器
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)、停車引導系統(tǒng)和倒車輔助。這些系統(tǒng)可實現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
設計這些類型應用的工程師應尋求驅動超聲波傳感器（發(fā)射器）的集成電路，同時接收、調節(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為5米的國際標準化組織（ISO）桿（用于超聲波停車輔助的聚氯乙烯（PVC）管作為性能標準）。該器件還通過了嚴格的靜電放電（ESD）和大電流注入（BCI）測試，即在進行超聲波停車輔助系統(tǒng)開發(fā)時的常規(guī)測試。
由于原始設備制造商（OEMs）面臨每輛車需要增加超聲波感應器數量的需求，超聲波停車輔助的成本壓力將在未來數年持續(xù)增加。而PGA460-Q1則能夠為高產量的一級供應商提供具有競爭力的成本結構。
超聲波停車輔助模塊的常見要求，包括：
Ÿ從30厘米到5米的物體檢測的能力。
Ÿ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）的局域互連網絡（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準將變得更加嚴格。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。半導體供應商在模擬前端（AFE）敏感度和驅動方法的改進對于滿足這些檢測距離的要求至關重要。
TCI和LIN是當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，預計外圍感應器接口（PSI）5、分布式系統(tǒng)接口（DSI）3或控制器局域網（CAN）等更高速協(xié)議將被應用來傳送大量的超聲回波數據。
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條。但許多汽車一級供應商正在探索使用超聲波感應技術在這一應用上，一些系統(tǒng)已經批量生產。與電容式感應相比，超聲波感應的優(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：
Ÿ從15厘米到1米處檢測物體的能力
Ÿ低靜態(tài)電流
Ÿ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
使用超聲波感應技術于踢腳開啟后備箱的挑戰(zhàn)之一是近距離檢測范圍。超聲波感應器精確檢測近場物體的能力取決于感應器的質量和傳感器的規(guī)格、驅動方法和設計以及接收路徑（AFE和數字處理）的性能。
高品質的傳感器，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”。通過選擇高品質的傳感器，可以減少衰減的時間長度，更準確地預測衰減的穩(wěn)定性。
傳感器驅動器的方法和設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用中，TI建議使用變壓器驅動拓撲結構。圖4是使用PGA460-Q1的變壓器驅動原理圖示例。
圖4：PGA460-Q1變壓器驅動原理圖
當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和數字處理的性能也會影響近距離和遠距離的物體檢測。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轉換器。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對近場物體應用較小增益和對遠場物體檢測應用較大增益。您可以將寄存器中的增益曲線設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很關注的性能。PGA460-Q1具有?9?1500μA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用中，PGA460-Q1器件直接連接到汽車電池。適當的外部組件保護措施，例如瞬態(tài)電壓抑制（TVS）二極管有助于保護器件免受電池瞬態(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備或在購車后安裝。當汽車熄火和停靠時，這些報警器將使用超聲波感應器來檢測車內的任何移動。該報警用作主報警系統(tǒng)的后備系統(tǒng)，如果兒童或寵物在車內移動，也會發(fā)出報警。根據由于已經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。超聲波感應器如PGA460-Q1可以驅動和接收一個發(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
盡管這三種應用場景是最常使用超聲波感應器，一級供應商和原始設備制造商還在開發(fā)鷗翼車門，盲點偵測系統(tǒng)以及前向主動避撞系統(tǒng)等附加應用。你還了解其他使用超聲波感應器的汽車應用嗎？請在下方評論。
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