汽车设备中各种种样的传感器

汽车设备中各种种样的

今日的汽车满布著各种形式的，为效能与安全提供重要的数据。起初，先连接在信号路线上，监视引擎及传动系参数，例如氧气、流体、温度、电压、电流，可是其用处不久扩大至来自各种不同的活动机构及电动机的反馈回路，包括防抱死制动系统（antilock-brake）及电动窗系统。当然，它们对检测失事的气袋展开系统更是不可能少的。 
    

传感器的应用并非单单限制於重要的自动操作及安全因数，或者向车上诊断（OBD）系统报告。由於OEM对传感器的信心随著传感器效力和可靠性而大增，而传感器成本已下跌，传感器现在在乘客厢中担当更多不同的角色 为安全、舒适、方便及整 体保护。轿车及载重汽车不断提供家居般的愉快环境只不过座落在四个或多个车轮上，乘客厢的每一方面及其占用者是易於评估。

传感器常遭受其简单目标、物理变数及现实的特殊安装之间的矛盾，许多传感器测量大家已知及易於明白的因数，比如温度、压力、照明、流动、速度等。但是当详细观察形势上的限制时，瞬即明白到在我们这个四分五裂以特定应用为主体的世界里面为何有如此多的传感器。在挑选传感器尤其令人沮丧，比如传感器须细致测量，给任何观察者易於明白，可是他们却用间接方法作出推断。

这种情况正好描述检测乘客占用传感器。汽车气袋在复杂性来讲已扩大至超越其起初对驾驶者及前座乘客的正面碰撞保护，现在汽车有侧碰气袋、气袋幕、多重气袋等复杂安排，还有操控气袋张开，以配合碰撞的速度和角度。然而，气袋也会破损，或甚至如果气袋张开冲击过大而伤及用者，或者乘客是小孩会因全力张开被弹离。

因著这缘故，汽车制造想气袋张开系统知道一些明显资料，包括乘客人数，他们坐在的地方，如何坐，他们身型大小，以及是否有任何人坐在儿童座椅上。这等问题很易问，但是使用成本效益及可靠的技术就难以回答，汽车贩商正采用不同的方法，包括压力（负重）测量、摄像（可见光及红外线）及甚至电场检测。

图1. MEMS传感器封装外型细小。Freescale Semiconductor把一些其加速度计纳入於
四边形扁平无引脚（QFN）封装内，供作电路板的表面安装。

确定坐车人士的一个明显方法是测量每一乘客在座位上产生的压力，这样每一座位就是一个基本的磅秤，事实上一个压力传感器（比如霍尔效应或　应力传感器）是不足以应付的，因人的坐姿、幼儿汽车座椅、或甚至一袋物品都会影响传感器读数。故此，厂家采用一系列的基本压力或霍尔效应传感器，从而制造出在每一座位上重量分布概况。

一张典型的座椅已混合有14至16个传感器输出，故占用检测系统可估计该乘客的大小，是否使用幼儿座椅，抑或座位未有占用。该系统也结合其他数据读数，例如来自座椅安全带的资料 指示安全带是否扣紧及安全带张力。

工程师须设计及将这些传感器装设於座椅结构上，它绝不能是附件，在完成汽车内部装饰後才装上去。目前的传感器制造商实际上只是执行早期与汽车贩商合作的陈旧解决方案。它们应与子系统供应商增加合作，为汽车厂商提供包括顺便装入元件的完全高层组件。

关於乘客占用座位问题，另一类方法是采用数个红外线影像，该技术以电子方式操控这个热电堆阵据贩商如Melexis所讲这包含有100个元件之多，以至它能扫描车内的个别座位位置。比如安装在车顶及位於照明灯侧旁的MLX90247阵采用一个对焦视场，避免驾驶者受到乘客疑惑有什麽企图。除镜头外，还需要比如热敏电阻之类的测温装置，为到阵在周围温度范围的读数执行冷结补偿。

有些贩商供应可见光影像系统，取代红外线探测方法，如Micro Technology生产的1050至450nm CMOS影像，其灵敏度跨越可见光以及近红外线波段。於日间，这个750 x 480像素的采用自然光；而在夜间，它就采用红外线发射LED提供照明。设计上采用中等速度的DSP，以与像素10bit分辨率及每秒100帧的取像速度来抓取及确定影像。从而在失事发生及气袋张开之时测定占用者的准确位置及方向（即使前倾或侧靠）。为减低DSP身上的处理负荷，该算法先估计整个影像的场面，然後限制其下一个分析只是在占用者部份的实况。

不管汽车制造商宁取可见光还是红外线，它须作出其他的决定，包括是否使用单摄像阵式抑或是一对立体影像，是彩色还是黑白，以及甚至阵安放车内不同位置从而取得不同的视角。

座椅压力及影像检测是有效的技术，但更精巧的方法是建基於由Freescale Semiconductor（前身为Motorola的一个部门）及Elesys设计的系统上，这种电场（e-field）检测技术采用物体因带电原子所建立的电场。电场检测是一种三维影像检测方式，使用多个电极收集信号从而“画”出占用者的图像。

Freescale的MC33794是许多这类电场设计的核心，它包含一个120kHz振荡器，通过内部电阻把信号发送往电极；内部电阻上形成的降压便与电极对地的电容有关，该IC的9个电极上受到的电容性加载便构成了检测场。

电场技术的关键在於天线。典型天线大小如同一张滑鼠垫，位置与IC及其相关电子电路相距1至2米，汽车制造商可利用导电泡沫胶造成它，也成为汽车座椅的一部份。为减少传输线对天线的任何离散电容的检拾（此举会弄到所需的天线区域信号模糊），IC可主动驱动屏蔽线来减低加载，类似於电压表敏感模拟输入端上的防护输入。

霍尔效应与电场检测处理在乘客车厢中超越只是对大块头占用者的探测，它们可以是无接触点开关与按钮的核心，座上客用来启动各种控制、窗户及其他功能。这种方法理论上增强可靠性和增长操作寿命。并避免由於接触点侵蚀，污?积累及机械压力所造成的问题。电场检测法也可用来探知挡风玻璃上的水或雾气。
既有这麽多的检测占用座位乘客的选择，到底谁是最好的呢？答案常是一样，“这要看情况。”每一种技术提供成本，放置及一致性能上的折衷需求。

譬如，你必须在汽车设计周期之初就要谨慎设计霍尔效应传感器和电场传感器，反之，可以在後期阶段加入红外线传感器，然而，周围温度及光线影响红外线传感器，设计师须为这些影响作出补偿，并且亦要视察如果传感器没有适当控制时日光普照也会令到检测模糊。可见光影像传感器虽无日光照射问题，但必须对全光照与阴暗环境有动态范围。

车厢比乘客要更多关注，问题都是与照明，温度、气流，以及一大堆电动配件有关，影响乘客的舒适和感知。今日的汽车满布小型电动机，作为窗户及座椅位置调校功能，电动机通常是无电刷类型，兼有霍尔效应元件作为反馈。连接所有这些功能至汽车的神经系统亦是另一项的挑战。

在车内的暖气空气调节一直以来都是很普遍的设施，可是今日的高级乘客都希望豪华汽车的冷热座椅带来有更个人的接触。有数种方法可提供这些舒适座椅。在座椅内里或侧旁装设电气线圈。从而产生热力，又或者安装小型吹风机，输送暖气至座椅上。冷气方面在机械上是更困难，因为冷气要通过小型导管输送到座椅亦是一项挑战。有些贩商采用Peltier冷却器，安放在座椅之下，制造凉快的空气，穿过座椅的通气纤维外套。

不管采用什麽技术，有两种可考虑的。第一种是最明显的；测量座椅温度，从而控制冷热的调节。此外，送风电动机（通常是无电刷）需如霍尔效应元件之类的来维持其旋转及提供反馈往闭环控制电路。

然而，车辆想知道并非单单在座椅的温度，即使车辆缺少座椅冷暖设施，闭环气候控制亦需要知道乘客或车厢内的温度。其中一个方法是在表板上设置一个抽气口。然後由检测温度。但这种方法需表板上有一个保护孔及一个浪费空间的抽气扇。而它告知的是空气温度，而非乘客体温。作为另一类的，有些汽车制造商现在采用对焦红外线传感器，安装在表板上，直接探测驾驶者与乘客的皮肤温度。对於进一步增强气候控制系统。Hamamatsu出产的S3689广角光电传感器，对光波长960nm有高峰响应，能测量车厢内由太阳感生的热力。

由於表板及其仪器面板都是驾驶者与车辆的界面，适当的照明也关注点，阔动态范围可见光传感器在这个场合有用武之地，例如是Microsemi Integrated Product出品的LX1971（高峰响应於520nm），这些安装於表板上的光电传感器提供控制输出，维持表板照明於用户设定的光度上，不管周围灯光、阴间、隧道环境，以及类似的扰乱。

倘若有人偷去你的汽车或你迷失路向，这些传感器没一个能帮助你。汽车贩商及售後警报系统贩商正注视采用最新获证实的技术，以补充现有不足的技术，譬如 Analog Devices出品的 ±1.2g ADXL213灵敏加速表采用MEMS（微电机系统）技术，为high-g气袋失事作出初步研究、检测任何推动、震动、或甚至如果汽车被吊起、被拖或被闯入的话可能出现的慢慢倾侧。

虽然，基於（全球定位系统）的汽车导航系统虽在找寻汽车所处位置上提供强大的辅助。但它们确实存在限制，当卫星信号受到阻隔，譬如在隧道内或者在困难的信号区域（如阻挡信号或令信号反弹的市效峡谷），便进入“黑暗”信号期，装置失去追?或造成混乱。因著此理由，高档的装置已加入10w- g加速度计，补充读数，这种根据於车辆上次已知的位置及自该位置行走的距离更新数据，从而提供无信号计算导航，这种方法虽不及在长距离追踪的准确性，但为到信号掉失空隙提供良好的暂时更新。