確定傳感器要求

隨著可展開式和齊平式車門把手的發(fā)展，汽車車門把手系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜。在這些系統(tǒng)中，車門把手通常是嵌入式的，與車身齊平，在某些情況下，當(dāng)駕駛員靠近時(shí)，車門把手就會出現(xiàn)。圖 1 展示了汽車門把手中需要位置傳感器的許多功能。車門把手有多種不同的機(jī)械設(shè)計(jì)選項(xiàng)。無論用戶設(shè)計(jì)何種把手（可展開式、固定式甚至拉動(dòng)式），許多相同的傳感技術(shù)都適用。本應(yīng)用簡報(bào)討論了在汽車車門把手設(shè)計(jì)中實(shí)施磁傳感器、電容式傳感器和電感式傳感器的優(yōu)勢。

圖 1 汽車車門把手位置傳感器

把手位置

在可展開式車門把手系統(tǒng)中，把手與車門齊平，并在所需情況下出現(xiàn)在用戶面前。當(dāng)遙控鑰匙在車輛附近時(shí)，用戶的手一接近或輕按把手，把手便會出現(xiàn)。受到觸發(fā)后，執(zhí)行器會將手柄伸出并將其縮回至精確位置。當(dāng)設(shè)計(jì)包含此類移動(dòng)的把手時(shí)，必須精確地跟蹤把手的位置，以免對用戶、把手或其他物體造成傷害或損壞。

監(jiān)控把手位置通過磁式角度傳感器實(shí)現(xiàn)，該傳感器能夠在執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)把手時(shí)，跟蹤嵌入在把手中的旋轉(zhuǎn)磁體的位置，如圖 2 所示。TMAG6180-Q1 是一款具有超低延時(shí)的汽車高精度模擬 AMR 360° 角度傳感器，可選擇用于將角度讀數(shù)與把手位置關(guān)聯(lián)起來。TMAG6180-Q1 非常靈敏，可檢測到把手何時(shí)被觸摸或拉動(dòng)。

此功能也可以通過 3D 線性霍爾效應(yīng)傳感器（例如 TMAG5170-Q1 或 TMAG5173-Q1）實(shí)現(xiàn)，它們都提供集成式 CORDIC 來跟蹤不斷變化的磁場的角度方向。

圖 2 把手位置檢測

門開關(guān)檢測

能夠檢測車門是打開還是關(guān)閉是確保駕駛員和乘客安全的一項(xiàng)關(guān)鍵功能。為了確保安全，駕駛員需要知道車門是打開還是關(guān)閉，這一點(diǎn)非常重要。打開和關(guān)閉檢測通常通過具有彈簧加載柱塞的機(jī)械開關(guān)來實(shí)現(xiàn)，該柱塞在車門關(guān)閉時(shí)進(jìn)行壓縮，在車門打開時(shí)釋放。但是，此設(shè)計(jì)中的機(jī)械器件隨著時(shí)間的推移很容易損壞。

另一種非機(jī)械實(shí)現(xiàn)方案使用低功耗、高精度霍爾效應(yīng)開關(guān)，例如 TMAG5131-Q1。該器件通過感應(yīng)是否存在嵌入門框中的磁體來檢測門何時(shí)打開或關(guān)閉，如圖 3 所示。

圖 3 門開關(guān)檢測

軟觸控和手接近檢測

軟觸控或手接近檢測功能支持駕駛員的手通過輕按動(dòng)作，或一出現(xiàn)，就會觸發(fā)汽車系統(tǒng)內(nèi)的不同操作。在可展開式車門把手中，如果用戶必須關(guān)閉無鑰匙進(jìn)入功能，這可以作為觸發(fā)把手展開的替代方法。在固定式平齊車門把手中，把手是嵌入車輛的表面或空腔，不會移動(dòng)。在這種情況下，可通過對把手進(jìn)行軟觸控或手接近檢測，來觸發(fā)車門打開。

這些功能可以通過電容式或電感式傳感器來實(shí)現(xiàn)。在基于電容的設(shè)計(jì)中，如圖 4 所示，門把手上或周圍的金屬或?qū)щ妭鞲衅鬟B接到 FDC1004-Q1，當(dāng)用戶的手在附近時(shí)，它可以感應(yīng)電容的變化。FDC1004-Q1 是一款汽車 4 通道電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器，具有有源屏蔽驅(qū)動(dòng)器和每個(gè)通道的可配置閾值。

圖 4 使用電容式傳感器進(jìn)行軟觸控或手接近檢測

在基于電感的設(shè)計(jì)中，如圖 5 所示，PCB 上的傳感器線圈上方放置了一個(gè)平坦的金屬目標(biāo)，這些線圈連接到 LDC3114-Q1。當(dāng)用戶輕輕按壓時(shí)，金屬目標(biāo)會略微發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而使 LDC3114-Q1 檢測到的電感發(fā)生變化。臟污、潮濕、油膩或溫度不斷變化的環(huán)境往往會給替代傳感技術(shù)帶來問題，而電感式觸控設(shè)計(jì)可在這類環(huán)境中可靠運(yùn)行。

圖 5 使用電感式傳感器進(jìn)行軟觸控檢測

按鈕按下檢測

汽車車門和車門把手的某些方面使用實(shí)際的按鈕按壓功能，例如發(fā)動(dòng)機(jī)罩觸控按鈕、車門鍵盤、按鈕或尾門釋放系統(tǒng)。通常，此功能是通過基于接觸的機(jī)械實(shí)現(xiàn)來實(shí)現(xiàn)的。

通過采用非接觸式電感式感應(yīng)設(shè)計(jì)，可在這些系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)更高的可靠性和使用壽命。嵌入按鈕或把手中的金屬目標(biāo)被按下并向 PCB 上的傳感器線圈偏轉(zhuǎn)，類似于圖 5 中所示的行為。LDC3114-Q1 等電感數(shù)字轉(zhuǎn)換器連接到傳感器線圈并檢測電感的變化。電感式感應(yīng)設(shè)計(jì)不僅可以檢測按鈕是否已被按下，還可以檢測按壓幅度。

總結(jié)

隨著車門把手的不斷演變，與傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)相比，各種感應(yīng)技術(shù)有助于優(yōu)化安全性、可靠性和用戶體驗(yàn)?？紤]表 1 中列出的以下用于汽車車門把手系統(tǒng)的位置感應(yīng)器件。

建議使用的器件

參考資料

• 德州儀器 (TI)，TI-MAGNETIC-SENSE-SIMULATOR，仿真工具。
• 德州儀器 (TI)，使用位置傳感器進(jìn)行設(shè)計(jì)：汽車門把手，視頻。
• 德州儀器 (TI)，LDC-HALL-HMI-EVM，EVM 工具文件夾。
• 德州儀器 (TI)，適用于 HMI 按鈕應(yīng)用的電感觸控系統(tǒng)設(shè)計(jì)指南，應(yīng)用手冊。
• 德州儀器 (TI)，適用于汽車應(yīng)用中 HMI 的電容式、電感式和霍爾感應(yīng)，應(yīng)用手冊。
• 德州儀器 (TI)，電感觸控和磁旋鈕非接觸式用戶接口參考設(shè)計(jì)，參考設(shè)計(jì)。
• 德州儀器 (TI)，LDC1314KEYPAD-EVM，EVM 工具文件夾。