傳感器正用于對(duì)汽車乘客區(qū)進(jìn)行全面檢測(cè)。
要點(diǎn)
·傳感器在轎車中的用途遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了動(dòng)力系統(tǒng)領(lǐng)域和安全領(lǐng)域。
·乘客區(qū)是傳感器使用量增長(zhǎng)的領(lǐng)域，尤其是占用情況檢測(cè)。
·具有諷刺意味的是，傳感器必須使用多種技術(shù)，才能弄清楚人們顯而易見(jiàn)的細(xì)節(jié)。
今天的轎車裝滿了傳感器，用以提供性能和安 全的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。一開(kāi)始，傳感器是信號(hào)路徑中的第一條鏈路，用來(lái)監(jiān)視引擎和傳動(dòng)系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)，比如氧氣、流體、溫度、電壓和電流，但它們的用途很快擴(kuò)大到了來(lái)自各種致動(dòng)器和電動(dòng)機(jī)的反饋回路，其中包括防抱死系統(tǒng)和電動(dòng)窗電動(dòng)機(jī)。當(dāng)然，傳感器對(duì)于氣囊部署系統(tǒng)的碰撞傳感是至關(guān)重要的。
傳感器的應(yīng)用并不僅僅局限于檢測(cè)關(guān)鍵的汽車操作和安全因素或向轎車必須安裝的 OBD（車載診斷）系統(tǒng)報(bào)告（參考文獻(xiàn) 1）。OEM 們對(duì)傳感器的信心已隨傳感器的功能和可靠性的提高而提高，而且傳感器成本已降低，因此傳感器目前在乘客區(qū)中起著更多不同的作用——使乘客區(qū)安全、舒適、便利和一應(yīng)俱全。轎車和卡車越來(lái)越多地提供家庭娛樂(lè)項(xiàng)目——但卻是在四個(gè)或更多個(gè)輪子的車上提供，乘客區(qū)及其占用者的每一方面都要接受評(píng)估。
我知道你在那里
傳感器始終存在描述簡(jiǎn)單的目標(biāo)物理變量和具體安裝現(xiàn)實(shí)情況之間的矛盾。大多數(shù)傳感器可測(cè)量人們很熟悉的容易理解的因素，比如溫度、壓力、照明度、流量或速度。但是，當(dāng)您檢查這種情況的細(xì)節(jié)和約束條件時(shí)，您很快會(huì)明白：在這個(gè)條塊分割、高度專用的世界里，為什么有這么多傳感器（見(jiàn)附文《為了封裝、服務(wù)和保護(hù)》）。當(dāng)傳感器必須測(cè)量人們看一眼就能明白的細(xì)節(jié)，但卻必須用某種間接方法來(lái)推斷其評(píng)估時(shí)，對(duì)傳感器的選擇可能特別令人沮喪。
這種情況是對(duì)乘客占用情況檢測(cè)傳感器的寫照。汽車氣囊越來(lái)越復(fù)雜，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了最初為司機(jī)和前座乘客準(zhǔn)備的單一迎面碰撞氣囊。轎車目前配備了防側(cè)撞氣囊、氣囊簾和多個(gè)排列復(fù)雜的氣囊，還配備有與碰撞的角度和速度匹配的分段氣囊。然而，如果氣囊部署得過(guò)于侵略性，或者如果乘客是一名兒童，受到全面部署的氣囊打擊，那么氣囊也可造成乘客受傷甚至死亡。
由于這些原因，汽車制造商們想讓氣囊部署系統(tǒng)知道對(duì)于人來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)的信息：乘客數(shù)量、乘客的座位與坐姿、體格大小以及是否有人坐在兒童座位上。這些問(wèn)題問(wèn)起來(lái)容易，但卻很難利用成本有效的可靠技術(shù)來(lái)回答。汽車廠商們正在使用不同方法，其中包括壓力（重量）測(cè)量、成像（可視圖像和紅外線圖像）甚至電場(chǎng)檢測(cè)。
確定誰(shuí)坐在轎車中的一個(gè)明顯辦法就是測(cè)量每位乘客產(chǎn)生的座位壓力，使每個(gè)座位成為一個(gè)基本的磅稱。實(shí)際上，使用一個(gè)壓力傳感器，如到處使用的硅應(yīng)變傳感器或霍爾效應(yīng)傳感，是不夠的，因?yàn)樽�、嬰兒座位甚至一袋雜貨都會(huì)影響傳感器讀數(shù)（圖 1）。因此，廠商們使用基本壓力傳感器或者霍爾效應(yīng)傳感器陣列來(lái)產(chǎn)生每個(gè)座位上的重量分布圖。根據(jù) Allegro Semiconductor 公司的說(shuō)法，一個(gè)典型的座位總共有 14 ～ 16 個(gè)霍爾傳感器的輸出，因此占用情況檢測(cè)器系統(tǒng)能夠評(píng)估這個(gè)人的體格大小，或者，如果它是在評(píng)估轎車座位，它就能評(píng)估座位是否被占用。該系統(tǒng)既有各種讀數(shù)，又有其它數(shù)據(jù)，比如來(lái)自安全帶系統(tǒng)的信息，表明安全帶是否扣好以及帶上的拉力。
圖1，設(shè)計(jì)師在轎車中單獨(dú)使用 IC 霍爾效應(yīng)傳感器（比如 Allegro Microsystems 公司生產(chǎn)的這種傳感器）進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制反饋，或成群地使用它們進(jìn)行乘客占用情況檢測(cè)。
工程師們必須把這些傳感器設(shè)計(jì)并制造到座位結(jié)構(gòu)中，不能在轎車的內(nèi)部設(shè)計(jì)完成以后才把它們作為附件設(shè)計(jì)進(jìn)去。傳感器 OEM 們確確實(shí)實(shí)必須按照經(jīng)常反復(fù)念叨的老話去做：及早與汽車廠商或越來(lái)越多地與子系統(tǒng)供應(yīng)商們（他們把完整的高級(jí)組件作為插入式部件提供給汽車制造商）合作，提供完整的解決方案，而不只是 IC。
解決座位是被占用問(wèn)題的另一種方法是使用幾個(gè)紅外線成像傳感器。這種方法以電子方式來(lái)操縱這種熱電堆陣列，（據(jù) Melexis 等廠商說(shuō)它采用的元件有100個(gè)之多），因此它能掃描汽車中的各個(gè)座位位置。MLX90247 陣列——它通常安裝在轎車車頂?shù)难b飾物中，作為圓頂燈組件的一部分，或在其附近——使用一個(gè)聚焦的視野來(lái)避免把司機(jī)混淆為乘客。除了一個(gè)鏡頭以外，它還需要一個(gè)溫度測(cè)量器件（如熱敏電阻），以便在環(huán)境溫度范圍內(nèi)對(duì)陣列的讀數(shù)進(jìn)行冷端補(bǔ)償。
一些廠商提供的不是紅外線傳感，而是可見(jiàn)光成像。Micron Technology 公司提供一種 1050 ～450 納米 CMOS 圖像傳感器，其敏感范圍包括可見(jiàn)光波段以及近紅外波段。在白天，這種 750x480 像素傳感器使用自然光；在晚上，它使用發(fā)射紅外線的 LED 來(lái)照明。它設(shè)計(jì)用來(lái)與中等速度的 DSP 配合，以 10 位/像素的分辨率和 100幀/秒的成像速率捕獲并評(píng)估一幀幀圖像，以便在碰撞發(fā)生、氣囊彈出時(shí)，確定乘客的確切位置和方向（甚至能知道是前傾還是側(cè)傾）。為了降低 DSP 的處理負(fù)荷，算法評(píng)估整個(gè)圖像畫面，然后只對(duì)畫面中乘客部分進(jìn)行下一步分析。
不論汽車制造商更喜歡可見(jiàn)光傳感器還是紅外線傳感器，他們都必須做出其它決定，其中包括是使用單個(gè)成像陣列還是成對(duì)的立體成像陣列，是使用彩色傳感器還是黑白傳感器，甚至是否將傳感器陣列裝在轎車內(nèi)不同部位以便提供不同視角圖像。
別忘了場(chǎng)論
雖然檢測(cè)座位壓力和圖像傳感都是有效的方法，但是一種更微妙的方法則是 Freescale Semiconductor 公司（曾是 Motorola 公司的一部分）和 Elesys 公司合作研制的一種系統(tǒng)的基礎(chǔ)。這種方法就是“電場(chǎng)傳感”，它利用各種物體因具有帶電原子而產(chǎn)生的電場(chǎng)。電場(chǎng)傳感是一種 3D 圖像傳感形式，利用多個(gè)電極收集到的信號(hào)來(lái)“描繪”座位占用情況。
Freescale 公司的 MC33794 是此類電場(chǎng)傳感器的核心（圖 2）。它內(nèi)部有一個(gè) 120kHz 振蕩器，可將信號(hào)通過(guò)一個(gè)內(nèi)部電阻器發(fā)送到傳感器的各個(gè)電極。內(nèi)部電阻器上的電壓降是電極對(duì)地電容的函數(shù)。這種加在MC33794 的 9 個(gè)電極上的電容性負(fù)荷構(gòu)成了被傳感的電場(chǎng)。
