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[分享] 新型传感器提高汽车座舱舒适性

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发表于 2016-9-8 17:49:50 | 显示全部楼层 |阅读模式

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汽车制造商和供应商开始采用新型传感器,在自动执行一些任务的同时提高座舱的舒适性和安全性。

座舱舒适性是高级汽车技术的一个关键目标,但是这点常常会被忽视。设计小组采用越来越多的传感器来帮助提高驾驶员及乘客的乘坐舒适度。这些传感器用来提升汽车空调(HVAC)的性能、监控空气湿度,甚至阻止怪味或异味进入车厢内。

让车厢内的乘客可以处于清凉舒适的环境中是汽车内饰设计的最大挑战。开发人员希望在保持乘坐人员舒适度的同时, 可以尽可能地减少HVAC压缩机的运行时间,从而减轻发动机的负荷。要达到这个目的,控制系统需要依赖大量的传感器。

保持清凉

虽然目前的HVAC系统可以提供精确的温度控制,但是在不久的未来,汽车上会采用越来越多的先进系统,通过湿度、空气质量、光线以及辐射传感器来控制整个座舱的环境,意法半导体汽车业务部MEMS传感器技术市场部Michele Portico说道。辐射和光线传感器可以帮助判断何时及向哪里为驾驶员或乘客施加额外的空调气流。

多年来,车厢内空气温度都采用热敏电阻来测量,但是现在许多汽车制造商和供应商都开始放弃这种技术。红外传感器具有指向性,可以对准驾驶员及前座乘客,检测他们的热信号。

这种技术可以针对个人的舒适度提供更加准确的数据。这样不仅可以让人感觉更加舒适,还可以缩短HVAC系统的工作。工程师也在采用新一代的设计,采用更先进的传感器,提供更加精确的测量数据。

红外传感器用来监测车内人体的温度,而不像热敏电阻是用来测量通过风扇的空气温度,Melexis传感器市场经理Vincent Hiligsmann说道。Melexis提供4x 16红外阵列,从整体上对车内温度进行监控。该阵列可以用于乘员的感应,监测驾驶员和乘客的体表温度,甚至通过前排座椅之间的空隙来监测后排乘员的温度。

虽然红外传感器具有诸多优势,但是热敏电阻供应商和用户并没有放弃其已有的市场地位。保时捷、奥迪和宝马采用Preh热敏电阻阵列,不用使用风扇就可以工作。

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如果省去风扇和进气口所需的空间,传感器就可以放在中控台内。此外,噪音对内饰设计人员来说也是一个大问题,省去风扇后,噪音也会相应减少。

日间行车,阳光对乘员舒适度有很大的影响。掌握光线进入车厢内的方式,将有助于HVAC系统更好地工作,为驾驶员和乘客提供最为舒适的温度。越来越多的HVAC系统都开始采用传感器来帮助系统根据阳光光线调节风扇和制冷档位。

光线传感器可以探测到车厢内热量的红外强度,从而判断光线从哪个方向射进来。利用这一点完全可以帮助HVAC系统更好地工作,使车厢内气温保持在舒适的水平,海拉项目管理总监Marc Rosenmayr说道。

节能与保护

虽然车厢内许多传感器都是用来提高驾乘舒适度的,但是这些传感器还可以用来提高车辆安全性,并帮助设计小组达到新的燃油经济性法规要求。随着技术的发展,专注于内饰的工程师也在对安全系统做出调整。在整车设计师殚精竭力想尽一切办法满足CAFE法规要求时,他们也可以参与进来,尽一份力。

空调压缩机的运转消耗大量燃料,任何可以减少其运转时间的办法都可以帮助提升燃油效率。一些汽车制造商的设计小组不断采用新的传感器来维持车厢舒适性和安全性,同时降低燃油消耗。

随着新的燃油经济性法规的实施, 湿度传感器将起到非常重要的作用,Rosenmayr说道。如果天气凉爽但是湿度很高,你可能需要开启空调来消除挡风玻璃上的雾气。湿度传感器可以用来检测空气湿度,判断挡风玻璃是否有雾气。如果雾气已经消除,压缩机就可以关闭。

还有一些传感器还可以为车内驾驶员和乘客提供安全保护。电动车窗常常通过扭矩监控传感器来判断何时反向移动,避免夹到儿童的手指或脖子。

在过去几年内,许多汽车制造商都已经开始采用触觉开关。这些触觉开关还可以整合到密封条内。触觉传感器可以在车窗、车门或行李箱盖对挡在前面的物体施加压力前作出反馈。

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此外,工程师还开发了一些新技术, 在人或宠物挡在移动部件前面时可以使其停止继续移动,比如行李箱盖、移动车门或车窗。这种近距离感应技术已经用于触摸屏上,以后也有望用于车门密封条上。

将电容传感器设计在密封条里,关键是要满足车门的公差设置,把这样一个传感器放到密封条内意味着要满足已有空间大小的要求,同时还要提供更多的功能。我们认为这样一个系统在夹住活的物体比如人或宠物时能够发出停止指令,可以带来许多好处,Otremba说道。

还有一些汽车制造商从气味方面入手来提高乘员的舒适度——防止有味气体进入车厢。通过对空气中化学成份的监控, 一些来自周边环境的刺激性或有难闻气味的气体可以被轻易检测出来。一旦这些气体被检测出来,车辆的进气通风口就会被关闭或开启,具体根据气体传过来的位置决定。

空气质量传感器可以检测出车内以及车外难闻的气体或气味,然后自动启动执行器来调节车内或车厢外的气流,Portico说道。

位置是关键

随着越来越多的传感器进入车厢内, 工程师面临的最大挑战就是如何放置这些传感器。通常的做法是将这些传感器集成在一起,放在一个挡风玻璃中间的位置, 隐藏在后视镜的后面。

该位置不会被遮挡,因此阳光和雨水也可以被监测到。此外,这个位置还可以监测湿度情况,防止车窗上雾而影响整体的舒适性。封装的尺寸约为1.5in,可以将光线、雨水、日照以及湿度传感器都整合在一起,Rosenmayr说道。

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将这么多传感器封装在一个很小的空间内对Cooper Standard公司来说也是一个较大的挑战。车窗和车门密封条必须能够容入有限的空间,而且还要有足够的弹性,这样可以紧密地关闭,防止风燥的出现。

在密封条中加东西总不是一件容易的事,你需要一定的空间才能够保证系统的正常工作,Otremba说道。密封条在生产的时候只能给传感器留有很小的空隙,只能采用细长的传感器。

不管传感器放置在哪个位置,它都要与微控制器进行通讯。传感器的传输速率很低,因此不需要通过LIN或CAN网络。

大多数传感器都采用点对点协议,比如SCI 或PSI,Hiligsmann说道。座椅传感器会采用LIN网络,不过其他传感器都采取与微控制器直接相连的方式,而微控制器再通过CAN总线进行通讯。

手势识别技术受追捧

“隔空取物”一直是魔术师在舞台上常用的手法,但是这种通过手势来完成一项任务的方式很快就将成为汽车上的一种功能。一些汽车制造商和供应商在努力开发手势识别功能,希望可以帮助驾驶员在不分心的情况下执行一些复杂的任务。

现代公司在其一些概念车上展示了通过手势识别来控制音响系统的方式,驾驶员可以通过简单的手势来调节音量大小。丰田和微软也在开发类似的技术。沃尔沃的Concept You通过红外摄像头来捕捉驾驶员的眼神,当驾驶员盯着系统看时显示屏会自动打开。

零部件制造商也在开发相关的技术,使这些姿势识别概念转变成现实。意法半导体和Melexis公司都在推广ToF(time-of-flight)摄像头的应用。这种红外摄像头与雷达有点像,只不过雷达是生成图像的,而它是探测动作的变化的。

ToF摄像头采用模块化的红外LED,在每次脉冲时都会添加一个时间戳,Melexis传感器市场经理Vincent Hiligsmann说道。通过测量光线抵达一个物体以及折返回来的时间,这些LED可以通过三角测量法来确定物体位置。其原理与动作捕捉系统探测人体移动类似。

虽然以上这些研究项目都是用于较大动作识别的,但是还有一些类似的技术可以用于触摸控制中。一些触摸屏现在都有了近距离感应功能,当传感器探测到有手或其他物体接近时,显示屏可以从睡眠模式唤醒。凯迪拉克用户体验(CUE)系统和2014款雪佛兰Corvette车型的触摸屏都带有手势识别功能。

零部件供应商也在增加这些近距离传感器的感应范围,这样驾驶员就不必动作很大,靠得很近,这对操控距离相对较远的中控台上的显示屏还是非常有帮助的。赛普拉斯半导体CapSense触摸屏传感器在一英尺(约30cm)远的地方就可以探测到手指。这样就可以实现让驾驶员通过上下翻动的手势进行菜单翻页等功能。
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