【導(dǎo)讀】如今，汽車正在從傳統(tǒng)的交通工具，轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€大型的智能設(shè)備。在汽車智能化之路上，離不開傳感器和光源這兩大關(guān)鍵技術(shù)。傳感器是一切信息來源的核心關(guān)鍵，而光又是傳感信息采集中最簡潔直接、高效且不受干擾的方式。作為智能傳感器和發(fā)射器的領(lǐng)導(dǎo)者，艾邁斯歐司朗正引領(lǐng)著光與傳感技術(shù)的深度融合，為未來的智能汽車描繪出一幅“更注重全生命周期用戶體驗、更具情感溫度”的全新圖景。
如今，汽車正在從傳統(tǒng)的交通工具，轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€大型的智能設(shè)備。在汽車智能化之路上，離不開傳感器和光源這兩大關(guān)鍵技術(shù)。傳感器是一切信息來源的核心關(guān)鍵，而光又是傳感信息采集中最簡潔直接、高效且不受干擾的方式。作為智能傳感器和發(fā)射器的領(lǐng)導(dǎo)者，艾邁斯歐司朗正引領(lǐng)著光與傳感技術(shù)的深度融合，為未來的智能汽車描繪出一幅“更注重全生命周期用戶體驗、更具情感溫度”的全新圖景。
艾邁斯歐司朗的產(chǎn)品涵蓋了車輛周身的關(guān)鍵光學(xué)應(yīng)用，包括前照燈、信號燈、內(nèi)飾功能性照明等領(lǐng)域。在激光雷達(dá)發(fā)射器、雨量傳感器和艙內(nèi)傳感等高科技領(lǐng)域，艾邁斯歐司朗同樣占據(jù)著行業(yè)領(lǐng)先的地位。這些創(chuàng)新的光學(xué)和傳感技術(shù)為未來智能汽車的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。
在智能汽車的發(fā)展道路上，安全性始終是至關(guān)重要的考慮因素。艾邁斯歐司朗在對光學(xué)和傳感技術(shù)的不斷創(chuàng)新中，也密切關(guān)注著駕駛安全技術(shù)的進(jìn)步。其中，HOD（Hands Off Detection，離手檢測）技術(shù)便是一個突出的例子。由于越來越多的汽車引入自動駕駛技術(shù)，對L2+以上的自動駕駛車，有要求加入HOD的檢測功能。HOD技術(shù)能夠通過傳感器檢測駕駛員是否將手放在方向盤上，如果駕駛員的手離開方向盤超過一定時間，系統(tǒng)會發(fā)出警告，提醒駕駛員注意。HOD技術(shù)可以有效提高駕駛員在自動駕駛過程中緊急避險能力，從而增加駕駛安全性。這些傳感器往往需要極高的靈敏度和可靠性，而這正是艾邁斯歐司朗所擅長的領(lǐng)域。
電容傳感：重塑HOD技術(shù)
汽車行業(yè)對HOD技術(shù)的需求主要來自以下幾個方面：一是自動駕駛的要求，如進(jìn)行車道保持輔助駕駛；二是標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的要求，例如歐洲經(jīng)濟委員會（ECE）的R79標(biāo)準(zhǔn)要求，當(dāng)車速超過60公里/小時時，車輛必須具備HOD功能；三是公共安全要求，例如防止被乘客搶奪方向盤；四是HOD技術(shù)可以提醒駕駛員注意道路情況，避免因分心駕駛而引發(fā)事故。
其實，HOD（離手檢測）技術(shù)并非一項新技術(shù)，目前市面上已有多種HOD技術(shù)方案：
l 一種方案是基于扭矩傳感的測量，但是該方案具有很大的缺點，它必須要轉(zhuǎn)動方向盤才能識別。而且無法識別手部的姿態(tài)，人為很容易騙過該方案，比如掛一個重物。這種方案已經(jīng)在陸續(xù)退出市場。
l 另外一種是基于光學(xué)系統(tǒng)的圖像傳感及分析。它采用一系列補光器+驅(qū)動+攝像頭做組成的多芯片方案，可以進(jìn)行高精度的手部探測，但是該解決方案也在無形中增加了成本。另外，由于視角的死區(qū)，它也不可能完全觀察到司機的手是否真的在方向盤上，所以也存在一定的風(fēng)險。
l 現(xiàn)在比較流行的方案是用電容式傳感測量。這種方式是在方向盤里面包裹的導(dǎo)電金屬絲或?qū)щ娊饘倬W(wǎng)來作為一個電極，利用電極與握在方向盤上手之間的形成的電容變化來做一個判別。其優(yōu)點是無需轉(zhuǎn)動方向盤，就能進(jìn)行高精度的手部探測。而且是單芯片設(shè)計，成本相對較低。這也是艾邁斯歐司朗比較推薦的解決方案。
比較常用的電容傳感方案通常是基于時間的解決方案。該方案是基于電容器（C）通過電阻器（R）的充電時間（T），其中R和C的乘積給出了對應(yīng)的電容值的時間測量。這種方法雖然簡單，但當(dāng)涉及到復(fù)雜的環(huán)境，如潮濕的方向盤或手接觸時，或戴厚手套握方向盤時，在回路中出現(xiàn)寄生電阻，使本應(yīng)在測量回路中恒定的電阻R發(fā)生變化，從而引起了測量電容值的誤差。這可能導(dǎo)致電容測量的不準(zhǔn)確，這在方向盤離手檢測中會造成一些誤判等問題。現(xiàn)許多客戶發(fā)現(xiàn)此方案存在的問題。
圖片來源：艾邁斯歐司朗
鑒于這些痛點和難題，艾邁斯歐司朗研發(fā)了一種新型的阻抗計量解決方案，也稱為是I&Q正交法。這種方法利用兩個正交的解調(diào)分量來分別測量電阻R和電容C，通過這種正交解調(diào)的方式，可以將阻抗包含有電阻成份和電容成份分離，并分別測量。進(jìn)一步通過矢量的計算方法來得到一個代表阻抗的矢量值。
下圖展示了艾邁斯歐司朗利用I&Q正交法進(jìn)行電容檢測的系統(tǒng)架構(gòu)和工作原理。整個系統(tǒng)由傳感器、發(fā)射器、接收器和輸出接口組成。通過發(fā)送一個正弦波電流在負(fù)載上，負(fù)載由方向盤系統(tǒng)的本身阻抗及手握方向盤引起的阻抗變化所組成，通常來說，負(fù)載中的電阻的大小決定負(fù)載上的電壓信號的幅度大小，而電容成份會決定負(fù)載上有信號相位的變化大小。負(fù)載上的電壓信號經(jīng)過采集放大和濾波后，輸入到同相和正交解調(diào)器。同相解調(diào)器測量信號的同相分量（I），而正交相檢測器測量信號的90度相位差分量（Q）。得到對應(yīng)電阻成份的的I和對應(yīng)電容成份的Q分量，通過濾波器（Filter）處理，以去除噪聲，并進(jìn)行偏移補償性。最終自動測量的結(jié)果是負(fù)載的阻抗中電阻和電容的變化量。
圖片來源：艾邁斯歐司朗
在實際的車輛應(yīng)用檢測解決方案中，會在其中嵌入一個電極。當(dāng)手接觸方向盤時，人體與電極間的電容和電阻值發(fā)生變化，從而改變了振蕩信號的幅度或相位，這個信號一般在45-125KHz之間。這種方法的優(yōu)勢在于能夠更準(zhǔn)確地區(qū)分電阻和電容，從而準(zhǔn)確測量出阻抗。而且不受濕手、手套等影響，也不會通過在傳感器附近放置物體來進(jìn)行作弊，能夠很好的識別出寄生電阻。因此能夠在復(fù)雜的車輛環(huán)境中準(zhǔn)確地檢測人手離開方向盤與否，從而提高系統(tǒng)的可靠性和用戶體驗。
AS8579芯片：高精度、多功能、小尺寸，HOD技術(shù)新選擇
艾邁斯歐司朗推出的AS8579芯片是一款專為HOD（離手檢測）市場應(yīng)用設(shè)計的先進(jìn)產(chǎn)品，具備10個獨立測量通道，能夠進(jìn)行精準(zhǔn)的電容采集。這款芯片支持4種不同的頻率測量來進(jìn)行精確的阻抗檢測，還增加了主動屏蔽功能，從而避免雜散的寄生電容對測量值的影響。AS8579不僅完全滿足ISO26262安全標(biāo)準(zhǔn)，及完善的安全機制，達(dá)到ASIL B的安全等級，并符合汽車AEC-Q100 Grade1標(biāo)準(zhǔn)。
AS8579的卓越特點在于其具有高靈敏度和14bit分辨率，測量范圍從20到2000pF。而且能通過DC偏置調(diào)整以補償溫度變化，有效克服溫度影響，確保測量的穩(wěn)定性。
圖片來源：艾邁斯歐司朗
AS8579采用小尺寸的SSOP24封裝，使系統(tǒng)設(shè)計更加緊湊。同時，對于方向盤離手檢測的應(yīng)用，現(xiàn)在很多方向盤都添加了加熱功能，AS8579芯片可以直接復(fù)用方向盤加熱絲作為傳感，可以節(jié)省客戶的成本。
圖片來源：艾邁斯歐司朗
AS8579芯片除了能用于自動駕駛領(lǐng)域的方向盤離手檢測，還可以對車內(nèi)乘客進(jìn)行檢測，如座位占用情況檢測。還可以用于其他電容式內(nèi)部控制和開關(guān)，如空調(diào)、收音機、導(dǎo)航等。由于AS8579芯片具有10條感知線路，最多可以檢測10個不同的區(qū)，所以它還可以用于一些方向盤按鍵或接近傳感的應(yīng)用當(dāng)中。例如在方向盤當(dāng)中，可以檢測是左手還是右手握方向盤。
車載電容的更多應(yīng)用案例
車載電容的應(yīng)用不止于方向盤的離手檢測，在燃油液位傳感、占座傳感、后備箱開啟、車內(nèi)控制開關(guān)等許多場景中，電容技術(shù)也具有廣泛的應(yīng)用前景。
l 電容觸摸式按鈕：電容觸摸式按鈕是車載電容技術(shù)的典型應(yīng)用場景之一。在汽車內(nèi)的智能表皮上，電容觸摸式按鈕可以做成半透明的，其背后隱藏了LED指示燈，用來完成開關(guān)控制、音量調(diào)節(jié)、空調(diào)調(diào)節(jié)等功能。
l 座位檢測：電容傳感還可以用于座椅檢測，結(jié)合座椅加熱的加熱毯，有效檢測出座椅上的人員或物品在占位狀況，可以防止如兒童遺留問題的發(fā)生。
l 門把手開關(guān)：電容傳感還可以用于門把手的開關(guān)的檢測，艾邁斯歐司朗的新一代產(chǎn)品，可以增加到10公分的離手距離，當(dāng)人接近到10公分時喚醒鑰匙，可以達(dá)到很好的省電。
l 后備箱開啟：艾邁斯的車載電容產(chǎn)品有多個感知點，所以除了可以檢測人體接近的狀態(tài)之外，還可以檢測左右滑動或螺旋的動作，這就很好的將電容傳感應(yīng)用于后備箱開關(guān)的操作。
結(jié)語
通過將HOD技術(shù)這一關(guān)鍵創(chuàng)新融入其廣泛的產(chǎn)品組合，艾邁斯歐司朗正展現(xiàn)出對于安全、可靠且高度互動的智能汽車未來的承諾。基于電容傳感技術(shù)的HOD解決方案不僅展示了他們在智能汽車領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)力，也為消費者提供了更為豐富和深入的駕駛體驗。
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