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智能座艙傳感應用如何選擇合適光源

發布時間:2022-8-23 10:21    發布者:傲壹電子
近年來,隨著智能化、電動化正在成為汽車的核心競爭力,汽車半導體的市場需求規模也在不斷加速增長。IDC預計全球汽車半導體市場規模在2026年將達到669.63億美元,2022-2026年復合增長率為4.7%,高于整體半導體市場的3.2%。因此,汽車成為了近年各大半導體廠商紛紛著重布局的業務。

而汽車智能化的浪潮中,智能座艙是其中的核心之一。作為全球領先的光學解決方案商,艾邁斯歐司朗近期展示了其汽車與出行領域的最新技術,包括智能座艙傳感、可見光應用等等。

智能座艙傳感應用,如何選擇合適光源?

隨著輔助駕駛系統的逐漸普及,為了對駕駛員的狀況進行監測并及時作出安全性提醒,比如駕駛員疲勞駕駛、雙手離開方向盤、行駛中駕駛員視線偏離路面等情況,催生出對DMS駕駛員狀態監測系統的需求。

據艾邁斯歐司朗現場應用工程師蘇陽介紹,對于汽車艙內傳感的應用,艾邁斯歐司朗將其定義成三個部分,包括DMS、艙內監控(IMS)、手勢識別系統。而這三大應用中,采用的光源基本都是紅外光,艾邁斯歐司朗主要提供的正是這些系統中的紅外光源部分。

而對于DMS實際的應用,不同客戶會有包括安裝位置等的不同需求,艾邁斯歐司朗有不同的紅外光源產品可以推給客戶。比如客戶需求是將DMS安裝在汽車座艙內A柱上,這對模組的體積有一定要求,而根據這種需求,VCSEL可以使整個模塊體積大大減小,較好的散熱性能會更適合用于A柱場景中。

艾邁斯歐司朗針對艙內的DMS應用,提供了兩種VCSEL紅外光源產品。Tara2000-AUT可以滿足模塊小型化的需求,同時散熱性能耗,且具有多FOI(照明范圍)、940nm和850nm兩種波長可選。Tara2000-AUT-SAFE則在Tara2000-AUT的基礎上,增加了人眼安全保護功能。

艾邁斯歐司朗還提供了三款LED紅外光源產品:Oslon Black,可定制透鏡角度;Piccolo,可實現LED小型化;SYNIOS,可提供無透鏡裸片,讓客戶在設計上更加自由。

當然,DMS和IMS的應用其實類似,最大的不同在于DMS只需要關注駕駛員的狀況,而IMS趨向于監測全車乘客狀態,所以在光源部分可以通用。

手勢識別也是目前很多新能源車型的智能座艙中的一種操作模式,通過識別用戶手勢來進行對車內座艙各種功能的操作。在手勢識別上,艾邁斯歐司朗主推VCSEL激光產品,VCSEL紅外光源與ToF傳感器可以搭建成手勢識別模塊。

那么VCSEL和LED該如何選擇?蘇陽表示可以從四個方面來對比。

首先在窗口效率上,紅外VCSEL會更高,在覆蓋到傳感器視場角的區域內,從中心往外擴散后用勻光片進行導光補償,令其在窗口上的效率更高。而LED相對的棱鏡是用光錐的方式投射出去,所以會出現中間亮,周圍一圈越來越暗的情況。因此汽車艙內的紅外LED,可能會用兩顆以上的方式進行光源的疊加,并且會用一個外加的透鏡進行二次的光形整合,那樣可以達到一個比較好的效果。

光源的均勻性不同,會影響到圖像質量。VCSEL的均勻性較好,從圖表上看,中心點較弱而兩側較強,可以彌補它在平面上面光強比較弱的情況。而LED則是中間亮,兩邊暗,這是由于LED模組上的透鏡,導致其均勻性的差異。

VCSEL的發光波長范圍較小,940nm VCSEL的波長可能在正負5到10納米的范圍區間,這樣的窄波長產品在實際應用中,大部分的光可以被CMOS傳感器接收到,濾光片的濾光效果不會把這一部分的能量進行過濾,這樣整體在模組中使用VCSEL的數量可以更少,單顆的能量不會有一部分被濾光片吸收掉,效率會更高。不過窄波長也會產生激光的相干性,容易形成失效點,因此在眼球追蹤的應用中成功率會降低。

紅外LED波長范圍較大,寬波長使其不會像VCSEL激光產生相干性。因此在DMS做眼球追蹤功能的時候,可以更容易實現眼球的定位捕捉。

另外,VCSEL支持快速開關驅動,瞬時功率更大,在手勢識別等應用上可能會用到60MHz以上的驅動頻率,使它可以在幾納秒之內可以將電流提高至2A甚至以上。而紅外的LED驅動脈沖可能會有拖尾的情況,驅動時間最低也需要10-20納秒左右,因此紅外LED在一些高頻驅動使用的條件下面,可能無法達到客戶要求的大電流。

方向盤電容式離手檢測

方向盤離手檢測同樣是目前智能駕駛系統中的重要一環,目前市面有三種方案:第一種是基于扭矩傳感的檢測,這種方案的好處是,可以復用原有方向盤上的扭矩傳感器,成本最低。但缺點也是顯而易見的,就是需要人手對方向盤施加力,也無法識別手的姿態,并且很容易通過在方向盤上掛上重物來欺騙系統。

第二種方案是基于DMS紅外的攝像頭系統。通過視覺的方式來檢測,雖然可以識別到手的姿態,但無法判斷手是否與方向盤有接觸。

第三種是電容式傳感,這種方案可以檢測手是否接觸到方向盤,包括用一些物理的機制去檢測你的手是左手還是右手,或者有幾根手指握在方向盤上,包括握的力道,都能通過電容值變化的方式進行感知,精度較高。除此之外,由于具備加熱功能的方向盤上的加熱絲本身有導電的感知層,所以電容式傳感方案可以復用這里的感知層,利用開關管進行分時復用,就可以實現加熱的同時起到感知作用。

針對電容式離手檢測應用,艾邁斯歐司朗推出了AS8579芯片,具有10路通道,客戶可以進行分區使用,甚至可以作為其他電容功能按鍵使用。同時這款芯片支持電阻和電容雙測量方式,14bit的阻抗測量分辨率,測量范圍在2-2000pF,功能的安全達到ASIL B的等級。

AS8579在封裝方面,采用了小型化的SSOP24的封裝,可以使系統更加緊湊,降低附加成本。同時,考慮到上述應用在國內相對較新,客戶上手可能會遇到困難,因此艾邁斯歐司朗對AS8579的相關支持也較為豐富,包括規格書和評估板、PCB的設計指南、還有軟件基礎代碼的支持等等。

小結

在汽車智能化的浪潮下,在汽車座艙內,人機交付需要持續地創新,而這種情況下,在智能座艙內應用傳感技術感知用戶狀態的需求顯得尤為重要。目前,除了DMS等用到的紅外光源以及電容式離手檢測芯片外,艾邁斯歐司朗還將其領先的光學技術,比如光源、照明等產品帶到車載屏幕背光、車內氛圍燈等應用上,賦能智能座艙。隨著傳感、光源等技術的進一步升級,未來可以期待智能座艙能夠為用戶帶來高質量的體驗。


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