传感器在汽车设计和测试领域的应用分析

在汽车领域，使用雷达，摄像机，激光（LIDAR，一种可以通过激光脉冲照射车辆或物体来测量距离的光探测和测距技术），红外和超声波传感器系统通过防止因驾驶员错误，注意力分散，注意力不集中和困倦而导致的事故，大大提高了安全性。过去，这些和其他汽车安全系统是放置在车辆内的独立的非集成技术，用于定位静止物体并跟踪移动目标，以警告驾驶员可能存在于道路前方的任何危险。然而，传感器融合现在有助于组合来自各种不同传感器的信息，以减少响应时间并提高准确性（有关该主题的介绍，请参阅TechZone文章“传感器融合：基础知识”）。

基本上，传感器融合结合了多种传感技术的优势，并专业地管理这些输入。来自许多来源的传感数据的这种组合意味着通过组合将改善从各个传感器提供的数据，使得传感器能够集体地进行比单独实现的更多。

传感器数据的融合正在成为这样的标准。基于车辆的区域：

制动 - 自动制动，智能制动辅助

巡航控制 - 全速和范围自适应控制

驾驶员警报 - 前方碰撞警报

视觉 - 后视摄像头，平视显示器

传感器融合的主要目标是提供，车道偏离信号，侧盲点监控，后方交叉路口警告高水平的安全性。内部传感器测量车辆运动，而外部传感器测量车辆周围的物体。传感器还可以与基础设施（交互式道路标志，交通信号等）以及与其他网络连接的车辆通信。控制器区域网络（CAN）能够理解传感器通信，管理执行器，控制器和融合框架，以提供安全的运输。

传感器融合系统结合了硬件，相关算法，模拟器和建模工具来开发一个平台，使用同时提供的所有数据，以确保和提高现代乘用车的安全性。 “传感器融合”和“数据融合”是通常用于表示相同事物的术语。它们都合并来自多个来源的数据。数据融合使用原始数据在传感器附近进行，但传感器融合，借用主厨Emeril Lagasse的白话，“将其提升一个档次。”对于汽车应用，还必须有一定程度的许多其他应用中不需要冗余，以确保系统的安全性和可靠性。高性能导航，惯性测量，卫星定位和测距等提供必要的冗余。

在汽车设计和测试领域，传感器包括传感器，称重传感器，加速度计，线性可变差动变压器（LVDT），扭矩计，温度传感器，陀螺仪，流体属性分析仪，以及微型压力和力传感器。这些器件都很关键。现在让我们看几个例子。

STMicroelectronics AIS326DQ MEMS惯性传感器（图1）是一款三轴低g加速度计，带数字输出，包括一个传感元件和IC接口，能够使用传感信息通过SPI串行接口或I²C兼容接口向外部世界提供测量的加速度信号。传感器检测并测量所有轴的带宽为640 Hz的加速度，并在-40°至+ 105°C的温度范围内指定。

图1：AIS326DQ意法半导体的MEMS惯性传感器。

IC接口采用CMOS工艺制造，供应商声称可实现高度集成。工程师可以设计一个工厂修整的专用电路，以更好地匹配传感元件的特性。 AIS326DQ具有±2 g，±6 g的用户可选满量程，可以测量所有轴的640 Hz带宽。可以根据应用要求相应地选择设备带宽。自检功能允许用户检查系统的功能。汽车应用包括防盗和惯性导航，运动激活功能，振动监测，补偿和倾斜测量。

STMicroelectronics的另一种传感器通常用于车内导航。 A3G425D（图2）是一款低功耗三轴角速率传感器，旨在提供零速率水平稳定性和温度与时间灵敏度。

图2：STMicroelectronics的A3G425D引脚说明和图表

运动传感器具有2.4至3.6 V的宽电源电压，集成的低通和高通滤波器，用户可选带宽，低电压兼容I/Os（1.8 V），嵌入式断电和睡眠模式，嵌入式温度传感器，高冲击耐受性，并符合AEC-Q100认证。据称该器件在整个温度和时间内具有超稳定性。该器件包括一个传感元件和一个IC接口，能够通过标准的SPI数字接口为外界提供测量的角速率。还提供兼容I²C的接口。

考虑到传感器融合的部件的另一个很好的例子是霍尼韦尔传感与控制的6DF系列六自由度惯性测量单元（IMU）传感器。这些设备旨在通过耐用的单个设备提供运动，位置和导航感应。使用MEMS技术，IMU可以感知三个垂直轴（波动，起伏和摇摆）的平移运动以及围绕三个垂直轴（滚转，俯仰和偏航）的旋转运动。鉴于沿三个轴的运动和旋转彼此独立，这种运动据说具有“六个自由度”.6DF系列IMU测量运动并使用行业标准CAN SAEJ1939将数据传送到控制模块通信协议。

图3：霍尼韦尔传感与控制的IMU，针对汽车设计的恶劣环境。

该设备提供高精度的六维旋转和加速度耐用包装，卓越的稳定性，软件过滤和设计以及汽车级六西格玛测试要求。提供温度补偿：温度传感器放置在IMU内的每个转速传感器内。它为处理模块提供温度值，数据样本经过滤波和补偿，使系统能够在很宽的温度范围内工作。

IMU经过汽车级认证，可在-40°到-40°的环境中运行。 185°F。它符合EMC和EMI要求以及化学兼容性。 6DF系列有两种版本：一种带有2g加速度计，另一种带有6g加速度计。

虽然汽车传感器融合领域取得了重大进展，但正在进行大量的研究和开发。 。正在以各种速率开发导航，制图，跟踪，避障和路径规划。因此，整体发展是前景，而传感器仍然在很大程度上是独立的实体。

鉴于汽车制造商经常大力推广新的安全功能，开发依赖于安全系统的安全系统的进展传感器融合非常明显。例如，2013凯迪拉克XTS提供了一个可用的驾驶员辅助包，这是第一个使用传感器融合的GM系统。该系统可以集成各种传感和定位技术，可以提醒驾驶员道路危险并帮助他们避免碰撞。

显然需要进行更多改进，例如导航设备所依赖的地理信息系统，因为在高层建筑干扰卫星信号的城市峡谷环境中，GPS的有效性可能受到限制。视觉传感器融合仍处于起步阶段。然而，好消息是传感器和汽车制造商正在与研究机构和学术界合作，因此工程师可以期待更多的多传感器系统和支持技术，旨在协同和无缝地协同工作，为设计师创造新的选择。 》有关本文中讨论的部分的更多信息，请使用提供的链接访问Digi-Key网站上的产品信息页面。