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77GHz雷達(dá)傳感器在汽車和工業(yè)中的應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間:2023-10-26 來源:TI 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】在過去十年中,雷達(dá)傳感器已逐漸發(fā)展成一種成熟的傳感方式,適用于汽車和工業(yè)應(yīng)用。由于雷達(dá)技術(shù)有助于實(shí)現(xiàn)需要具備遠(yuǎn)距離、環(huán)境彈性和更高傳感分辨率的設(shè)計(jì),因而非常適合應(yīng)用在高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 中,例如碰撞檢測(cè)和液位檢測(cè)。


隨著推出基于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 (CMOS) 的片上系統(tǒng) (SoC) 雷達(dá)傳感器,適用于泊車輔助、腳踢開啟 (KTO) 感應(yīng)、門障礙物檢測(cè)、機(jī)器人和電動(dòng)自行車等應(yīng)用的雷達(dá)技術(shù)變得更易于開發(fā)和部署。


為了滿足成本和功率受限型汽車和工業(yè)應(yīng)用的需求,當(dāng)前的 77GHz 雷達(dá) SoC 傳感器需要采用全新設(shè)計(jì)架構(gòu)。德州儀器 AWRL1432 和 IWRL1432 SoC 等器件具有電源管理功能,可快速切換不同的電源狀態(tài),并在需要時(shí)能夠有效運(yùn)行雷達(dá)前端、數(shù)字處理內(nèi)核或存儲(chǔ)器等內(nèi)部元件。該器件還可將平均功耗從高于 1W 的典型值降低至低于 5mW(具體取決于線性調(diào)頻脈沖配置),使硬件設(shè)計(jì)人員在熱性能設(shè)計(jì)方面具有更大的靈活性,并通過去除散熱器和簡化印刷電路板設(shè)計(jì)來降低成本。 


借助基于軟件的雷達(dá)實(shí)現(xiàn)更加靈活的新型安裝


汽車制造商對(duì)感應(yīng)方式的選擇通常取決于傳感器在車輛中的用途。舉例來說,當(dāng)車輛停靠并鎖車時(shí),腳踢開啟 (KTO) 傳感器應(yīng)處于待機(jī)檢測(cè)模式。為了防止在停車時(shí)耗盡車輛電池,汽車制造商傳統(tǒng)上會(huì)選擇電容式或超聲波等低功耗感應(yīng)方式。不過遺憾的是,這些類型的傳感器在錯(cuò)誤檢測(cè)、環(huán)境可靠性以及性能識(shí)別等方面面臨著一定挑戰(zhàn)。AWRL1432 等低功耗 77GHz 雷達(dá)的待機(jī)狀態(tài)檢測(cè)功耗低于 3mW,在任何環(huán)境條件下都能提高識(shí)別精度,并有助于簡化安裝,從而降低總體系統(tǒng)部署成本。


基于對(duì)低功耗或高性能的需求,可以將雷達(dá)傳感器配置為動(dòng)態(tài)切換至不同的運(yùn)行模式。以 KTO 感應(yīng)為例,器件可以在低于 3mW 待機(jī)狀態(tài)檢測(cè)模式下運(yùn)行,然后在檢測(cè)到人員后切換至高性能模式,以便進(jìn)行腳踢姿勢(shì)識(shí)別和錯(cuò)誤檢測(cè),如圖 1 所示。


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圖 1:一個(gè) AWRL1432 雷達(dá)傳感器即可在低功耗和高性能模式之間動(dòng)態(tài)切換


在 ADAS 領(lǐng)域,傳統(tǒng)的泊車輔助系統(tǒng)使用 8 至 12 個(gè)超聲波傳感器外加攝像頭傳感器,而現(xiàn)在正發(fā)展成為更強(qiáng)大、更具成本效益的自動(dòng)化系統(tǒng)。雖然每個(gè)超聲波傳感器都可以具有成本效益,但主要缺點(diǎn)體現(xiàn)在傳感器對(duì)汽車美觀性造成影響(由于必須打孔)、在惡劣環(huán)境中的性能欠佳以及距離檢測(cè)性能(最小和最大可測(cè)量距離)不佳。


現(xiàn)在,汽車設(shè)計(jì)人員可以利用具有泊車輔助功能的角雷達(dá)傳感器,以及具有成本效益的 TI AWRL1432 集成雷達(dá) SoC,來覆蓋汽車周圍的視野,而不是添加更多的超聲波傳感器,如圖 2 所示。AWRL1432 超短距離雷達(dá)傳感器可以檢測(cè)到近至 3cm 和遠(yuǎn)至 15m 的靜止物體,具體取決于天線配置。


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圖 2:使用雷達(dá)傳感器實(shí)現(xiàn) 360 度泊車輔助覆蓋


如圖 3 所示,您可以在車輛保險(xiǎn)杠中央使用相同的傳感器來進(jìn)行泊車輔助和 KTO,并使用角傳感器來進(jìn)行泊車輔助和盲點(diǎn)檢測(cè)。為了實(shí)現(xiàn)這種多模式功能,雷達(dá)傳感器不僅必須是軟件可配置的,還必須具有按需從高性能擴(kuò)展到低功耗的架構(gòu)靈活性。


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圖 3:多模式雷達(dá)傳感器在進(jìn)行泊車輔助和 KTO 


借助低功耗雷達(dá)傳感器在惡劣的工業(yè)環(huán)境中游刃有余


超聲波傳感器廣泛用于非汽車應(yīng)用中的物體和人員接近感應(yīng),例如停車場(chǎng)護(hù)欄內(nèi)的車輛出入控制或非公路車輛(如建筑叉車、農(nóng)業(yè)機(jī)械和電動(dòng)自行車)防撞,如圖 4 所示。鑒于精度要求越來越高,77GHz 雷達(dá)傳感器將逐漸取代超聲波傳感器。IWRL1432 的成本較低,有助于使停車障礙傳感器更經(jīng)濟(jì)實(shí)惠,以更小巧的外形進(jìn)行實(shí)施和部署。此類傳感器具備較高的射頻性能,也適用于電動(dòng)自行車、踏板車和農(nóng)業(yè)設(shè)備的物體檢測(cè)和部署。這些設(shè)備需要檢測(cè) 1m 至 60m 以上距離的物體和人員。


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圖 4:可應(yīng)對(duì)感應(yīng)挑戰(zhàn)的 77GHz 雷達(dá)傳感器在惡劣環(huán)境中的應(yīng)用


如圖 5 所示,液箱液位傳感器通過發(fā)射經(jīng)液體或固體表面(如化學(xué)品、油或液體)反射的無線電波,來測(cè)量工業(yè)環(huán)境中的液體和固體料位。即使在蒸汽、泡沫和其他具有挑戰(zhàn)性的條件下也可進(jìn)行測(cè)量。此類應(yīng)用的主要需求是較低功耗、高檢測(cè)精度和工人安全性。77GHz IWRL1432 傳感器內(nèi)置深度睡眠模式,可實(shí)現(xiàn)每次測(cè)量低于 10mJ 的功耗,符合安全完整性等級(jí)2標(biāo)準(zhǔn),并提供毫米級(jí)測(cè)量精度。


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圖 5:安裝在工業(yè)液箱頂部的 77GHz 雷達(dá)傳感器,用于液位測(cè)量


結(jié)語 


適用于汽車或工業(yè)應(yīng)用的超聲波和電容式感應(yīng)傳感器本身具有一定設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。雷達(dá)感應(yīng)領(lǐng)域中的低成本、低功耗器件不僅有助于應(yīng)對(duì)這些設(shè)計(jì)挑戰(zhàn),還可為車輛周圍或工業(yè)環(huán)境中的新興應(yīng)用敞開大門。



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