光電子在人機(jī)交互中有大量應(yīng)用,如滾輪和旋鈕,壓力按鍵,手勢(shì)傳感器等;在環(huán)境光檢測(cè)的應(yīng)用包括內(nèi)外后視鏡、HUD/AR-HUD、顯示屏和調(diào)色玻璃;在雨量傳感器模塊的應(yīng)用包括雨量監(jiān)測(cè)、太陽(yáng)角度檢測(cè)、環(huán)境光亮度檢測(cè)和防起霧監(jiān)測(cè);在ADAS的應(yīng)用場(chǎng)景為疲勞駕駛、乘員監(jiān)控以及激光雷達(dá)Lidar使用;在空氣質(zhì)量檢測(cè)的應(yīng)用為PM2.5、紫外線殺菌、溫濕度控制等。
在吉利2023智能汽車技術(shù)論壇上,Vishay 光電產(chǎn)品資深市場(chǎng)部技術(shù)支持經(jīng)理陸驍表示,未來(lái)將有更多滿足智能座艙安全性、便捷性和美觀性要求的光電子技術(shù)產(chǎn)品不斷產(chǎn)生。
以下為演講內(nèi)容整理:
如今,車輛就像行走的超級(jí)手機(jī),智能座艙相當(dāng)于控制界面,控制界面需要具備安全性、便捷性和美觀性。
Vishay元器件應(yīng)用產(chǎn)品簡(jiǎn)介
今天我將為大家介紹Vishay元器件的應(yīng)用。首先,談到的是人機(jī)交互,包括滾輪、旋鈕、壓力按鍵、手勢(shì)喚醒、觸摸、紅外遙控。
其二是環(huán)境光檢測(cè)。涉及到的場(chǎng)景有內(nèi)后視鏡、外后視鏡、HUD/AR-HUD、顯示屏、調(diào)色玻璃。
第三個(gè)是雨量傳感器模塊。現(xiàn)在的雨量傳感器集成了四大功能,包括雨量檢測(cè);太陽(yáng)角度檢測(cè);環(huán)境光亮度檢測(cè)以及防起霧檢測(cè)。
其次是ADAS。通常會(huì)被用來(lái)進(jìn)行疲勞駕駛、乘員監(jiān)控以及激光雷達(dá)的角度檢測(cè)。
最后會(huì)涉及到空氣質(zhì)量檢測(cè)。包括PM2.5、紫外線殺菌、溫濕度控制。
Vishay人機(jī)交互方案
接下來(lái)我會(huì)稍作展開(kāi)HMI——首先是滾輪、旋鈕傳感器。現(xiàn)在很多車輛方向盤上的滾輪可以切換到屏幕,使用的就是我們的光電產(chǎn)品。U型器件的一側(cè)是發(fā)射管,另一側(cè)有兩個(gè)窗口是接收管。通過(guò)碼盤遮擋窗口與否,就形成00、01、10、11,這些變化就可判斷旋轉(zhuǎn)方向如溫度加1或減1,音量加1或減1。
下圖垂直方向的TCUT1630X01就多了一個(gè)按鍵功能,實(shí)現(xiàn)上下和旋轉(zhuǎn)的三位判斷;我們還有個(gè)TCUT1800X01,是四個(gè)窗口,相當(dāng)于2的四次方,即16個(gè)擋位,其優(yōu)勢(shì)在于安全、便捷、美觀。旋鈕是非接觸的,如果采用電位器,手感會(huì)差點(diǎn),并且伴隨著不斷的摩擦,會(huì)產(chǎn)生可靠性的問(wèn)題。而非接觸式的旋鈕,用光的方式去阻擋,旋鈕可以用阻尼器實(shí)現(xiàn),手感可根據(jù)阻尼器調(diào)整,并且又是非接觸性的,所以可靠性良好,使用壽命也更長(zhǎng)。
第二個(gè)是壓力按鍵。現(xiàn)在主流的壓力按鍵是用光的方式,大家對(duì)車內(nèi)的工業(yè)設(shè)計(jì)要求越來(lái)越高,物理按鍵旋鈕被取代,換成了完全的平面,一般通過(guò)電容方式去觸發(fā)。電容方式比較大的弊端在于響應(yīng)很快,但車輛安全是重中之重,有些按鍵不能隨意觸發(fā),因此產(chǎn)生了壓力按鍵概念。按鍵是電容按鍵,但一定要有壓力,用力按上去才會(huì)被有效觸發(fā),從而防止誤觸發(fā)。其原理如下圖,手按下傳感器后會(huì)有形變,形變量就是按壓的壓力,器件可以檢測(cè)到最小20 um的形變量。
圖源:Vishay
下圖橫坐標(biāo)是離開(kāi)按壓的反射面的距離,縱坐標(biāo)是反射強(qiáng)度。慢慢靠近后,會(huì)有一個(gè)線性區(qū)。如圖所示,當(dāng)從3.2 mm變成3.0 mm時(shí),按壓的反射強(qiáng)度會(huì)慢慢增加,每增加0.02 mm,就會(huì)產(chǎn)生200左右的輸出量的變化,這樣就可以把壓力轉(zhuǎn)化成形變,標(biāo)定出來(lái),如需要0.05 mm時(shí),其變化值可能是500,通過(guò)上述方式去實(shí)現(xiàn)。
圖源:Vishay
車輛的按鍵很多,所有部位都可以通過(guò)壓力按鍵去實(shí)現(xiàn)。比如有四個(gè)按鍵,只需要一顆傳感器放在下面,無(wú)論按哪個(gè)鍵,用力后傳感器獲取形變,每個(gè)鍵都可以做個(gè)標(biāo)定,觸發(fā)它的形變量是多少,不到形變量就不觸發(fā),從而實(shí)現(xiàn)壓力按鍵要求。
光電壓力按鍵可以解決幾個(gè)痛點(diǎn),例如隨著溫度變化,一些結(jié)構(gòu)件熱脹冷縮,還有振動(dòng)、標(biāo)定問(wèn)題,光就可以通過(guò)軟件方式來(lái)解決這些問(wèn)題。
第三個(gè)是手勢(shì)喚醒。其原理與壓力相同,壓力是在內(nèi)部的反射面去反射,手勢(shì)是在距離15cm左右的水平,通過(guò)手去反射,實(shí)現(xiàn)手勢(shì)功能和喚醒功能。通常手勢(shì)功能可實(shí)現(xiàn)七個(gè)手勢(shì)動(dòng)作,七個(gè)手勢(shì)動(dòng)作是通過(guò)外掛三個(gè)紅外LED,當(dāng)手揮過(guò)去時(shí),每個(gè)燈會(huì)發(fā)出光碰到手,再反射回去,根據(jù)發(fā)射時(shí)序不同,來(lái)判斷手勢(shì)的方向。
圖源:Vishay
第四個(gè)是觸摸開(kāi)關(guān)。開(kāi)車時(shí)開(kāi)閱讀燈很危險(xiǎn),這種情況下,我們就用觸摸按鍵。一定要碰到傳感器才會(huì)觸發(fā)。摸上去觸發(fā)開(kāi)燈,再摸一次就關(guān)燈,大概的位置就行。包括氛圍燈或其他的一些簡(jiǎn)單操控,都可以用該方式實(shí)現(xiàn)。為了操縱方便,也是為了安全。
我們還有一些紅外遙控,坐在后排操作前排的功能,避免駕駛員操作造成安全問(wèn)題。
Vishay光傳感器方案
現(xiàn)在,車輛使用場(chǎng)景越來(lái)越多,內(nèi)后視鏡要防眩。例如夜晚開(kāi)車時(shí),大燈一照會(huì)很難受。現(xiàn)在,有了傳感器后,會(huì)根據(jù)后面的光進(jìn)行調(diào)整,通常是前面裝一個(gè)傳感器,后面裝一個(gè)傳感器,通過(guò)兩顆傳感器的差分來(lái)實(shí)現(xiàn)防眩功能。
外后視鏡一方面會(huì)有盲區(qū),另一方面風(fēng)阻很高,我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為GB 15084-2022《機(jī)動(dòng)車輛 間接視野裝置 性能和安裝要求》將于2023年7月實(shí)施,允許玻璃的后視鏡換成電子后視鏡(攝像頭+監(jiān)視器的組合)。如此一來(lái),我們都會(huì)用到環(huán)境光傳感器,太陽(yáng)光下需要屏幕亮點(diǎn),晚上需要暗點(diǎn),這種變化需要傳感器自動(dòng)調(diào)整。
AR-HUD與環(huán)境是沉浸的,環(huán)境的顏色和亮度會(huì)覆蓋它的顯示,所以我們通常還會(huì)用RGB傳感器,RGB發(fā)光時(shí)會(huì)有傳感器去檢測(cè)它的亮度。HUD是個(gè)顯示,前面隱含著一個(gè)投影儀,有時(shí)候稍不注意,投影儀上放個(gè)物體在顯示屏上就會(huì)顯示一個(gè)黑斑,我們也會(huì)有一些傳感器去檢測(cè)投影儀上面是否有異物。包括調(diào)色玻璃,現(xiàn)在全景玻璃越來(lái)越多,玻璃也會(huì)顯示顏色,太陽(yáng)光大時(shí)自動(dòng)變色,太陽(yáng)光小時(shí)再調(diào)回來(lái),通過(guò)環(huán)境光傳感器去實(shí)現(xiàn)。
環(huán)境光傳感器與我們?nèi)搜蹘缀跬耆呛希缦聢D有兩條線,一條線是人眼,之所是“紅”“綠”燈,是因?yàn)檫@種光的波長(zhǎng)是人眼識(shí)別力最強(qiáng)的。700 nm以上的紅外和400 nm以下的紫外人眼都看不到。這顆傳感器與人眼完全一樣,優(yōu)勢(shì)在于現(xiàn)在路上很多紅外監(jiān)控?zé)簦搜劭床坏剑瑐鞲衅饕部床坏健?/p>
圖源:Vishay
另外的一些功能包括靈敏度、溫度補(bǔ)償、動(dòng)態(tài)調(diào)整等。動(dòng)態(tài)調(diào)整就是根據(jù)環(huán)境光的亮度去調(diào)整響應(yīng)的分辨率和范圍。RGB除了環(huán)境亮度外,可以讀到環(huán)境光的顏色、色溫,還可以讀到環(huán)境的光源特色,如自然光、LED燈、熒光燈、白熾燈等各種不同的燈。各種不同的燈光的色彩不同,所以我們拿到數(shù)據(jù)后,可以通過(guò)這些數(shù)據(jù)做些算法,去調(diào)整屏幕的顯示。
Vishay雨量傳感器模塊與ADAS
雨量傳感器的原理是:雨滴的大小會(huì)根據(jù)光反射到擋風(fēng)玻璃,通常的放置位置位于后視鏡擋風(fēng)玻璃的位置,雨滴數(shù)量的不同會(huì)帶來(lái)不同的反射量,根據(jù)反射量可以判斷雨量大小,從而調(diào)整雨刷速度,這是通過(guò)光的方案。
同樣太陽(yáng)光角度檢測(cè),太陽(yáng)光中有紅外,普通光源紅外較少。一般會(huì)用兩顆或四顆傳感器,通過(guò)感光大小來(lái)判斷太陽(yáng)光的角度,從而自動(dòng)調(diào)整,駕駛位和副駕駛位的空調(diào)溫度和風(fēng)量。
還有亮度傳感器方面,像大燈、儀表盤進(jìn)入隧道時(shí),會(huì)自動(dòng)亮起,且根據(jù)環(huán)境光亮度自動(dòng)調(diào)節(jié)顯示器的亮度。
另一個(gè)功能是防起霧,現(xiàn)已應(yīng)用于高端車。駕駛過(guò)程中,玻璃起霧會(huì)影響駕駛視野,存在安全隱患,防起霧功能可通過(guò)算法實(shí)現(xiàn)。溫濕度傳感器安裝于雨量傳感器模塊上,智能算出擋風(fēng)玻璃上是否有起霧,并進(jìn)行除霧。
ADAS的疲勞駕駛原理是紅外燈反射,攝像頭到晚上時(shí)需要補(bǔ)光,紅外補(bǔ)光既不干擾駕駛員,又可以捕捉到較好的場(chǎng)景。另外激光雷達(dá)用的也是反射型傳感器,雖然只是元器件,但它檢測(cè)的角度可精確到0.01度。
Vishay空氣質(zhì)量檢測(cè)
空氣質(zhì)量檢測(cè)主要應(yīng)用在空調(diào)中。車輛空調(diào)有內(nèi)循環(huán)和外循環(huán),通常是自動(dòng)切換,有了這顆器件后,即可監(jiān)測(cè)車內(nèi)PM2.5。原理和雨量模塊相同,當(dāng)出風(fēng)口有灰塵、有顆粒時(shí)就會(huì)反射,通過(guò)發(fā)射反射去判斷顆粒多少,以便切換內(nèi)循環(huán)和外循環(huán),如果外面環(huán)境較差,就內(nèi)循環(huán),否反之就外循環(huán)。若需要換濾芯也會(huì)及時(shí)通知用戶。
此外我們還有非常實(shí)用的紫外線殺菌。由于空調(diào)濾芯潮濕,開(kāi)空調(diào)后車內(nèi)也是潮濕的,容易滋生細(xì)菌,再裝一個(gè)紫外線就可以實(shí)現(xiàn)殺菌,調(diào)整溫濕度。
在此,我只是簡(jiǎn)單的列舉了一些案例。結(jié)合工程師們豐富的創(chuàng)造力和想象力,一定能開(kāi)發(fā)出更多滿足智能座艙便捷、安全、美觀要求的產(chǎn)品。
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原文標(biāo)題:光電子如何滿足智能座艙對(duì)安全性、便捷性及美觀性的需求
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