吉米的博客——光电元件和汽车

Vishay威世科技2021-07-10 11:32:16

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20年前,我为一家柔性电路制造商工作,我们是汽车仪表盘制造商的供应商。那时,这些制造商对LED照明持谨慎态度。99.9%的汽车内外照明用的都是试用效果良好的拧入式灯泡。如果想要彩色的,可将一层彩色膜放在灯泡前面。如今,汽车照明的状况已发生了明显变化,但仍算不上剧烈变化。我们仍然看到在头顶、车门、后备箱和储物箱照明中使用灯泡的情况。更显著的改变是在车身电子应用中使用光电传感器。


我们从方向盘和电子稳定性控制(ESC)系统开始说起。ESC负责监视转向和汽车行驶方向。它通过使用光断续器或透射式传感器测量方向盘角度来确定驾驶的意图方向。这些传感器有一个红外发射体,向光敏晶体管发光。当它们之间有物体出现时,光就会被阻挡。使用两个光敏晶体管不仅可以测量方向盘的转动速度,还可以测量其方向(TCPT和TCUT1350X01的照片)。由于使用ESC可避免三分之一的交通事故,所以美国联邦法规要求从2012年起所有轿车和轻型卡车都必须安装ESC。




高端汽车配备有雨量/光/隧道传感器。其主要功能是确定落在挡风玻璃上的雨量,以控制雨刷的速度。它们还用于在汽车进出隧道时自动打开和关闭前大灯。最后,它们还能确定光的多少和方向,作为汽车控制的输入信息。我的儿子在我们上周末驾车向北驶往旧金山时要求我关掉空调。当时阳光照在我身上,我向他解释说我们的汽车没有“太阳”(英语中“儿子”的谐音)传感器,所以“老爸”传感器是主要输入。所有这些功能全都依赖于红外发射体和光检测器的正常工作。


几十年来,前大灯的打开和关闭一直使用的是环境光传感器。随着高分辨率数字式环境光传感器的引入,高端汽车上的后视镜开始具有自动调光功能,用以减轻后方车辆前大灯的夜间眩光(VEML6030X01的照片)。此外,随着越来越大的LCD监视器在汽车仪表盘上找到用武之地,环境光传感器将自动控制其背光强度。LED屏幕将在白天明亮,在夜晚黯淡,从而保证最佳视觉效果。同样的传感器也可用于控制驾驶舱中的重点照明。


这些LCD监视器有许多都用于控制驾驶舱功能,如气候和音响系统,在这些应用中,用户可使用触摸屏来浏览选项菜单。但在驾驶期间专注于触摸操作和发短信一样,都容易分散注意力。因此,制造商都在评估手势控制的使用效果,在此方案中,手指的扫描动作即足以切换屏幕和上下滚动菜单。所评估的常见手势系统包括多路复用红外发射体,其带有一个位于监视器上方的反射式接近传感器。它们的精度足以支持类似于触摸的选择操作,但无需实际触摸屏幕。


后排乘客使用无线头戴式耳机与DVD播放器进行娱乐。现已很少出现“还要等待多久”的问题——虽然不敢说完全没有。由于对干扰的担心,无线车用头戴式耳机使用红外发射体来传输声音,用IR接收器来接收声音并提供声音的初始编码。DVD中还有一个IR接收器,用于控制开/关、播放和其他遥控功能。


从驾驶舱来到汽车之外,福特公司在2012年推出一种用脚激活的升降门道。汽车上有一个RF传感器可检测到携带车钥匙的人走近汽车。然后激活位于汽车后保险杠下面的激光传感器,以检测从该人脚部反射的光,从而打开后备箱或车门。使用带有准直镜的SurfLight™红外发射体也可实现该功能。后视或倒车摄像头很快就会成为乘用车的标配功能。这些发射体也可用于夜间照明。


夜视系统使用主动或被动式红外系统来增加驾驶员的视距,帮助其看到比前大灯照明距离更远或适应不佳的驾驶条件。主动式红外系统对与CMOS摄像头同步的红外发射体施以脉冲。红外线将从汽车前大灯照明距离外的物体上反射回来,由抬头显示器显示反射的图像。这些系统在雨天或雪天特别有用,能够使视野扩大到超过200米。被动式红外传感器不发射红外线。它们对远红外波长敏感,并使用热敏成像摄像头来显示图像。


车道偏离警告系统会在高速公路上的汽车驶出其车道时向驾驶员发出预警(除非转向灯是打开的)。它们通常在一定速度(通常是35英里/小时)下不起作用。基于摄像头、激光或红外发射体的系统用于检测车道标线。基于摄像头的系统对图像进行分析,寻找汽车右侧和左侧的直线或虚线。激光或红外系统依赖标线与路面之间的反射对比,并将定位于汽车的四角。两种方法均信赖于可见车道标线。它们通常不能解释褪色、缺少或不正确的车道标线。标线被雪覆盖会使系统失去作用。


随着LED的稳步发展,它们在涉及背光的许多应用中取代了灯泡,这些应用包括组合仪表、信息娱乐系统、开关背光照明及气候控制等。它们用于制动灯、危险警告灯、地面照明灯、特色装饰灯以及用于盲区和后方十字路口警告系统的警告灯。随着色彩渲染的改善,它们开始用于车门灯和驾驶舱照明。更高端的汽车允许驾驶员使用RGB LED来定制其车内颜色。


解放双手的驾驶将在十五年内成为现实——至少在高速路上。届时光电传感器将负责大部分感测任务。


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