艾迈斯欧司朗引领HOD技术创新，提升驾驶安全

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• Source: 乔治（George Qiao）
• Date: 2024-02-03
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如今，汽车正在从传统的交通工具，转变为一个大型的智能设备。在汽车智能化之路上，离不开传感器和光源这两大关键技术。传感器是一切信息来源的核心关键，而光又是传感信息采集中最简洁直接、高效且不受干扰的方式。作为智能传感器和发射器的领导者，艾迈斯欧司朗正引领着光与传感技术的深度融合，为未来的智能汽车描绘出一幅“更注重全生命周期用户体验、更具情感温度”的全新图景。

艾迈斯欧司朗的产品涵盖了车辆周身的关键光学应用，包括前照灯、信号灯、内饰功能性照明等领域。在激光雷达发射器、雨量传感器和舱内传感等高科技领域，艾迈斯欧司朗同样占据着行业领先的地位。这些创新的光学和传感技术为未来智能汽车的发展奠定了坚实的基础。

在智能汽车的发展道路上，安全性始终是至关重要的考虑因素。艾迈斯欧司朗在对光学和传感技术的不断创新中，也密切关注着驾驶安全技术的进步。其中，HOD（Hands Off Detection，离手检测）技术便是一个突出的例子。由于越来越多的汽车引入自动驾驶技术，对L2+以上的自动驾驶车，有要求加入HOD的检测功能。HOD技术能够通过传感器检测驾驶员是否将手放在方向盘上，如果驾驶员的手离开方向盘超过一定时间，系统会发出警告，提醒驾驶员注意。HOD技术可以有效提高驾驶员在自动驾驶过程中紧急避险能力，从而增加驾驶安全性。这些传感器往往需要极高的灵敏度和可靠性，而这正是艾迈斯欧司朗所擅长的领域。

电容传感：重塑HOD技术
汽车行业对HOD技术的需求主要来自以下几个方面：一是自动驾驶的要求，如进行车道保持辅助驾驶；二是标准和法规的要求，例如欧洲经济委员会（ECE）的R79标准要求，当车速超过60公里/小时时，车辆必须具备HOD功能；三是公共安全要求，例如防止被乘客抢夺方向盘；四是HOD技术可以提醒驾驶员注意道路情况，避免因分心驾驶而引发事故。

其实，HOD（离手检测）技术并非一项新技术，目前市面上已有多种HOD技术方案：

* 一种方案是基于扭矩传感的测量，但是该方案具有很大的缺点，它必须要转动方向盘才能识别。而且无法识别手部的姿态，人为很容易骗过该方案，比如挂一个重物。这种方案已经在陆续退出市场。
* 另外一种是基于光学系统的图像传感及分析。它采用一系列补光器+驱动+摄像头做组成的多芯片方案，可以进行高精度的手部探测，但是该解决方案也在无形中增加了成本。另外，由于视角的死区，它也不可能完全观察到司机的手是否真的在方向盘上，所以也存在一定的风险。
* 现在比较流行的方案是用电容式传感测量。这种方式是在方向盘里面包裹的导电金属丝或导电金属网来作为一个电极，利用电极与握在方向盘上手之间的形成的电容变化来做一个判别。其优点是无需转动方向盘，就能进行高精度的手部探测。而且是单芯片设计，成本相对较低。这也是艾迈斯欧司朗比较推荐的解决方案。

比较常用的电容传感方案通常是基于时间的解决方案。该方案是基于电容器（C）通过电阻器（R）的充电时间（T），其中R和C的乘积给出了对应的电容值的时间测量。这种方法虽然简单，但当涉及到复杂的环境，如潮湿的方向盘或手接触时，或戴厚手套握方向盘时，在回路中出现寄生电阻，使本应在测量回路中恒定的电阻R发生变化，从而引起了测量电容值的误差。这可能导致电容测量的不准确，这在方向盘离手检测中会造成一些误判等问题。现许多客户发现此方案存在的问题。


图片来源：艾迈斯欧司朗

鉴于这些痛点和难题，艾迈斯欧司朗研发了一种新型的阻抗计量解决方案，也称为是I&Q正交法。这种方法利用两个正交的解调分量来分别测量电阻R和电容C，通过这种正交解调的方式，可以将阻抗包含有电阻成份和电容成份分离，并分别测量。进一步通过矢量的计算方法来得到一个代表阻抗的矢量值。

下图展示了艾迈斯欧司朗利用I&Q正交法进行电容检测的系统架构和工作原理。整个系统由传感器、发射器、接收器和输出接口组成。通过发送一个正弦波电流在负载上，负载由方向盘系统的本身阻抗及手握方向盘引起的阻抗变化所组成，通常来说，负载中的电阻的大小决定负载上的电压信号的幅度大小，而电容成份会决定负载上有信号相位的变化大小。负载上的电压信号经过采集放大和滤波后，输入到同相和正交解调器。同相解调器测量信号的同相分量（I），而正交相检测器测量信号的90度相位差分量（Q）。得到对应电阻成份的的I和对应电容成份的Q分量，通过滤波器（Filter）处理，以去除噪声，并进行偏移补偿性。最终自动测量的结果是负载的阻抗中电阻和电容的变化量。


图片来源：艾迈斯欧司朗

在实际的车辆应用检测解决方案中，会在其中嵌入一个电极。当手接触方向盘时，人体与电极间的电容和电阻值发生变化，从而改变了振荡信号的幅度或相位，这个信号一般在45-125KHz之间。这种方法的优势在于能够更准确地区分电阻和电容，从而准确测量出阻抗。而且不受湿手、手套等影响，也不会通过在传感器附近放置物体来进行，能够很好的识别出寄生电阻。因此能够在复杂的车辆环境中准确地检测人手离开方向盘与否，从而提高系统的可靠性和用户体验。

AS8579芯片：高精度、多功能、小尺寸，HOD技术新选择
艾迈斯欧司朗推出的AS8579芯片是一款专为HOD（离手检测）市场应用设计的先进产品，具备10个独立测量通道，能够进行精准的电容采集。这款芯片支持4种不同的频率测量来进行精确的阻抗检测，还增加了主动屏蔽功能，从而避免杂散的寄生电容对测量值的影响。AS8579不仅完全满足ISO26262安全标准，及完善的安全机制，达到ASIL B的安全等级，并符合汽车AEC-Q100 Grade1标准。

AS8579的卓越特点在于其具有高灵敏度和14bit分辨率，测量范围从20到2000pF。而且能通过DC偏置调整以补偿温度变化，有效克服温度影响，确保测量的稳定性。


图片来源：艾迈斯欧司朗

AS8579采用小尺寸的SSOP24封装，使系统设计更加紧凑。同时，对于方向盘离手检测的应用，现在很多方向盘都添加了加热功能，AS8579芯片可以直接复用方向盘加热丝作为传感，可以节省客户的成本。


图片来源：艾迈斯欧司朗

AS8579芯片除了能用于自动驾驶领域的方向盘离手检测，还可以对车内乘客进行检测，如座位占用情况检测。还可以用于其他电容式内部控制和开关，如空调、收音机、导航等。由于AS8579芯片具有10条感知线路，最多可以检测10个不同的区，所以它还可以用于一些方向盘按键或接近传感的应用当中。例如在方向盘当中，可以检测是左手还是右手握方向盘。

车载电容的更多应用案例
车载电容的应用不止于方向盘的离手检测，在燃油液位传感、占座传感、后备箱开启、车内控制开关等许多场景中，电容技术也具有广泛的应用前景。
* 电容触摸式按钮：电容触摸式按钮是车载电容技术的典型应用场景之一。在汽车内的智能表皮上，电容触摸式按钮可以做成半透明的，其背后隐藏了LED指示灯，用来完成开关控制、音量调节、空调调节等功能。
* 座位检测：电容传感还可以用于座椅检测，结合座椅加热的加热毯，有效检测出座椅上的人员或物品在占位状况，可以防止如儿童遗留问题的发生。
* 门把手开关：电容传感还可以用于门把手的开关的检测，艾迈斯欧司朗的新一代产品，可以增加到10公分的离手距离，当人接近到10公分时唤醒钥匙，可以达到很好的省电。
* 后备箱开启：艾迈斯的车载电容产品有多个感知点，所以除了可以检测人体接近的状态之外，还可以检测左右滑动或螺旋的动作，这就很好的将电容传感应用于后备箱开关的操作。

结语
通过将HOD技术这一关键创新融入其广泛的产品组合，艾迈斯欧司朗正展现出对于安全、可靠且高度互动的智能汽车未来的承诺。基于电容传感技术的HOD解决方案不仅展示了他们在智能汽车领域的技术领导力，也为消费者提供了更为丰富和深入的驾驶体验。