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Le auto odierne incorporano molti controlli al volante, alcuni utilizzati per interfacciarsi e controllare telefoni, altre per funzioni come nell’intrattenimento di bordo, altre più safety critical, come i pulsanti di controllo della velocità di crociera.
Una delle tendenze maggiormente in crescita nei controlli e nei sensori delle auto è il “Hands off Detection” o HoD, utilizzato per rilevare se il conducente sta tenendo il volante come è previsto che faccia e quindi se ha il pieno controllo dell’auto.
Sebbene le auto di oggi non guidino in modo completamente autonomo e in tutte le circostanze, hanno nelle dotazioni sistemi di guida assistita, come l’assistente di mantenimento della corsia. Se tale sistema è installato, i regolamenti, come ad esempio quello delle Nazioni Unite (UN/ECE R79: “Uniform provisions concerning the approval of vehicles with regard to steering equipment”) specificano che ci deve essere un sensore dedicato incorporato nel volante per rilevare se il conducente sta controllando attivamente l’auto o meno. L’HoD è stato imposto per il Lane Keeping Assist System (LKAS) da aprile 2021. Con l’assistenza a supporto della nostra guida, l’auto può verificare se il conducente sia effettivamente in grado di guidare anche da solo e in qualsiasi momento.
L’HoD non è la prima funzionalità ad essere integrata nel volante: i volanti riscaldati ad esempio sono sempre più comuni. I produttori vorrebbero ovviamente ridurre complessità e costi, e si domandano, visto che esiste già uno strato utilizzato per la funzionalità di riscaldamento, se non sia possibile includere quello strato nel rilevamento capacitivo HoD.
L’utilizzo di un sensore combinato per HoD e riscaldamento elimina in effetti la necessità di uno o più strati dedicati ad ogni funzione, riducendo così la complessità e tagliando i costi dei sensori.
I sensori combinati possono essere posti in sovrapposizione o in maniera complanare, fianco a fianco.
Spingendo ulteriormente questo approccio significa per l’utente avere uno strato riscaldante, che nella maggior parte dei casi è un filo molto lungo, avvolto a serpentina attorno al volante, e usato per il riscaldamento, e il sensore (di riscaldamento) che è già presente e quindi è stato già pagato, è quindi perché non utilizzare quel sensore da solo sia per il riscaldamento che per HoD? Questa topologia mira a portare la funzionalità di HoD tra le dotazioni senza dover aumentare i costi per sensori aggiuntivi.
Qualunque sia il caso d’uso di cui i produttori hanno bisogno di implementare queste funzionalità (solo HoD, HoD e riscaldamento in un solo strato, o un approccio a doppio sensore) Microchip ha una soluzione a microcontroller singolo a bassa complessità, che si occupa dell’HoD, del controllo del riscaldamento secondo necessità e persino di abilitare applicazioni HoD multizona.
HoD e riscaldamento combinati
La combinazione di HoD e riscaldamento inizia con il posizionamento dell’elemento riscaldante sul volante. Nel caso di un volante con solo la funzione di riscaldamento, quell’elemento riscaldante sarà un filo resistivo lungo 4 metri collegato alla batteria in modo permanente da un lato e con un PowerFET sull’altro, per far accendere e spegnere l’elemento riscaldante. Quando questo viene inserito, attraverso il filo scorre una corrente elevata, e con la Pulse Width Modulation (PWM) che definisce la velocità del riscaldamento e la temperatura finale a cui si intende portare il volante.
Per utilizzare l’elemento riscaldante anche per il rilevamento capacitivo, non dovrà essere direttamente collegato a terra né alla batteria. L’utilizzo di due PowerFET risolverà quindi questo problema. Questi PowerFET avranno una capacità drain-source (o capacità di output), che può facilmente variare da pochi pF, 100 pF, fino a oltre 1000 pF. Queste capacità sono parassitarie della capacità che intendiamo misurare, che è la capacità del sensore HoD del volante.
Le elevate capacità parassite tendono a ridurre la sensibilità di qualsiasi misura capacitiva e la capacità di uscita dei PowerFET dipende prima di tutto dalla tensione di uscita. Poiché la tensione della batteria nell’auto cambia costantemente, oscillando lentamente su e giù o impennandosi, questo cambierà la capacità drain-source. Questi possono potenzialmente sovrastare la capacità derivante dalla presa del conducente sul volante, in quanto possono facilmente essere dieci o venti volte superiori alla variazione di capacità che intendiamo misurare.
Per risolvere questo problema, Microchip ha sviluppato un metodo di rilevamento capacitivo a cui è stata integrata la soppressione parassitaria, il che significa che mentre queste capacità parassitarie cambiano, non influenzano i dati grezzi capacitivi.
Ciò elimina la necessità di costose altre precauzioni per stabilizzare il sistema, come stabilizzare la tensione della batteria o aumentare la complessità del circuito di riscaldamento per ridurre al minimo l’effetto di queste modifiche della capacità di uscita PowerFET. Utilizzando la soppressione parassitaria, le applicazioni possono quindi funzionare con i materiali più semplici, con la più bassa complessità del sistema e con il minor costo possibile.
HoD multi-zona – i perchè
Un problema che può verificarsi con l’utilizzo di un singolo sensore HoD di grandi dimensioni è la possibile informazione imprecisa che questo può fornire all’auto. Ad esempio, con un singolo sensore, il conducente che afferra il volante con una mano come previsto o tenta di sterzare con le ginocchia, il che evidentemente non è sicuro, possono fornire più o meno lo stesso segnale. Questo è risolto da quello che di solito viene chiamato HoD multizona.
Una soluzione HoD a 3-zone molto intelligente avrà una zona 1 nella parte interna, che viene attivata quando il conducente afferra il volante, e quindi due zone esterne (sinistra e destra). La presa attiva quella interna e una delle zone esterne (sicuro), mentre la sterzata con le ginocchia attiveranno solo le zone esterne. Con un approccio 3-zone a HoD, otteniamo uno sguardo più dettagliato su ciò che sta effettivamente accadendo con il volante e fino a che punto l’auto è sotto il controllo del conducente.
Riscaldamento multi-zona – perchè no?
Tenendo conto dei circuiti di riscaldamento e della complessità aggiuntiva, è consigliabile mantenere un requisito HoD multizona come una soluzione di riscaldamento a zona singola. Se usassimo, ad esempio, tre fili di riscaldamento singoli (filo singolo zona più interna, filo singolo zona più esterna sinistra e filo singolo zona più esterna destra) avremmo bisogno di tre circuiti di riscaldamento, il che non è efficiente in termini di costi. Inoltre, dovremmo assicurarci che ogni zona si riscaldi nello stesso momento e con lo stesso gradiente di riscaldamento delle altre. Potremmo mantenere bassa la complessità se trovassimo un modo per risolvere la sfida HoD multizona con un singolo elemento riscaldante.
Per risolvere questa sfida, Microchip propone di utilizzare un singolo elemento riscaldante unificato, che fornisce calore uniforme, aggiungendo un secondo strato costituito ad esempio da una semplice struttura a maglie conduttive che definisce le zone HoD richieste.
L’utilizzo di un circuito di riscaldamento e l’inserimento di tutte le zone HoD necessarie riducono sia la complessità che i costi.
Contatta Microchip per valutare le migliori opzioni per HoD e HoD + Heating.
Per maggiori informazioni vai su: https://www.microchip.com/en-us/solutions/automotive-and-transportation
