大家有沒有發(fā)現(xiàn)，汽車越智能，對于汽車安全的要求也就越嚴苛。很多以前可有可無的安全功能，現(xiàn)在都變成了強制性的標準，比如方向盤離手檢測（HOD）功能就是其中之一。

之所以方向盤離手檢測變得如此重要，是有道理的。一方面，駕駛員疲勞或走神是交通事故發(fā)生的一個很大的誘因，因此駕駛員疲勞檢測逐漸成了汽車應(yīng)用中的剛需。而在駕駛過程中，駕駛員是否能夠雙手緊握方向盤，就是反映其“狀態(tài)”的一個重要指征。另一方面，隨著ADAS和自動駕駛的引入，汽車自動化程度越來越高，在駕駛過程中“機器”可以代替人類做的事情也越來越多，這反而會令駕駛員產(chǎn)生麻痹思想，在駕駛時“心不在焉”。而實際上在實現(xiàn)真正意義上的無人駕駛之前，還是需要駕駛員保持手握方向盤的姿態(tài)，隨時接管車輛操控權(quán)，處理突發(fā)狀況，保證人車安全。

也正是因為意識到方向盤離手檢測的重要性和必要性，聯(lián)合國79號條例規(guī)定，提供車道保持輔助系統(tǒng)（LKAS）的所有新車必須配備HOD功能；與此同時，歐盟也已針對自2021年4月1日起生產(chǎn)的新車采納該條例，也就是說HOD將成為未來越來越多新車的標配。

方向盤離手檢測方案的選擇

以往的方向盤離手檢測，采用的是基于扭矩傳感器的測量方法。該方案的優(yōu)勢是成本低，無需增加新的傳感器，但是缺點是只有在轉(zhuǎn)動方向盤時才能進行測量，且無法識別手部的狀態(tài)，因此很容易被有經(jīng)驗的“老司機”騙過，不太可靠。

基于近紅外攝像頭的光學方案，是方向盤離手檢測的另一個技術(shù)選項，它能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的探測，但是方案需要多顆芯片，系統(tǒng)復雜，成本不菲，且駕駛員的手部是否真的接觸在方向盤上，仍然不能做到精準認定，因此也不完美。

而與上面兩種方案相比，電容式傳感測量方案的優(yōu)勢就顯現(xiàn)出來了。對于電容傳感技術(shù)大家并不陌生，我們平時接觸最多的就是電容觸控屏。而將這種技術(shù)移植到方向盤離手檢測這個應(yīng)用中，其工作原理也很容易理解：當手握方向盤時，方向盤上的導電板和人手構(gòu)成了一個電容器，當手的位置發(fā)生變化或者脫離方向盤時，會引起電容的變化，只需感測到由此引發(fā)的電流、阻抗等電參數(shù)的變化，就能夠準確判斷出駕駛員是否真得把握著方向盤。

電容式傳感方案的好處顯而易見。首先是簡單，一般一顆芯片就能搞定；其次，其可以實現(xiàn)高精度的手部探測，防“欺騙”能力更強；第三，不需要轉(zhuǎn)動方向盤這樣的附加條件；此外，可以復用方向盤的加熱板作為電極，無需額外組件。

總之一句話，電容式傳感方案進行方向盤離手檢測，與其他技術(shù)選項相比，方案設(shè)計更加簡單，成本也更低，對人類接觸的感知更精準可靠，因此是汽車行業(yè)普遍看好的一個發(fā)展趨勢。

改進傳統(tǒng)電容傳感方案

不過，傳統(tǒng)的電容式傳感方案還是存在一些不足的，比如遇到潮濕環(huán)境或用戶佩戴手套時就會對測量的準確性產(chǎn)生影響；它也無法識別手掌、手指或膝蓋等人體不同部分的接觸；同時，安全和魯棒性不夠……彌補這些不足，完善這一方案，就需要新的技術(shù)來幫忙了。

現(xiàn)在，能夠補齊傳統(tǒng)電容式方向盤離手檢測短板的方案已經(jīng)來了，這就是ams OSRAM推出的采用I/Q調(diào)制的高精度電容傳感器AS8579。它可以更準確地測量方向盤與車身或座駕的電氣接地之間的電容和電阻，經(jīng)過ams OSRAM獨特的算法處理，精準識別駕駛員的方向盤離手狀態(tài)。

圖3展示了AS8579的感測過程：由發(fā)射器向負載——也就是由方向盤導電板和人手組成的電容器——施加正弦波交流電壓信號，并由傳感器檢測負載的電流響應(yīng)；電流響應(yīng)轉(zhuǎn)換為電壓后，解調(diào)為同相（I）和正交（Q）分量；對I/Q信號進行濾波和偏移補償后，便得到負載阻抗（電容和電阻信息）——一般來說，人手離導電板越近，測量到的電容越高。

這種方法不僅適用于理想的應(yīng)用場景，對于手部潮濕、佩戴手套等增加并聯(lián)電阻分量以及電容變化的情況，也同樣可以完成檢測，這就擺脫了傳統(tǒng)電容傳感方案中最大的一個“槽點”。

圖4是更為完整的AS8579的工作原理圖。可以看到，I和Q兩個分量路徑之間共享一個ADC，將測量值轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，并通過SPI將數(shù)據(jù)傳輸給外部的微控制器，通過特定的算法就能夠完成精準的感測任務(wù)了。

除了上面這些特性，AS8579還有其他一些設(shè)計細節(jié)值得關(guān)注。

首先，AS8579具有10個獨立的測量通道，電流響應(yīng)可通過模擬多路復用器（MUX）連接到傳感器驅(qū)動器的10個SEN引腳中的任何一個。也就是說，同一個器件可以同時支持多個電容值的測量，這就為應(yīng)對多級感測等復雜應(yīng)用帶來了極大的靈活性。

其次，AS8579配置了VAR_SEN和FIX_SEN兩個特殊的引腳，兩者可以根據(jù)需要分別連接到線纜屏蔽結(jié)構(gòu)和PCB接地端，以避免寄生電容的影響，這種主動屏蔽功能對于安全敏感型的應(yīng)用十分有利。

再有，AS8579可在四個可選驅(qū)動器輸出頻率下工作，分別是45.45kHz、71.43kHz、100kHz和125kHz，因此具有更出色的抗電磁干擾性。

此外，該器件還提供多個片上診斷功能，支持高達ASIL B級的ISO 26262功能安全標準，符合AEC-Q100 1級認證。將上述特性綜合起來看就會發(fā)現(xiàn)，AS8579是實現(xiàn)車規(guī)級方向盤離手檢測方案的理想之選。

而且，同樣的電容傳感測量方案，也可以移植到其他汽車應(yīng)用中，比如感知車內(nèi)是否有人占座檢測，或者是與后備箱自動開啟檢測，在檢測到有人在后備箱附近時才自動打開，這些應(yīng)用對于提升汽車的安全性和用戶的體驗都很有幫助。

更廣泛的應(yīng)用：液位測量

雖然汽車應(yīng)用是AS8579高精度電容傳感器的主打市場，但實際上，憑借優(yōu)異的表現(xiàn)，其在液體的液位測量上也能夠大顯身手。

利用電容傳感測量液位的原理并不復雜——由于容器中液體量的改變（對應(yīng)液位的變化），會引起容器空間中電容值的變化，因此如果能夠精確測量到這一變化，就能夠測算出液面的高度。AS8579的I/Q解調(diào)電容傳感技術(shù)，非常適合在復雜環(huán)境下對微小電容值變化的檢測，從汽車油箱油量到家用洗衣機中的水量測量，都能夠勝任。

在液位測量應(yīng)用中，AS8579還有一個過人之處，那就是它可以區(qū)分同一容器中多種不同液體的液面！這主要得益于一顆AS8579上具有多達10個傳感器輸入引腳，它們可以連接到一個液體容器上附加的10個電極片上，同時提供10個單獨的液位（電容）測量值。

這個特性非常實用，比如在洗衣機應(yīng)用中，我們可以利用這個特性獲知洗衣筒中水、泡沫和空氣所占的空間大小。具體的方法是在洗衣筒的側(cè)面上下依次安裝一系列水平電極片，每個電極片都連接到同一個AS8579芯片的傳感器引腳，通過測量水、泡沫和空氣不同組分的電容值，就能夠自下而上檢測到底層水的液位、上層泡沫的液位以及頂部空氣占用空間的大小。根據(jù)這個測量結(jié)果，洗衣機控制系統(tǒng)就能夠?qū)崿F(xiàn)敏感的保護功能，確保洗衣筒不會充滿泡沫。

總之，電容式傳感測量不是什么新鮮事，不過AS8579通過優(yōu)化卻做出了新意，使得這個傳統(tǒng)的技術(shù)可以在更多需要高精確性、高可靠的新應(yīng)用場景中揚長避短，施展拳腳；而且AS8579用一顆器件同時支持多通道傳感器測量的絕活兒，更是有助于應(yīng)對多液面測量這種復雜環(huán)境中的感測需求，簡化方案，降低綜合成本。

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責任編輯：haq