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作者 Christine Graham，系統(tǒng)工程師

座椅位置感應(yīng)

圖 1.正面和側(cè)面防撞安全氣囊需要有關(guān)座椅和乘客位置的精確數(shù)據(jù)。

乘客安全是汽車設(shè)計最關(guān)鍵的要素之一。因此，必須一如既往地提高安全系統(tǒng)的可靠性，以減少并最終防止司乘人員在遭遇事故時受到傷害。

安全系統(tǒng)內(nèi)采用了座椅位置感應(yīng)技術(shù)，以確定乘客相對于方向盤的位置，從而防止安全氣囊在用力過度時意外彈出。

目前最常用的解決方案是采用雙線單極霍爾效應(yīng)開關(guān)，感應(yīng)獨立的座椅位置區(qū)域。傳感器 IC 必須以數(shù)字輸出的形式，將該信息發(fā)送到指示特定區(qū)域的控制器。當(dāng)車輛啟動時，該信息必須正確，所以傳感器 IC 輸出必須在無用戶操作時解碼。

座椅調(diào)節(jié)導(dǎo)軌通常采用鐵類金屬材料制成，它們能中斷霍爾效應(yīng)傳感器 IC 和磁體之間的磁場。座椅調(diào)節(jié)導(dǎo)軌的鐵類金屬會通過開關(guān)和磁體之間，導(dǎo)致開關(guān)開啟或關(guān)閉，從而將座椅位置信息發(fā)送到控制器。傳感器 IC 的輸出狀態(tài)變化會提示控制器，座椅已進(jìn)入特定區(qū)域。

根據(jù)使用的霍爾傳感器 IC 的具體數(shù)量，可以有任意數(shù)量的區(qū)域，假設(shè)每個座椅調(diào)節(jié)導(dǎo)軌上有兩個傳感器 IC，可能存在四個區(qū)域。控制器會處理霍爾傳感器 IC 提供的信息，以確定相對于方向盤的座椅位置。離方向盤較近區(qū)域內(nèi)的座椅會提示控制器，彈出安全氣囊時需要更小的外力。離方向盤最遠(yuǎn)的后部區(qū)域內(nèi)的座椅位置，需要以更大的外力彈出安全氣囊。控制器會為霍爾效應(yīng)傳感器 IC 的輸出狀態(tài)解碼，以確定座椅所在的區(qū)域。兩個傳感器 IC 將提供便捷的格雷碼輸出，如圖 2 和下表所示。

圖 2.在車輛啟動時，位置傳感器 IC 會向控制器發(fā)送正確的座椅位置信息。乘客并不知道，汽車無需借助用戶界面，就能自動執(zhí)行事關(guān)生死的操作。

品類繁多的霍爾傳感器 IC 可為相同的應(yīng)用提供不同的解決方案。可能需要更高的分辨率，以隨時確定座椅的準(zhǔn)確位置。分辨率最高的解決方案采用了線性模擬霍爾傳感器 IC，它能產(chǎn)生與磁場強度成比例的電壓輸出。設(shè)計正確的話，采用線性側(cè)滑配置的雙極磁體能產(chǎn)生輸出范圍在 0 - 5 V 的電壓。

霍爾效應(yīng)技術(shù)是一種非常可靠和相對低廉的技術(shù)。用于自動感應(yīng)的解決方案必須完全可靠。

如果需要更高的精度，可選用能編程的開關(guān)和線性器件，還能通過生產(chǎn)線終端測試，最大限度減小疊加誤差。

使用反向偏壓的霍爾傳感器 IC 能檢測鐵類金屬目標(biāo)。這些傳感器 IC 在一個包覆成型的組件內(nèi)集成了霍爾電路和稀土球。反向偏壓解決方案適用于開關(guān)和線性設(shè)計。這些組件不僅簡化了生產(chǎn)過程，還能以包覆成型的單獨封裝，提供最佳的電氣和磁場設(shè)計。

座椅安全帶卡扣的感應(yīng)

座椅安全帶卡扣 (SBB) 是另一個能將霍爾效應(yīng)技術(shù)應(yīng)用于安全系統(tǒng)的領(lǐng)域。這種簡單的可靠的雙線單極開關(guān)是當(dāng)今路面上的許多汽車常用的解決方案。霍爾效應(yīng)器件 (HED) 的用途是確保搭扣正確鎖閉，以保證在發(fā)生事故或急剎車時，安全帶能將乘客固定在座位上。

與座椅位置感應(yīng)類似，座椅安全帶卡扣也采用葉片中斷原理，進(jìn)行開關(guān)操作。在此情況下，采用鐵類金屬材料制成的卡扣可中斷磁體和霍爾效應(yīng)器件之間的磁場。當(dāng)磁場中斷時，器件輸出會開啟，當(dāng)卡扣移開時，器件輸出會關(guān)閉。該信息會發(fā)送至控制器，然后控制器會處理該數(shù)據(jù)、座椅位置傳感器 IC 發(fā)送的數(shù)據(jù)，以及其他輸出數(shù)據(jù)，以確保在發(fā)生事故時能可靠地彈出安全氣囊。

應(yīng)用局限

• 由于 SBB 傳感器 IC 的可用空間有限，所以很難使用印刷電路板。所以，最常見的做法是，在制作封裝的過程中，將互連線焊接在 HED 引線上，以最大限度減小尺寸。但焊接引線需要專業(yè)焊接技術(shù)，這項工作通常會外包給焊接加工廠。焊接霍爾效應(yīng)器件時最常出現(xiàn)的一個錯誤是，IC 位置極易產(chǎn)生的高溫/過電流會徹底損壞打線。新焊接工藝中容易出現(xiàn)的另一個錯誤是，引線固定不牢導(dǎo)致在接觸焊接噴嘴時，引線扭曲或拉伸。這同樣會嚴(yán)重?fù)p壞打線。

除可用空間有限外，傳感器 IC 還易受到下列因素導(dǎo)致的強靜電釋放 (ESD) 和磁場干擾的影響：

• 汽車內(nèi)的乘客接觸點，如卡扣組件的扣舌，

• 由于卡扣組件的鐵類金屬的特性，產(chǎn)生的磁場分流效應(yīng)對傳感器 IC 的影響

• 機械卡扣組件的寬容差，導(dǎo)致影響霍爾效應(yīng)傳感器 IC 的磁場劇烈變化。

選擇正確的傳感器 IC 對滿足所有應(yīng)用要求至關(guān)重要。

應(yīng)用方案

圖 3.典型的座椅安全帶卡扣機械組件，它顯示了與霍爾效應(yīng)傳感器 IC 的電氣連接。

• 在傳感器 IC 電源和傳感器 IC 接地端之間焊接 0.1 μF 的旁路電容能提供瞬態(tài)/ESD 保護(hù)。在應(yīng)用 PCB 時，除旁路電容外，還使用了 MOV，以防止使用底盤接地時產(chǎn)生的惡劣 EMC/ESD 工作條件影響傳感器 IC。如果傳感器 IC 能有效抗擊 EMC/ESD 的影響，使用旁路電容就足夠了。

• 需要使用足夠的大的磁體，以消除卡扣組件本身產(chǎn)生的分流效應(yīng)。釤鈷和釹是座椅安全帶卡扣中最常用的磁體材料。它們能產(chǎn)生強磁場，以補償機械誤差和應(yīng)用中可能出現(xiàn)的較大氣隙 (>  3 mm)。

• 機械組件的誤差可能導(dǎo)致影響傳感器 IC 的磁場強度發(fā)生劇烈變化（高達(dá)幾百高斯），所以必須描述所有工作條件的特性，以確保傳感器 IC 不會進(jìn)入錯誤工作狀態(tài)。在下列條件下，霍爾效應(yīng)傳感器 IC 不得出現(xiàn)誤開關(guān)：

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• 扣舌就位時的正常扣緊位置。

• 扣舌取出時的正常松脫位置。

• 扣入時，扣舌超出行程，并被就座的乘客或卡扣組件上固定的兒童座椅拉住。

• 扣舌以外的物體（冰棒棍、玩具等）扣入時，出現(xiàn)誤鎖閉狀態(tài)，并在誤鎖閉條件下固定卡扣。