大家有沒有發(fā)現(xiàn)，汽車越智能，對(duì)于汽車安全的要求也就越嚴(yán)苛。很多以前可有可無的安全功能，現(xiàn)在都變成了強(qiáng)制性的標(biāo)準(zhǔn)，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(gè)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(gè)重要指征。另一方面，隨著ADAS和自動(dòng)駕駛的引入，汽車自動(dòng)化程度越來越高，在駕駛過程中“機(jī)器”可以代替人類做的事情也越來越多，這反而會(huì)令駕駛員產(chǎn)生麻痹思想，在駕駛時(shí)“心不在焉”。而實(shí)際上在實(shí)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(shí)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?yàn)橐庾R(shí)到方向盤離手檢測的重要性和必要性，聯(lián)合國79號(hào)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(shí)，歐盟也已針對(duì)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(biāo)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(diǎn)是只有在轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤時(shí)才能進(jìn)行測量，且無法識(shí)別手部的狀態(tài)，因此很容易被有經(jīng)驗(yàn)的“老司機(jī)”騙過，不太可靠。

基于近紅外攝像頭的光學(xué)方案，是方向盤離手檢測的另一個(gè)技術(shù)選項(xiàng)，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(fù)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(zhǔn)認(rèn)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(duì)于電容傳感技術(shù)大家并不陌生，我們平時(shí)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(gè)應(yīng)用中，其工作原理也很容易理解：當(dāng)手握方向盤時(shí)，方向盤上的導(dǎo)電板和人手構(gòu)成了一個(gè)電容器，當(dāng)手的位置發(fā)生變化或者脫離方向盤時(shí)，會(huì)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(zhǔn)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(shí)現(xiàn)高精度的手部探測，防“欺騙”能力更強(qiáng)；第三，不需要轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤這樣的附加條件；此外，可以復(fù)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(jìn)行方向盤離手檢測，與其他技術(shù)選項(xiàng)相比，方案設(shè)計(jì)更加簡單，成本也更低，對(duì)人類接觸的感知更精準(zhǔn)可靠，因此是汽車行業(yè)普遍看好的一個(gè)發(fā)展趨勢。

改進(jìn)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(shí)就會(huì)對(duì)測量的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響；它也無法識(shí)別手掌、手指或膝蓋等人體不同部分的接觸；同時(shí)，安全和魯棒性不夠……彌補(bǔ)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(bǔ)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(zhǔn)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(dú)特的算法處理，精準(zhǔn)識(shí)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(fù)載——也就是由方向盤導(dǎo)電板和人手組成的電容器——施加正弦波交流電壓信號(hào)，并由傳感器檢測負(fù)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(duì)I/Q信號(hào)進(jìn)行濾波和偏移補(bǔ)償后，便得到負(fù)載阻抗（電容和電阻信息）——一般來說，人手離導(dǎo)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(duì)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(gè)“槽點(diǎn)”。

圖4是更為完整的AS8579的工作原理圖?？梢钥吹?，I和Q兩個(gè)分量路徑之間共享一個(gè)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(zhǔn)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(jì)細(xì)節(jié)值得關(guān)注。

首先，AS8579具有10個(gè)獨(dú)立的測量通道，電流響應(yīng)可通過模擬多路復(fù)用器（MUX）連接到傳感器驅(qū)動(dòng)器的10個(gè)SEN引腳中的任何一個(gè)。也就是說，同一個(gè)器件可以同時(shí)支持多個(gè)電容值的測量，這就為應(yīng)對(duì)多級(jí)感測等復(fù)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(gè)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(dòng)屏蔽功能對(duì)于安全敏感型的應(yīng)用十分有利。

再有，AS8579可在四個(gè)可選驅(qū)動(dòng)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(gè)片上診斷功能，支持高達(dá)ASIL B級(jí)的ISO 26262功能安全標(biāo)準(zhǔn)，符合AEC-Q100 1級(jí)認(rèn)證。將上述特性綜合起來看就會(huì)發(fā)現(xiàn)，AS8579是實(shí)現(xiàn)車規(guī)級(jí)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(dòng)開啟檢測，在檢測到有人在后備箱附近時(shí)才自動(dòng)打開，這些應(yīng)用對(duì)于提升汽車的安全性和用戶的體驗(yàn)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(shí)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(fù)雜——由于容器中液體量的改變（對(duì)應(yīng)液位的變化），會(huì)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(fù)雜環(huán)境下對(duì)微小電容值變化的檢測，從汽車油箱油量到家用洗衣機(jī)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(gè)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(dá)10個(gè)傳感器輸入引腳，它們可以連接到一個(gè)液體容器上附加的10個(gè)電極片上，同時(shí)提供10個(gè)單獨(dú)的液位（電容）測量值。

這個(gè)特性非常實(shí)用，比如在洗衣機(jī)應(yīng)用中，我們可以利用這個(gè)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(gè)電極片都連接到同一個(gè)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(gè)測量結(jié)果，洗衣機(jī)控制系統(tǒng)就能夠?qū)崿F(xiàn)敏感的保護(hù)功能，確保洗衣筒不會(huì)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(gè)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(yáng)長避短，施展拳腳；而且AS8579用一顆器件同時(shí)支持多通道傳感器測量的絕活兒，更是有助于應(yīng)對(duì)多液面測量這種復(fù)雜環(huán)境中的感測需求，簡化方案，降低綜合成本。

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