在汽車ADAS(高級駕駛輔助)系統中,毫米波雷達、攝像頭、激光雷達承擔著非常重要的功能,可以說是ADAS系統的眼睛。由于毫米波雷達、攝像頭和激光雷達的經常會長時間運行,并且工作環境包括了寒冷、高溫和潮濕條件,這些都會導致“眼睛”出現故障。

毫米波雷達發射器(TX)的功率和接收器(RX)的增益、噪聲和靈敏度跟溫度的變化息息相關。下圖顯示了發射功率和接收增益隨溫度變化的關系,以及添加補償電路之后的影響。

補償電路的正常工作,離不開溫度傳感器。溫度傳感器一般都緊貼毫米波雷達、攝像頭和激光雷達安裝,以保證溫度檢測的準確性。
雷達傳感器有自己的最佳工作溫度,但是為了控制成本,制造商往往會采用塑料外殼,而不是金屬外殼,這樣就會降低雷達傳感器的散熱效果。雷達傳感器的功率一般都比較高,自發熱比較嚴重,匹配的溫度傳感器精度一般也不是很高,誤差往往都在±7℃,這會極大限制雷達傳感器的性能。

激光雷達的探測范圍
高端車輛會采用兩個獨立的溫度傳感器,這樣可以將溫度控制在±1℃內,另外,采用超薄溫度傳感器,緊貼雷達芯片安裝在其下方,也可以提高溫度檢測的精度。
一個激光雷達包含了激光器、ToF傳感器和控制器,探測距離涵蓋了近、中、遠三檔,除了可以進行距離探測,還能進行深度傳感,是實現ADAS功能的關鍵器件,而它的正常工作也離不開溫度控制器。在溫度超過70℃以后,激光器的性能就會下降,影響距離測量。同時,ToF傳感器在工作時也會自行發熱,如果不做散熱處理,當溫度上升到105℃時,其噪聲會大幅增加,探測效率會大打折扣,對汽車的安全駕駛帶來巨大隱患。

激光雷達結構圖
激光雷達和攝像頭通常都是直接暴露使用環境中,由于使用環境的溫差大、突發情況多,容易造成其外殼或者透鏡產生縫隙,破壞內部的密封效果,使光學器件在潮濕的環境下受損。因此,需要在激光雷達和攝像頭模塊的內部,安裝一個濕度傳感器,以監測其濕度。當濕度達到閾值時報警,以提醒車主進行維修和更換,避免因故障造成安全事故。
一輛汽車上安裝的攝像頭可能會達到六個,這些攝像頭需要具備快速的反應速度、出色的弱光靈敏度和較高的動態范圍。而保證攝像頭在高性能狀態下工作,就必須要避免圖像傳感器長時間在高溫下運行。

目前,車用攝像頭往往都是采用的小型封閉立方體結構,沒有主動冷卻功能,非常容易因為器件發熱而導致運行溫度過高。一般圖像傳感器的操作溫度區間都是在-50℃至80℃,最佳操作溫度往往是在25℃左右。低于或高于最佳操作溫度都會影響圖像傳感器的性能,而超出其工作溫度區間,則會直接破環圖像傳感器。

汽車的攝像頭模塊
為了保證攝像頭的正常工作,同時保護圖像傳感器,汽車的ECU電路會根據圖像傳感器的溫度變化,控制補償電路調節圖像傳感器的功率,來控制發熱量。因此,攝像頭的溫度監測是非常關鍵的。
一般車用圖像傳感器采用的是嵌入式溫度傳感器,其溫度監測誤差達到了±6℃,并不能將圖像傳感器的性能發揮到最佳,極端情況下,甚至會損壞圖像傳感器。高端的車型,一般會再額外添加一個獨立的溫度傳感器,這樣可以將圖像傳感器的溫度監測誤差控制在±1℃以內。

關于車用溫度傳感器的使用,需要綜合考慮多方面的因素,比如:測量精度、報警系統、信號輸出類型等。總之,汽車ADAS系統非常復雜,每一個小的器件都會影響整個系統的運行。
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