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作者 Christine Graham，系統工程師

座椅位置感應

圖 1.正面和側面防撞安全氣囊需要有關座椅和乘客位置的精確數據。

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

安全系統內采用了座椅位置感應技術，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開關，感應獨立的座椅位置區域。傳感器 IC 必須以數字輸出的形式，將該信息發送到指示特定區域的控制器。當車輛啟動時，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。

座椅調節導軌通常采用鐵類金屬材料制成，它們能中斷霍爾效應傳感器 IC 和磁體之間的磁場。座椅調節導軌的鐵類金屬會通過開關和磁體之間，導致開關開啟或關閉，從而將座椅位置信息發送到控制器。傳感器 IC 的輸出狀態變化會提示控制器，座椅已進入特定區域。

根據使用的霍爾傳感器 IC 的具體數量，可以有任意數量的區域，假設每個座椅調節導軌上有兩個傳感器 IC，可能存在四個區域。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。離方向盤較近區域內的座椅會提示控制器，彈出安全氣囊時需要更小的外力。離方向盤最遠的后部區域內的座椅位置，需要以更大的外力彈出安全氣囊。控制器會為霍爾效應傳感器 IC 的輸出狀態解碼，以確定座椅所在的區域。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，就能自動執行事關生死的操作。

品類繁多的霍爾傳感器 IC 可為相同的應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，它能產生與磁場強度成比例的電壓輸出。設計正確的話，采用線性側滑配置的雙極磁體能產生輸出范圍在 0 - 5 V 的電壓。

霍爾效應技術是一種非常可靠和相對低廉的技術。用于自動感應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和線性器件，還能通過生產線終端測試，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。這些傳感器 IC 在一個包覆成型的組件內集成了霍爾電路和稀土球。反向偏壓解決方案適用于開關和線性設計。這些組件不僅簡化了生產過程，還能以包覆成型的單獨封裝，提供最佳的電氣和磁場設計。

座椅安全帶卡扣的感應

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

與座椅位置感應類似，座椅安全帶卡扣也采用葉片中斷原理，進行開關操作。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器件之間的磁場。當磁場中斷時，器件輸出會開啟，當卡扣移開時，器件輸出會關閉。該信息會發送至控制器，然后控制器會處理該數據、座椅位置傳感器 IC 發送的數據，以及其他輸出數據，以確保在發生事故時能可靠地彈出安全氣囊。

應用局限

• 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焊接技術，這項工作通常會外包給焊接加工廠。焊接霍爾效應器件時最常出現的一個錯誤是，IC 位置極易產生的高溫/過電流會徹底損壞打線。新焊接工藝中容易出現的另一個錯誤是，引線固定不牢導致在接觸焊接噴嘴時，引線扭曲或拉伸。這同樣會嚴重損壞打線。

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

• 汽車內的乘客接觸點，如卡扣組件的扣舌，

• 由于卡扣組件的鐵類金屬的特性，產生的磁場分流效應對傳感器 IC 的影響

• 機械卡扣組件的寬容差，導致影響霍爾效應傳感器 IC 的磁場劇烈變化。

選擇正確的傳感器 IC 對滿足所有應用要求至關重要。

應用方案

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/ESD 保護。在應用 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生的分流效應。釤鈷和釹是座椅安全帶卡扣中最常用的磁體材料。它們能產生強磁場，以補償機械誤差和應用中可能出現的較大氣隙 (>  3 mm)。

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

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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，出現誤鎖閉狀態，并在誤鎖閉條件下固定卡扣。