Упрощение систем датчиков транспортных средств с помощью однокристального 8-битного решения LIN MCU

Автомобильная индустрия переживает период стремительных перемен, и на производителей автомобилей оказывается всё большее давление в части повышения уровня безопасности, надёжности и одновременно снижения затрат и сложности проектирования. Развитие технологий автономного вождения и систем помощи водителю (ADAS) только усиливает эти требования. В современных ADAS-решениях ответственность за управление всё ещё возложена на водителя — он обязан постоянно держать руки на руле и контролировать ситуацию. Однако с приходом полностью автономных автомобилей этот подход меняется: системы становятся ответственными за управление транспортным средством, а значит, появляются новые требования к безопасности и новые протоколы контроля.

Одним из таких протоколов стал Hands-On Detection (HOD) — технология, позволяющая системе определить, держит ли водитель руки на рулевом колесе. Это требование закреплено в международных стандартах безопасности, установленных ООН/ЕЭК, и является обязательным для реализации большинства современных систем помощи водителю.

На первых этапах внедрения технологии HOD она строилась на базе нескольких отдельных компонентов: микроконтроллеров, датчиков и интерфейсов связи LIN. Такой подход увеличивал сложность разработки, требовал больше пространства на плате и вёл к росту себестоимости, что особенно критично для массового внедрения в автомобилях среднего класса.

Сегодня, благодаря развитию микроконтроллеров и интеграции нескольких функций в один чип, появилась возможность создавать HOD-системы на базе современных 8-битных MCU с поддержкой LIN-интерфейса. Это позволяет значительно упростить схемотехнику, снизить затраты на комплектующие и ускорить процесс проектирования. В данной статье подробно рассматриваются ключевые вызовы, с которыми сталкиваются инженеры при реализации HOD-систем, и предлагаются практичные способы их решения с использованием новых интегрированных микроконтроллеров.

Сложности реализации HOD

Основная функция системы Hands-On Detection (HOD) заключается в своевременном обнаружении того, что водитель убрал руки с рулевого колеса, а также в анализе поступающих с датчиков сигналов и передаче предупреждения в экстренных ситуациях другим системам автомобиля. На первый взгляд, задача кажется простой, однако её техническая реализация требует сложного и продуманного подхода.

Одним из ключевых этапов разработки HOD является выбор подходящих датчиков. В зависимости от особенностей конструкции и требований производителя могут использоваться ёмкостные, резистивные или иные типы датчиков, и каждый вариант имеет свои технические особенности и ограничения. Например, ёмкостные решения требуют высокой чувствительности для корректной регистрации малейших изменений ёмкости, возникающих при касании руля руками.

Такие датчики требуют тщательной настройки и схемотехники, чтобы исключить ложные срабатывания или ошибки, вызванные электромагнитными помехами. К тому же необходимо соблюдать строгие стандарты по уровню электромагнитного излучения (EMI), что дополнительно усложняет разработку. Нередко для этого приходится разрабатывать дополнительные аналоговые схемы или использовать ресурсоёмкую цифровую обработку сигналов, чтобы фильтровать шумы и обеспечивать стабильную работу системы.

Помимо регистрации данных с датчиков, HOD-система должна в реальном времени анализировать полученную информацию и при необходимости немедленно уведомлять водителя о потере контроля. В случае выявления опасной ситуации система передаёт сигнал другим компонентам автомобиля для активации протоколов безопасности, таких как звуковое или визуальное предупреждение, ограничение скорости или даже аварийная остановка.

Важно учитывать и то, что система HOD должна соответствовать жёстким стандартам безопасности, установленным автопроизводителями. Это требует прохождения обязательной OEM-сертификации, подтверждающей соответствие всем требованиям надёжности и безопасности.

Использование в проекте дискретных компонентов (отдельных микроконтроллеров, датчиков, интерфейсов связи) существенно усложняет процесс разработки. Такой подход требует больше времени и усилий, увеличивает количество потенциальных точек отказа и заметно повышает себестоимость проекта — в некоторых случаях затраты могут вырасти в несколько раз. В результате применение дискретных решений приводит к росту расходов, увеличению сроков разработки и усложнению процесса сертификации, создавая серьёзные барьеры для быстрой и эффективной реализации системы HOD.

Как IS32CS8978 упрощает разработку

Эффективным решением для упрощения проектирования систем Hands-On Detection является использование высокоинтегрированного микроконтроллера IS32CS8978. Этот 8-битный MCU объединяет в себе функции LIN-контроллера, физического уровня связи и сенсорного управления, что позволяет отказаться от множества внешних компонентов и значительно сократить сложность схемы. Для проектов с ограниченным функционалом доступен более бюджетный вариант — IS32CS8976, обладающий упрощёнными возможностями.

Модель IS32CS8978 предлагает расширенный набор функций: увеличенный объём встроенной памяти, большее количество портов ввода/вывода и удвоенное число сенсоров касания. Дополнительно датчики могут быть настроены как сенсоры приближения, что позволяет гибко адаптировать систему под конкретные требования проекта. Встроенная поддержка LIN-связи и сенсорных технологий делает оба MCU удобными для реализации функций управления и сенсорного ввода в автомобилях.

Ключевым преимуществом IS32CS8978 является то, что он позволяет решить основные проблемы, характерные для традиционных дискретных решений HOD. Интеграция всех необходимых компонентов в одном чипе исключает необходимость в дополнительных микросхемах для реализации LIN-интерфейса, что способствует снижению затрат и ускоряет сертификацию. Кроме того, микроконтроллер прошёл предварительные испытания на соответствие отраслевым стандартам, облегчая процедуру получения OEM-сертификатов.

Для удобства разработчиков устройство поддерживает настройку через графический интерфейс, совместимый с популярной средой разработки VS Code, что упрощает процесс конфигурации и интеграции в проект. В техническом плане IS32CS8978 оснащён 64 КБ флеш-памяти и поддерживает до 20 сенсоров касания третьего поколения, которые могут быть сконфигурированы под задачи HOD. Встроенный LIN-контроллер соответствует протоколам SAE J2602 и LIN 2.x, обеспечивая надёжную связь с другими электронными блоками автомобиля. Чип успешно прошёл испытания в независимой лаборатории и соответствует стандарту LIN 2.2, предлагая уровень надёжности, сопоставимый с дискретными решениями.

Особое внимание в IS32CS8978 уделено борьбе с электромагнитными помехами — для этого микроконтроллер использует модуляцию спектра в своих тактовых генераторах, снижая уровень EMI-излучений. Дополнительным подтверждением его качества и надёжности служит сертификация AEC-Q100, которая гарантирует соответствие требованиям автомобильной промышленности. Всё это делает IS32CS8978 оптимальным выбором для создания эффективных, безопасных и экономически целесообразных систем HOD.

Пример практической реализации HOD

Один из примеров — интеграция трёх сенсоров IS32CS8978 в проводящую ткань рулевого колеса. Если система обнаруживает, что руки водителя не на руле, она активирует сигнализацию через зуммер и тактильную отдачу. В критических ситуациях микроконтроллер передаёт команды другим подсистемам автомобиля по шине LIN для торможения или замедления движения.

Гибкость IS32CS8978 позволяет использовать его и в других задачах управления: замки дверей, электростеклоподъёмники, регулировка зеркал, перемещение сидений (без памяти), внутренняя подсветка, базовое управление климатом, датчики дождя/освещённости, кнопки на руле, стеклоочистители и управление небольшими электродвигателями, например, регулировка фар.

Портфолио 8-битных MCU от Lumissil

Компания предлагает широкий выбор 8-битных микроконтроллеров с поддержкой LIN, предназначенных для автомобильных, промышленных и коммерческих применений.

О компании

Эта полупроводниковая компания специализируется на аналоговых и смешанных интегральных схемах для автомобильной, коммуникационной, промышленной и потребительской электроники. В линейке продукции — драйверы светодиодов для мощного освещения и RGB-подсветки, а также решения для аудио, сенсоров, высокоскоростной передачи данных, оптических сетей и специализированные микроконтроллеры. Компания ведёт международную деятельность, имея офисы в США, Европе, Азии и Израиле.