曦华科技车规级电容触控MCU芯片CVM012x系列：实现智能汽车的电容式离手检测

时间： 2024-11-30 来源：深圳曦华科技公众号

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1. 背景介绍

据乘联分会数据发布，2024年1-6月新能源乘用车L2级及以上的辅助驾驶功能装车率达到66.4%。随着智能化、安全技术快速发展，自动驾驶正在快速渗透市场，预计在未来几年将继续保持高速增长趋势。

在这一趋势及背景下，驾驶员状态监测系统对于确保自动驾驶的安全至关重要，其中离手检测功能尤为关键。这项功能能够实时监测驾驶员是否在控制方向盘，确保自动驾驶系统的安全性和可靠性。

根据UN/ECE R#79法规要求，所有配备车道保持辅助系统（LKAS）的车辆都必须具备检测驾驶员是否握住方向盘的能力。此外，工业和信息化部发布的《关于加强智能网联汽车生产企业及产品准入管理的意见》也强调，企业在生产具备组合驾驶辅助功能的汽车产品时，必须采用脱手检测等技术措施，以确保驾驶员持续执行相应的动态驾驶任务。

电容式离手检测技术因其能够直接检测驾驶员手是否触摸方向盘，以其高灵敏度和高可靠性，正逐渐成为实现离手检测的首选技术方案。

2. 基本原理

配备电容式离手检测功能的方向盘内侧包裹有一层导电的感应垫。离手检测控制器的核心任务是检测感应垫与参考地之间的电容Cs。当驾驶员的手接触方向盘时，会改变感应垫的电荷分布，从而改变相应被检测电容的大小。控制器通过检测变化的电容值来判断驾驶员是否握住方向盘。

3. 架构分类

方向盘离手检测方案主要有两种架构，依据感应垫的类型进行区分。第一种是分层垫架构。感应垫从内到外分为三层：加热层、屏蔽层和感应层。加热层用于方向盘加热；屏蔽层用于隔离加热层和感应层，防止加热层的电场对感应层产生干扰；感应层则用于离手检测，并可按区域划分，以判断手握方向盘的具体位置。

第二种是加热丝复用架构。带有方向盘加热功能的方向盘已经包裹了一层导电的加热垫，这层加热垫也可以兼作感应垫。当进行加热时，控制电路将加热丝连接到加热电路；进行离手检测时，控制电路则将加热丝连接到电容检测电路。通常加热时间占80-90%，而电容检测只需10-20%的时间，从而使一层垫子能够同时实现方向盘加热与离手检测功能。

4. 方案挑战&产品优势

挑战一：感应垫的负载电容较大，许多方向盘的负载电容已达到nF级别，要求电容检测芯片具备较大的驱动能力。

CVM012系列芯片的电容检测范围最高可达4nF，是目前全球拥有最大负载电容检测范围的车规级触控MCU，且在大电容负载情况下仍能保持较高的检测信噪比，完美解决了离手检测大负载电容的问题。

挑战二：温度对电容检测的影响较大，特别是带加热功能的方向盘。一方面，温度变化会引起感应电容的变化；另一方面，检测芯片自身的温度变化也会影响检测精度。前者需要通过算法和控制电路解决，后者则要求芯片的电容检测技术具有低温漂特性。

CVM012系列芯片在电容检测端采用了自主研发的架构，具备卓越的温漂特性，能够在-40℃至105℃的温度范围内保持稳定的电容检测精度。

挑战三：由于感应垫的信号接收面积较大，车内电磁环境复杂，需要满足严格的EMC测试要求，且在电磁干扰的情况也能保持稳定工作。

CVM012系列芯片在EMC侧完成了系列优化，基于CVM012系列芯片的系统方案已通过了严苛的电磁兼容性测试。

挑战四：离手检测直接关系到驾驶安全，因此控制器和芯片必须达到功能安全B等级。

CVM012系列芯片是国内唯一一款通过ASIL-B功能安全认证的车规级电容触控MCU芯片。

挑战五：方向盘内部空间有限，且未来可能会同时集成触摸按键、方向盘加热功能，这就对芯片集成度提出了更高的要求。

CVM012系列芯片集成了高性能车规MCU和电容检测模块，是国内唯一能够实现离手检测单芯片解决方案的产品。

5. 规格参数

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