《智能網(wǎng)聯(lián)汽車傳感器技術(shù)與應(yīng)用》課件 能力模塊五 掌握超聲波雷達(dá)技術(shù)與應(yīng)用

認(rèn)知超聲波雷達(dá)《智能網(wǎng)聯(lián)汽車傳感器技術(shù)與應(yīng)用》能力模塊五掌握超聲波雷達(dá)技術(shù)與應(yīng)用在倒車的時(shí)候，相信許多人都有發(fā)現(xiàn)，在慢慢挪動(dòng)車子的過程中，在駕駛室內(nèi)能聽到“滴滴滴”的聲音，以提醒我們快要碰到障礙物或是其他車輛了。其實(shí)這是超聲波傳感器正在探測(cè)與障礙物的距離，將警報(bào)信息發(fā)給駕駛員，請(qǐng)問同學(xué)們了解超聲波雷達(dá)嗎，想一想將來進(jìn)入自動(dòng)駕駛時(shí)代，車上會(huì)有多少個(gè)超聲波雷達(dá)呢？任務(wù)導(dǎo)入任務(wù)目標(biāo)了解超聲波雷達(dá)的定義掌握超聲波雷達(dá)的類型掌握超聲波雷達(dá)的基本特性了解超聲波雷達(dá)技術(shù)現(xiàn)狀獲得多途徑檢索知識(shí)、分析解決問題以及多元化思考解決問題的方法，形成創(chuàng)新意識(shí)。具有良好的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和較強(qiáng)的組織溝通能力。具備良好的職業(yè)道德，尊重他人勞動(dòng)，不竊取他人成果。Contents目錄超聲波雷達(dá)的定義1超聲波雷達(dá)發(fā)展趨勢(shì)5超聲波雷達(dá)的類別2超聲波雷達(dá)技術(shù)現(xiàn)狀4超聲波雷達(dá)的基本特性301超聲波雷達(dá)的定義超聲波雷達(dá)的定義超聲波雷達(dá)，是一種利用超聲波測(cè)算距離的雷達(dá)傳感器裝置。在車載傳感器中，超聲波雷達(dá)是目前最常見的品種之一，短距離測(cè)量中，超聲波測(cè)距傳感器具有非常大的優(yōu)勢(shì)，多用在倒車?yán)走_(dá)上。超聲波雷達(dá)的定義車載的超聲波雷達(dá)一般安裝在汽車的保險(xiǎn)杠上方，隱藏在保險(xiǎn)杠的某個(gè)位置。在車上外觀如下圖黃色箭頭處的圓點(diǎn)所示。02超聲波雷達(dá)的類別UPA超聲波雷達(dá)APA超聲波雷達(dá)超聲波雷達(dá)的類別UPA超聲波雷達(dá)的探測(cè)距離一般在15~250cm之間，主要用于測(cè)量汽車前后方的障礙物。安裝在汽車前后保險(xiǎn)杠上的，用于測(cè)量汽車前后障礙物的倒車?yán)走_(dá)，這種雷達(dá)被稱為UPA。UPA超聲波雷達(dá)感測(cè)距離較短，但是頻率較高，為58kHz，精度高;UPA超聲波雷達(dá)超聲波雷達(dá)的類別安裝在汽車側(cè)面的，用于測(cè)量側(cè)方障礙物距離的超聲波雷達(dá)，稱為APA超聲波雷達(dá)，探測(cè)距離一般在30~500cm之間，感測(cè)距離較長，但是頻率較低，為40kHz，精度一般。APA超聲波雷達(dá)03超聲波雷達(dá)的基本特性溫度敏感無法精確描述障礙物位置超聲波雷達(dá)的基本特性超聲波雷達(dá)的測(cè)距原理和之前介紹的激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)類似，距離=傳播速度*傳播時(shí)間/2。不同的是激光雷達(dá)和毫米波雷達(dá)的波速都為光速，而超聲波雷達(dá)的波速跟溫度有關(guān)。近似關(guān)系如下：C=C0+0.607?T溫度敏感C為聲波速度（單位：m/s）C0為零度時(shí)的聲波速度332m/sT為溫度(單位：℃)。超聲波雷達(dá)的基本特性溫度敏感右圖為在純水溫度中超聲波傳播速度，相同相對(duì)位置的障礙物，在不同溫度的情況下，測(cè)量的距離不同。對(duì)傳感器精度要求極高的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)來說，要么選擇將超聲波雷達(dá)的測(cè)距進(jìn)行保守計(jì)算；要么將溫度信息引入自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，提升測(cè)量精度。超聲波雷達(dá)的基本特性無法精確描述障礙物位置超聲波雷達(dá)到探測(cè)距離值峰值時(shí)會(huì)返回一個(gè)探測(cè)距離的值，如圖5-1-4所示。處于A處和處于B處的障礙物都會(huì)返回相同的探測(cè)距離d。所以在僅知道探測(cè)距離d的情況下，通過單個(gè)雷達(dá)的信息是無法確定障礙物是在A處還是在B處的。04超聲波雷達(dá)技術(shù)現(xiàn)狀技術(shù)方案行業(yè)瓶頸超聲波雷達(dá)技術(shù)現(xiàn)狀技術(shù)方案以自動(dòng)泊車為例，當(dāng)前主機(jī)廠推出的自動(dòng)泊車APA方案基本采用如右圖12顆超聲波雷達(dá)的布局。其中寶馬、別克等以純超聲波雷達(dá)方案為主，部分主機(jī)廠則開始采用超聲波+環(huán)視攝像頭融合方案提高車輛自動(dòng)泊車系統(tǒng)的泊入/泊出成功率，主要集中在自主品牌如蔚來、小鵬、長安、吉利等。超聲波雷達(dá)技術(shù)現(xiàn)狀技術(shù)方案2022年10月初，特斯拉就宣布，Model3和ModelY將不再在其自動(dòng)駕駛傳感器套件中使用超聲波傳感器，轉(zhuǎn)向依靠純視覺的“TeslaVision”自動(dòng)/輔助駕駛技術(shù)。ModelS和ModelX將在2023年跟進(jìn)。同學(xué)們，你們覺得特斯拉取消超聲波，純靠視覺傳感器靠譜嗎？超聲波雷達(dá)技術(shù)現(xiàn)狀行業(yè)瓶頸超聲波雷達(dá)的主要生產(chǎn)商有國外的博世、法雷奧、村田等，國內(nèi)的同致電子、深圳航盛電子、深圳豪恩等。傳統(tǒng)的超聲波雷達(dá)多用于倒車?yán)走_(dá)應(yīng)用，這部分市場(chǎng)基本被博世、法雷奧占據(jù)，國內(nèi)廠商很多，國內(nèi)外廠商之間的差距，主要在于傳感器實(shí)現(xiàn)上的穩(wěn)定性和可靠性。在這方面，國產(chǎn)廠商還有更長的路要走，積累經(jīng)驗(yàn)。05超聲波雷達(dá)發(fā)展趨勢(shì)“超聲波雷達(dá)+視覺”融合路線高級(jí)超聲波傳感器取代傳統(tǒng)倒車?yán)走_(dá)超聲波雷達(dá)發(fā)展趨勢(shì)“超聲波雷達(dá)+視覺”，融合傳感器方案將成主流技術(shù)路線超聲波雷達(dá)發(fā)展趨勢(shì)高級(jí)超聲波雷達(dá)將逐漸替代普通倒車?yán)走_(dá)成為核心產(chǎn)品傳統(tǒng)的僅對(duì)障礙物距離做預(yù)判的普通的倒車?yán)走_(dá)產(chǎn)品市場(chǎng)，這類產(chǎn)品市場(chǎng)的特征是技術(shù)門檻較低，產(chǎn)品附加值不高。超聲波雷達(dá)發(fā)展趨勢(shì)高級(jí)超聲波雷達(dá)將逐漸替代普通倒車?yán)走_(dá)成為核心產(chǎn)品支持緊急制動(dòng)，錯(cuò)誤加速，防撞等高級(jí)功能的產(chǎn)品市場(chǎng)，只有這類超聲波傳感器產(chǎn)品才具備與視覺系統(tǒng)融合的基礎(chǔ)條件，也是具備最終達(dá)到L2級(jí)別的全自動(dòng)和智能泊車的一個(gè)產(chǎn)品。感

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觀

看《智能網(wǎng)聯(lián)汽車傳感器技術(shù)與應(yīng)用》《智能網(wǎng)聯(lián)汽車傳感器技術(shù)與應(yīng)用》能力模塊五掌握超聲波雷達(dá)技術(shù)與應(yīng)用實(shí)現(xiàn)超聲波雷達(dá)的應(yīng)用超聲波因?yàn)橛兄v向分辨率較高，對(duì)色彩、光照、電磁場(chǎng)不敏感等特性，使得超聲波測(cè)距系統(tǒng)對(duì)于黑暗，有灰塵或者煙幕、有毒等惡劣環(huán)境有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，因此在智能網(wǎng)聯(lián)汽車研發(fā)中也得到了人們的青睞，智能網(wǎng)聯(lián)汽車的避障、定位、地圖構(gòu)建和路徑規(guī)劃都離不開超聲波雷達(dá)，下面我們一起來了解超聲波雷達(dá)的原理及應(yīng)用。任務(wù)導(dǎo)入任務(wù)目標(biāo)了解超聲波雷達(dá)的工作原理了解超聲波雷達(dá)的組成掌握超聲波雷達(dá)測(cè)距了解超聲波雷達(dá)的應(yīng)用場(chǎng)景獲得多途徑檢索知識(shí)、分析解決問題以及多元化思考解決問題的方法，形成創(chuàng)新意識(shí)。具有良好的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和較強(qiáng)的組織溝通能力。具備良好的職業(yè)道德，尊重他人勞動(dòng)，不竊取他人成果。Contents目錄超聲波雷達(dá)工作原理1超聲波雷達(dá)的組成2超聲波雷達(dá)的應(yīng)用場(chǎng)景4超聲波雷達(dá)測(cè)距301超聲波雷達(dá)工作原理超聲波雷達(dá)工作原理采用超聲波雷達(dá)測(cè)距時(shí)，超聲波發(fā)射器先向外面某一個(gè)方向發(fā)射出超聲波信號(hào)，在發(fā)射超聲波的同時(shí)開始計(jì)時(shí)，超聲波通過空氣進(jìn)行傳播，傳播途中遇到障礙物就會(huì)立刻反射回來，超聲波接收器在接收到反射波時(shí)立即停止計(jì)時(shí)。計(jì)時(shí)器通過記錄時(shí)間就可以測(cè)算出從發(fā)射點(diǎn)到障礙物之間的距離。

超聲波雷達(dá)工作原理常見的超聲波雷達(dá)有兩種:第一種是安裝在汽車前后保險(xiǎn)杠上的，用于測(cè)量汽車前后障礙物的駐車?yán)走_(dá)或倒車?yán)走_(dá)，稱為超聲波駐車輔助傳感器(UltrasonicParkingAssistant，UPA)超聲波雷達(dá)工作原理第二種是安裝在汽車側(cè)面，用于測(cè)量側(cè)方障礙物距離的超聲波雷達(dá)，稱為自動(dòng)泊車輔助傳感器(AutomaticParkingAssistant，APA)。超聲波雷達(dá)工作原理超聲波雷達(dá)的數(shù)學(xué)模型如圖所示，其中α為超聲波雷達(dá)的探測(cè)角，一般UPA的探測(cè)角為120°左右，APA的探測(cè)角為80°左右;β為超聲波雷達(dá)檢測(cè)寬度范圍的影響元素之一，該角度一般較小。一般UPA的β為20°左右，APA的β較為特殊，為0°;R也是超聲波雷達(dá)檢測(cè)寬度范圍的影響元素之一，UPA和APA的R值差別不大，都在0.6m左右;D是超聲波雷達(dá)的最大量程。02超聲波雷達(dá)的組成超聲波雷達(dá)的組成超聲波雷達(dá)內(nèi)部有一個(gè)發(fā)射頭和一個(gè)接收頭。在有效的檢測(cè)距離內(nèi)，發(fā)射頭發(fā)射特定頻率的超聲波，遇到檢測(cè)面反射部分超聲波；接收頭接收返回的超聲波，由芯片記錄聲波的往返時(shí)間，并計(jì)算出距離值；超聲波雷達(dá)可以通過模擬接口和IIC接口兩種方式將數(shù)據(jù)傳輸給控制單元。03超聲波雷達(dá)測(cè)距超聲波雷達(dá)測(cè)距超聲波測(cè)距的原理是利用超聲波在空氣中的傳播速度為已知，測(cè)量聲波在發(fā)射后遇到障礙物反射回來的時(shí)間，根據(jù)發(fā)射和接收的時(shí)間差計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)到障礙物的實(shí)際距離。測(cè)距的公式表示為：L=C×T式中L為測(cè)量的距離長度；C為超聲波在空氣中的傳播速度；T為測(cè)量距離傳播的時(shí)間差(T為發(fā)射到接收時(shí)間數(shù)值的一半)。04超聲波雷達(dá)的應(yīng)用輔助駕駛在智能網(wǎng)聯(lián)汽車的應(yīng)用中，超聲波雷達(dá)一般應(yīng)用于汽車的輔助駕駛和泊車等場(chǎng)景，比如在車輛倒車輔助系統(tǒng)中的應(yīng)用。超聲波雷達(dá)的應(yīng)用超聲波雷達(dá)的應(yīng)用超聲波監(jiān)測(cè)超聲波雷達(dá)可用于對(duì)某些自然災(zāi)害頻發(fā)的區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)可及時(shí)采集由自然災(zāi)