什麼是超聲波雷達

超聲波是頻率高于20000赫茲的聲波，它方向性好，穿透能力強，易于獲得較集中的聲能，在水中傳播距離遠，可用于測距、測速、清洗、焊接、碎石、殺菌消毒等。

超聲波雷達聽着很陌生，但其實一直被廣泛使用在汽車上，我們常見的倒車雷達就是一種超聲波雷達。在倒車時，慢慢挪動車子的過程中，在駕駛室内能聽到”滴滴滴“的聲音，這些聲音就是根據超聲波雷達的檢測距離給司機的反饋信息。

超聲波能被任何材質的障礙物反射，探測角度通常在120°左右，探測距離一般在0.1~5米之間。超聲波的探測距離為什麼這麼近呢？為什麼隻有在倒車、自動泊車等低速場景才使用超聲波雷達呢？超聲波雷達的工作原理是什麼呢？下面我帶大家一起來看看。

超聲波雷達的工作原理

超聲波發射器向外面某一方向發射出超聲波信号，在發射超聲波時刻的同時開始進行計時，超聲波通過空氣進行傳播，傳播途中遇到障礙物就會立即反射傳播回來，超聲波接收器在收到反射波的時刻就立即停止計時。超聲波在空氣中的速度為340m/s，計時器記錄時間為T，發射點到障礙物的距離為L，L=340*T/2。

目前，常用探頭的工作頻率有 40kHz、48kHz 和 58kHz 三種。一般來說，頻率越高，靈敏度越高，但水平與垂直方向的探測角度就越小，故一般采用 40kHz 的探頭。

超聲波的探測距離L一般為0.1m~2.5m（UPA）、0.3m~5m（APA）；

單個探頭的掃描周期一般為50ms（自檢、初始化10~20ms，5m探測距離需要30ms，5m*2/340m/s≈30ms）；

超聲波雷達探頭的水平探測角度一般為120°（UPA）、80°（APA）；

垂直方向探測角度為120°（等方性傳感器，水平角度與垂直角度相同），或60°、45°（異方性傳感器，水平角度與垂直角度不同）；

等方性傳感器的缺點在于垂直照射角度過大，容易探測到地，無法偵測較遠的距離；

異方性超聲波探頭産生的超聲波波形強弱較不易穩定，而容易産生誤報警的情況。

超聲波雷達的特性

特性一：溫度敏感

超聲波雷達的波速跟溫度有關。近似關系如下：C = C0 0.607 ∗ T，C0為零度時的聲波速度332m/s，T為溫度(單位：℃)。

例如，溫度在0℃時，超聲波的傳播速度為332m/s；溫度在30℃時，超聲波的傳播速度為350m/s。相同相對位置的障礙物，在不同溫度的情況下，測量的距離不同。所以為了獲得高精度的探測信息，車載超聲波雷達系統通常要有一個溫度補償電路。

特性二：無法精确描述障礙物的位置

超聲波雷達在工作時會返回一個探測距離的值，如圖所示。處于A處和處于B處的障礙物都會返回相同的探測距離d。所以在僅知道探測距離d的情況下，通過單個雷達的信息是無法确定障礙物是在A處還是在B處的。

通過多個超聲波探頭兩兩配對，可以輸出一個相對準确的障礙物位置。

特性三：隻能應用于低速場景

因為聲波速度太低，單個探頭的掃描周期一般為50ms（自檢、初始化10~20ms，5m探測距離需要30ms，5m*2/340m/s≈30ms），在車速較高時會出現漏檢，尤其是用于側向換道，側向障礙物預警時，漏檢率非常高。會有部分車企在車速高于20km/h時會讓超聲波雷達休眠，以起到節能、延長壽命、減少誤警的作用。

特性四：盲區

探頭發出超聲波時，由于超聲波發送器在發送超聲結束後，會由于慣性繼續振動，從而産生餘振。在受到餘振幹擾期間，超聲波接收器無法分辨出超聲波回波和餘振，必須等餘振結束後才能運行。由于這段時間裡無法進行測距步驟，稱之為盲區。

探測距離越遠，發送功率需要越大，餘振時間就會越長，導緻盲區越大。通過使餘振盡快衰減至零或足夠小，可以達到減少盲區的目的。在近距離勘測時，也可以适當地減少超聲波發射的功率，從而減小餘振。

超聲波雷達系統的疊代

第一代：模拟雷達：無源探頭 主機 連接線；

所有功能都在主機上實現（電壓轉換、探頭驅動、障礙物距離計算、回波放大、檢波、與顯示器通訊）；

探頭隻起到發送和接收超聲波的作用；

探頭需要依次工作，數據更新頻率低；

易誤報（微弱的探頭回波信号易受幹擾，線束需要用屏蔽線，不同主機的線束需要隔離）。

第二代：半數字雷達：無源探頭（集成放大電路） 主機 連接線；

探頭增加了放大電路，增強了探頭的抗幹擾能力。

第三代：帶主機數字雷達安全系統：數字探頭 主機 連接線；

所有電路（電源、驅動、回波放大、檢波、雷達解碼）都集成在探頭上，每個探頭可以獨立輸出偵測到的距離；

帶有主機，每個探頭的工作順序由主機分配。最終障礙物距離由主機計算，并由主機傳給整車；

精度、靈敏度、探測距離、抗幹擾性進一步提高。

第四代：無主機數字雷達安全系統：數字探頭 連接線；

去掉了主機對探頭的控制功能，每個探頭隻要通電，即可工作；

數據更新頻率增高；

每個探頭不再需要固定的ID号，改由軟件動态分配ID号，探頭可互換；

無主機，易安裝，擺脫了主機接口數量限制，探頭數可随意擴充。

數字探頭，精準度、探測距離、抗幹擾性能都大大提高。

超聲波雷達在汽車上的應用

超聲波雷達除了用在倒車預警系統外，還會用在前車防撞、油門防誤踩、盲區監測、自動泊車、障礙物檢測、泊車位檢測、高速橫向輔助中。

自動泊車功能需要經曆兩個階段：1.識别庫位；2.倒車入庫

汽車緩緩駛過庫位時，汽車側方的APA傳感器返回的探測距離與時間的關系。

将t1時刻到t2時刻的車速做積分即可得到庫位的近似長度，如果近似認為汽車為勻速行駛，直接用車速乘以(t2-t1)即可。當檢測的長度超過車輛泊入所需的最短長度時則認為當前空間有車位。

檢測到泊車位後，儀表會給駕駛員提示是否泊車，駕駛員選定泊車位後，智能駕駛ECU會自動規劃出一條全局路徑，然後控制車輛的轉向、油門、制動進行泊車。

油門防誤踩：可以通過超聲波實時監測前方或後方障礙物信息，當駕駛員在需要緊急刹車的情況下，反而把油門誤當作了刹車踩這一情況，激活刹車系統，将汽車刹停。

高速橫向輔助：特斯拉Model S在AutoPilot 1.0時代就實現了高速公路的巡航功能，為了增加高速巡航功能的安全性和舒适性，特斯拉将用于泊車的APA超聲波雷達，也用在了高速巡航上。當側方駛過的汽車離自車較近時，Model S在确保另一側有足夠空間的情況下，自主地向另一側微調，降低與側向車輛的碰撞風險。

超聲波雷達裝車常見工程問題

1.超聲波雷達誤報警

導緻超聲波雷達誤報警的原因可能是：雷達探頭表面漆面不均勻或漆面過厚；

雷達安裝孔開孔過小或不均勻導緻雷達探頭擠壓；

雷達支架與矽膠圈之間有殘漆，導緻雷達探頭受擠壓；

探頭與支架之間用于消除旁瓣的矽膠圈變形，失效；

信号在線束傳遞過程中受到幹擾；

2.超聲波雷達打地

超聲波雷達在設計時需要結合安裝位置（安裝高度、安裝面與地面夾角）、探頭的垂直檢測角度、實際需要的檢測距離、探頭支架的上揚角度去綜合考慮。在裝車後出現打地可以考慮通過提高安裝位置、增大探頭上揚角度、降低探測距離等手段解決該問題。

超聲波雷達産業

截至2021年5月，汽車之家在售車型有8998款，配置了倒車雷達的車型有7074款，滲透率達到79%；其中配置前向雷達車型有2531款，滲透率達到28%。目前超聲波雷達較為成熟，市場滲透率較高，價格已經下探到了較低水平，已有豪恩、同緻、奧迪威等多家國産廠商切入到該市場。

博世、法雷奧是超聲波雷達産業的巨頭，這兩家公司控制着倒車用超聲波雷達的主要市場。除了這兩家，國際廠商如日本村田、尼塞拉、電裝、三菱、松下等也很有影響力。

國内廠商則有台灣同緻電子、深圳航盛電子、深圳豪恩、蘇州優達斯、深圳順禾、輝創、上富、奧迪威等。廠商數量很多，但是少有能夠進入汽車前裝市場的。

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