《智能网联汽车传感器技术与应用》课件 能力模块五 掌握超声波雷达技术与应用

认知超声波雷达《智能网联汽车传感器技术与应用》能力模块五掌握超声波雷达技术与应用在倒车的时候，相信许多人都有发现，在慢慢挪动车子的过程中，在驾驶室内能听到“滴滴滴”的声音，以提醒我们快要碰到障碍物或是其他车辆了。其实这是超声波传感器正在探测与障碍物的距离，将警报信息发给驾驶员，请问同学们了解超声波雷达吗，想一想将来进入自动驾驶时代，车上会有多少个超声波雷达呢？任务导入任务目标了解超声波雷达的定义掌握超声波雷达的类型掌握超声波雷达的基本特性了解超声波雷达技术现状获得多途径检索知识、分析解决问题以及多元化思考解决问题的方法，形成创新意识。具有良好的团队协作精神和较强的组织沟通能力。具备良好的职业道德，尊重他人劳动，不窃取他人成果。Contents目录超声波雷达的定义1超声波雷达发展趋势5超声波雷达的类别2超声波雷达技术现状4超声波雷达的基本特性301超声波雷达的定义超声波雷达的定义超声波雷达，是一种利用超声波测算距离的雷达传感器装置。在车载传感器中，超声波雷达是目前最常见的品种之一，短距离测量中，超声波测距传感器具有非常大的优势，多用在倒车雷达上。超声波雷达的定义车载的超声波雷达一般安装在汽车的保险杠上方，隐藏在保险杠的某个位置。在车上外观如下图黄色箭头处的圆点所示。02超声波雷达的类别UPA超声波雷达APA超声波雷达超声波雷达的类别UPA超声波雷达的探测距离一般在15~250cm之间，主要用于测量汽车前后方的障碍物。安装在汽车前后保险杠上的，用于测量汽车前后障碍物的倒车雷达，这种雷达被称为UPA。UPA超声波雷达感测距离较短，但是频率较高，为58kHz，精度高;UPA超声波雷达超声波雷达的类别安装在汽车侧面的，用于测量侧方障碍物距离的超声波雷达，称为APA超声波雷达，探测距离一般在30~500cm之间，感测距离较长，但是频率较低，为40kHz，精度一般。APA超声波雷达03超声波雷达的基本特性温度敏感无法精确描述障碍物位置超声波雷达的基本特性超声波雷达的测距原理和之前介绍的激光雷达、毫米波雷达类似，距离=传播速度*传播时间/2。不同的是激光雷达和毫米波雷达的波速都为光速，而超声波雷达的波速跟温度有关。近似关系如下：C=C0+0.607∗T温度敏感C为声波速度（单位：m/s）C0为零度时的声波速度332m/sT为温度(单位：℃)。超声波雷达的基本特性温度敏感右图为在纯水温度中超声波传播速度，相同相对位置的障碍物，在不同温度的情况下，测量的距离不同。对传感器精度要求极高的自动驾驶系统来说，要么选择将超声波雷达的测距进行保守计算；要么将温度信息引入自动驾驶系统，提升测量精度。超声波雷达的基本特性无法精确描述障碍物位置超声波雷达到探测距离值峰值时会返回一个探测距离的值，如图5-1-4所示。处于A处和处于B处的障碍物都会返回相同的探测距离d。所以在仅知道探测距离d的情况下，通过单个雷达的信息是无法确定障碍物是在A处还是在B处的。04超声波雷达技术现状技术方案行业瓶颈超声波雷达技术现状技术方案以自动泊车为例，当前主机厂推出的自动泊车APA方案基本采用如右图12颗超声波雷达的布局。其中宝马、别克等以纯超声波雷达方案为主，部分主机厂则开始采用超声波+环视摄像头融合方案提高车辆自动泊车系统的泊入/泊出成功率，主要集中在自主品牌如蔚来、小鹏、长安、吉利等。超声波雷达技术现状技术方案2022年10月初，特斯拉就宣布，Model3和ModelY将不再在其自动驾驶传感器套件中使用超声波传感器，转向依靠纯视觉的“TeslaVision”自动/辅助驾驶技术。ModelS和ModelX将在2023年跟进。同学们，你们觉得特斯拉取消超声波，纯靠视觉传感器靠谱吗？超声波雷达技术现状行业瓶颈超声波雷达的主要生产商有国外的博世、法雷奥、村田等，国内的同致电子、深圳航盛电子、深圳豪恩等。传统的超声波雷达多用于倒车雷达应用，这部分市场基本被博世、法雷奥占据，国内厂商很多，国内外厂商之间的差距，主要在于传感器实现上的稳定性和可靠性。在这方面，国产厂商还有更长的路要走，积累经验。05超声波雷达发展趋势“超声波雷达+视觉”融合路线高级超声波传感器取代传统倒车雷达超声波雷达发展趋势“超声波雷达+视觉”，融合传感器方案将成主流技术路线超声波雷达发展趋势高级超声波雷达将逐渐替代普通倒车雷达成为核心产品传统的仅对障碍物距离做预判的普通的倒车雷达产品市场，这类产品市场的特征是技术门槛较低，产品附加值不高。超声波雷达发展趋势高级超声波雷达将逐渐替代普通倒车雷达成为核心产品支持紧急制动，错误加速，防撞等高级功能的产品市场，只有这类超声波传感器产品才具备与视觉系统融合的基础条件，也是具备最终达到L2级别的全自动和智能泊车的一个产品。感

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看《智能网联汽车传感器技术与应用》《智能网联汽车传感器技术与应用》能力模块五掌握超声波雷达技术与应用实现超声波雷达的应用超声波因为有着纵向分辨率较高，对色彩、光照、电磁场不敏感等特性，使得超声波测距系统对于黑暗，有灰尘或者烟幕、有毒等恶劣环境有很强的适应能力，因此在智能网联汽车研发中也得到了人们的青睐，智能网联汽车的避障、定位、地图构建和路径规划都离不开超声波雷达，下面我们一起来了解超声波雷达的原理及应用。任务导入任务目标了解超声波雷达的工作原理了解超声波雷达的组成掌握超声波雷达测距了解超声波雷达的应用场景获得多途径检索知识、分析解决问题以及多元化思考解决问题的方法，形成创新意识。具有良好的团队协作精神和较强的组织沟通能力。具备良好的职业道德，尊重他人劳动，不窃取他人成果。Contents目录超声波雷达工作原理1超声波雷达的组成2超声波雷达的应用场景4超声波雷达测距301超声波雷达工作原理超声波雷达工作原理采用超声波雷达测距时，超声波发射器先向外面某一个方向发射出超声波信号，在发射超声波的同时开始计时，超声波通过空气进行传播，传播途中遇到障碍物就会立刻反射回来，超声波接收器在接收到反射波时立即停止计时。计时器通过记录时间就可以测算出从发射点到障碍物之间的距离。

超声波雷达工作原理常见的超声波雷达有两种:第一种是安装在汽车前后保险杠上的，用于测量汽车前后障碍物的驻车雷达或倒车雷达，称为超声波驻车辅助传感器(UltrasonicParkingAssistant，UPA)超声波雷达工作原理第二种是安装在汽车侧面，用于测量侧方障碍物距离的超声波雷达，称为自动泊车辅助传感器(AutomaticParkingAssistant，APA)。超声波雷达工作原理超声波雷达的数学模型如图所示，其中α为超声波雷达的探测角，一般UPA的探测角为120°左右，APA的探测角为80°左右;β为超声波雷达检测宽度范围的影响元素之一，该角度一般较小。一般UPA的β为20°左右，APA的β较为特殊，为0°;R也是超声波雷达检测宽度范围的影响元素之一，UPA和APA的R值差别不大，都在0.6m左右;D是超声波雷达的最大量程。02超声波雷达的组成超声波雷达的组成超声波雷达内部有一个发射头和一个接收头。在有效的检测距离内，发射头发射特定频率的超声波，遇到检测面反射部分超声波；接收头接收返回的超声波，由芯片记录声波的往返时间，并计算出距离值；超声波雷达可以通过模拟接口和IIC接口两种方式将数据传输给控制单元。03超声波雷达测距超声波雷达测距超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。测距的公式表示为：L=C×T式中L为测量的距离长度；C为超声波在空气中的传播速度；T为测量距离传播的时间差(T为发射到接收时间数值的一半)。04超声波雷达的应用辅助驾驶在智能网联汽车的应用中，超声波雷达一般应用于汽车的辅助驾驶和泊车等场景，比如在车辆倒车辅助系统中的应用。超声波雷达的应用超声波雷达的应用超声波监测超声波雷达可用于对某些自然灾害频发的区域进行监测可及时采集由自然灾