智能网联汽车 课件 项目二 任务三认知超声波雷达

项目二智能网联汽车环境感知技术前言超声波雷达是汽车最常用的一种传感器，可以通过接收到反射后的超声波探知周围的障碍物情况，消除了驾驶员停车泊车、倒车和起动车辆时前、后、左、右探视带来的麻烦，帮助驾驶员消除盲点和视线模糊缺陷，提高了行车安全性。认知超声波雷达Annualworksummary3目录01教学目标02教学内容教学目标0103能解释环境感知的应用范围01能描述环境感知系统概念和内容02能描述环境感知系统组成01.通过环境感知系统的学习，让学生知道技术不断进步，激发学生不断学习的兴趣。知识目标素质目标教学内容02一、超声波雷达概念超声波是一种频率高于20kHz的声波（机械波)，它的方向性好，反射能力强，易于获得较集中的声能。超声波雷达是利用超声波的特性研制而成的传感器，可以通过接收到反射后的超声波探知周围的障碍物情况，它可以消除驾驶员停车泊车、倒车和起动车辆时前、后、左、右探视带来的麻烦，帮助驾驶员消除盲点和视线模糊缺陷，提高行车安全性。如图2-3-1所示，图中为四个后向超声波雷达。超声波雷达二、超声波雷达类型车载超声波雷达主要分为UPA和APA两大类。1.UPA超声波雷达UPA是一种短程超声波，主要安装在车身的前部与后部，检测范围为25cm～2.5m，由于检测距离小，多普勒效应和温度干扰小，检测更准确。2.APA超声波雷达APA是一种远程超声波传感器，主要用于车身侧面，检测范围为35cm～5m，可覆盖一个停车位。方向性强，探头波的传播性能优于UPA，不易受到其他APA和UPA的干扰。当然，检测距离越远，检测误差越大。三、超声波雷达组成超声波雷达主要由发射传感器、接收传感器、控制部分与电源等组成，如图2-3-2所示。发射传感器由波发送器与陶瓷振子换能器组成，换能器的作用是将陶瓷振子的电振动能量转换成超能量并向空中辐射；而接收传感器由陶瓷振子换能器与放大电路组成，换能器接收波产生机械振动，将其转化为电能量，作为传感器接收器的输出，从而对发送的超声波进行检测。控制部分主要对发送器发送的脉冲链频率、占空比及稀疏调制和计数及探测距离等进行控制。三、超声波雷达组成超声波传感器中最常用压电式超声发生器，利用压电晶体的共振来工作。它利用压电晶体的共振来工作。超声波传感器（或超声探头）内部有两个圧电晶片和一个共振板，当对压电晶片两极施加电压脉冲.且脉冲信号的频率与压电晶片的振荡频率相等，压电晶片将产生共振并驱动谐振器板振动，压电超声发生器产生超声波；如果两个电极之间没有施加电压，当共振板接收到超声波时，压电晶片振动，机械能被转换成电信号.此时压电超声发生器就成为超声波接收器。四、超声波雷达工作原理超声波雷达利用超声波发生器产生超声波，然后接收探头接收障碍物反射的超声波，并根据超声波产生到反射接收的时差计算出与障碍物的距离，如图2-3-3所示。四、超声波雷达工作原理超声波在空气中的传播速度为340m/s，发射点与障碍物表面之间的距离s可以根据计时器记录的时间t进行计算，计算公式为：s=(t×340)/2，其工作如图2-3-4所示。常用探头的工作频率有40kHz、48kHz和58kHz三种，頻率越高灵敏度越高但水平与垂直方向的探测角度就越小。目前应用比较广泛的是40kHz的超声波探头。五、超声波雷达的主要性能指标1.工作频率。工作频率是指压电晶片的共振频率,当两端交流电压频率等于晶片的谐振频率时，雷达波的传输能量输出最大，灵敏度也最高。2.工作温度。超声波雷达的工作温度取决于应用的条件，诊断型超声波雷达功率小，工作温度相对较低，能长期工作而不发生故障。有些应用会产生大量的热量，3.灵敏度。超声波雷达的灵敏度与晶圆的制造有关,机电耦合系数大，灵敏度高。超声波雷达在实际应用中，还应考虑多普勒效应、温度影响、噪声干扰、线性驱动干扰、机械特性等。但是，一般来说，返回数据的误差非常小，一般最大误差不超过±5cm。在正常情况下，基本障碍物与同一障碍物之间的距离不会波动。一般来说，超声波雷达的最大探测距离约为2.5m～5m，最小探测距离约为25cm～35cm，超声波雷达波会产生余震，如果余震期间探测距离过短，会导致盲点从而无法确定与障碍物的距离。六、超声波雷达应用前景超声波的能量消耗较缓慢，在介质中传播的距离比较远，穿透性强，测距的方法简单，成本低，但是它在速度很高情况下测量距离有一定的局限性，

1.超声波雷达应用局限性：⑴高速及远距离测量时误差较大当汽车高速行驶时，使用超声波测距无法跟上汽车的车距实时变化，误差较大。另外，超声波散射角大，在测量较远距离的目标时，其回波信号会比较弱，影响测量精度。⑵温度敏感温度在0℃时，超声波的传播速度为332m/s；温度在30℃时，超声波的传播速度为350m/s。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。因此，对传感器精度要求极高的智能网联汽车来说，要么选择将超声波雷达的测距进行保守计算；或者将温度信息引入智能网联汽车系统中，提升测量精度。⑶无法精确描述障碍物位置六、超声波雷达应用前景超声波雷达在智能网联汽车上主要用于低速、短程的距离测量，比如停车泊车、倒车和起动车辆时。⑴倒车辅助系统超声波雷达早期多用于倒车辅助系统，由于汽车后方为各类后视镜的盲区，即使驾驶人向后观察，也很难观察到车辆后方底部的情况.因此在倒车辅助系统中,超声波雷达首先得到了广泛应用。视觉传感器在汽车中得到了普及应用，但其算法复杂、成本高。而超声波雷达安装简单、成本低廉，适用短距离目标探测，超声波雷达与视觉传感器可以通过融合的方式用于倒车辅助系统，为系统提供有效的目标检测利视觉辅助，如图2-3-5所示。超声波雷达与视觉设备的融合一方面可以提供摄像头范围内的物体识别与提示，另一方面也可以为视觉识别算法在整幅图像中提供预选的计算区域从而有助于対算法进行优化，降低计算时间，六、超声波雷达应用前景2.超声波雷达应用场景六、超声波雷达应用前景⑵自动泊车系统超声波半自动泊车系统通常使用6-12个超声波很达,车后部的4个短距超声波协达负责探测倒车时车辆与障碍物之间的距离，侧方的长距超声波雷达负责探测停车位空间。在泊车过程中，通过超声波协达传感器返回探测距离与时间的关系，作出自动泊车策略,并将其转换成电信号；所述的车辆策略控制系统接受电信