|
在工程師的世界里，常說(shuō)：“毫米波雷達(dá)負(fù)責(zé)看遠(yuǎn)，超聲波雷達(dá)負(fù)責(zé)看清。”隨著汽車智能化的發(fā)展，那些“貼地而行”的場(chǎng)景越來(lái)越關(guān)鍵，比如進(jìn)出地庫(kù)、過(guò)減速帶、挪車、泊車，每一個(gè)微小動(dòng)作都依賴超聲波雷達(dá)的高頻精細(xì)感知。 目前市場(chǎng)上，乘用車普遍配備具有APA功能的超聲波雷達(dá)。泊車時(shí)，側(cè)向雷達(dá)判斷車位邊界，前后角雷達(dá)配合測(cè)算進(jìn)深，并結(jié)合速度和轉(zhuǎn)角信息，快速構(gòu)建完整的泊車模型。典型中型SUV通常搭載12顆雷達(dá)，通過(guò)TDM輪詢采集數(shù)據(jù)，最終匯入主控芯片進(jìn)行多源融合判斷。 本文將從泊車輔助的技術(shù)演進(jìn)、測(cè)距原理、多雷達(dá)協(xié)同機(jī)制到超聲探頭技術(shù)，全面解析超聲波雷達(dá)在車輛近距離感知中的關(guān)鍵作用。 01、從蜂鳴器到全自動(dòng) UPA與APA的技術(shù)演進(jìn) 超聲波雷達(dá)技術(shù)在車載泊車輔助中的應(yīng)用經(jīng)歷了從最初的UPA(Ultrasonic Parking Assist)到更高級(jí)的APA(Automated Parking Assist)的發(fā)展階段。二者雖然在雷達(dá)結(jié)構(gòu)上具有一定相似性，但在系統(tǒng)架構(gòu)、功能邏輯、傳感融合和智能控制等方面存在本質(zhì)差異。 UPA系統(tǒng)特征 APA系統(tǒng)特征 通常配置 4 至 8 顆超聲波雷達(dá)，安裝于前后保險(xiǎn)杠區(qū)域 一般配置 12 顆雷達(dá)，布置于車輛四周，實(shí)現(xiàn) 360° 近場(chǎng)覆蓋 主要功能為檢測(cè)障礙物，并通過(guò)蜂鳴提示向駕駛員發(fā)出距離預(yù)警 支持車位識(shí)別、泊車路徑規(guī)劃、方向盤(pán)控制、自動(dòng)換擋等操作 不具備路徑規(guī)劃或車輛控制能力 需要將雷達(dá)數(shù)據(jù)與攝像頭、轉(zhuǎn)向角、速度等車輛狀態(tài)信息融合 雷達(dá)信號(hào)多為獨(dú)立處理，未進(jìn)行傳感器融合 對(duì)系統(tǒng)延遲、雷達(dá)同步性、信噪比及冗余機(jī)制提出更高要求 從架構(gòu)上來(lái)看，APA系統(tǒng)通過(guò)中央控制器對(duì)所有雷達(dá)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，采集的數(shù)據(jù)不再孤立處理，而是參與整車路徑規(guī)劃與控制決策。這種集中式架構(gòu)使系統(tǒng)能夠識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)與非標(biāo)準(zhǔn)車位，自動(dòng)生成泊車路徑，并在狹窄環(huán)境中完成自動(dòng)泊車任務(wù)。為了確保APA系統(tǒng)在各種車位環(huán)境下正常運(yùn)行，如斜列、窄位、障礙靠邊，系統(tǒng)需有較強(qiáng)的魯棒性和抗干擾能力，這涉及動(dòng)態(tài)閾值調(diào)整、干擾波識(shí)別、歷史軌跡回溯等算法模塊。 02、測(cè)距不僅僅是“聽(tīng)聲音” 還原超聲波雷達(dá)的工作全過(guò)程 “發(fā)射聲波一接收回波”聽(tīng)起來(lái)像是簡(jiǎn)單的定位原理，但實(shí)際上超聲波雷達(dá)測(cè)距系統(tǒng)遠(yuǎn)比這復(fù)雜。它涉及高頻信號(hào)調(diào)制、精密時(shí)間采樣、濾波算法、多目標(biāo)識(shí)別以及環(huán)境補(bǔ)償?shù)榷鄠�(gè)環(huán)節(jié)。 原理概述：超聲波雷達(dá)通過(guò)發(fā)射一組周期性聲波(一般為44kHz)向外傳播，遇到障礙物后發(fā)生反射，由接收端捕捉反射波。系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算聲波傳播的往返時(shí)間(Time of Flight，ToF)來(lái)確定目標(biāo)距離。 v ≈ 331+0.6 × T (單位為m/s，隨溫度而變) t為超聲波發(fā)出至接收到的時(shí)間間隔(秒) 舉例：當(dāng)ToF測(cè)得為2.0ms，環(huán)境溫度為25℃，則v≈ 331 + 0.6×25= 346 m/s，d=(346×0.002)/2=0.346 米 信號(hào)處理流程：在典型的AK2標(biāo)準(zhǔn)超聲波雷達(dá)平臺(tái)中，測(cè)距流程大致包括以下幾個(gè)步驟： 發(fā)射端信號(hào)設(shè)計(jì) 使用44kHz固定頻率正弦波或調(diào)幅脈沖，脈沖長(zhǎng)度通常為8~16周期。為提高方向性和功率，一些系統(tǒng)還會(huì)設(shè)計(jì)壓電陣列或?qū)捠F; 接收信號(hào)鏈路 聲波被接收后，信號(hào)經(jīng)過(guò)帶通濾波(去除低頻電磁干擾)、低噪放大(提升微弱回波)、ADC采樣(通常為12~16位精度，采樣率高于200kHz); 溫度補(bǔ)償與距離輸出 系統(tǒng)讀取片上或外接溫度傳感器數(shù)據(jù)，修正聲波傳播速度;最終輸出測(cè)距結(jié)果，并傳遞至主控芯片或泊車控制器。 超聲波雷達(dá)測(cè)距系統(tǒng) 多目標(biāo)與噪聲場(chǎng)景處理：在多障礙物場(chǎng)景中，系統(tǒng)通過(guò)提取多個(gè)回波峰值，實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)識(shí)別。 信號(hào)重疊或噪聲干擾 若出現(xiàn)信號(hào)重疊或噪聲干擾，系統(tǒng)可采用多幀均值濾波、一致性判斷等方法排除虛警; 低反射目標(biāo) 對(duì)于低反射目標(biāo)(如毛絨玩具、布面材質(zhì))，可通過(guò)提升發(fā)射功率或使用冗余探頭，提高探測(cè)概率。 03、雷達(dá)不獨(dú)行 12顆雷達(dá)的“交響樂(lè)隊(duì)” 如何精密協(xié)同? 在成熟的 APA 自動(dòng)泊車系統(tǒng)中，通常配備 12 顆超聲波雷達(dá)。它們的合理布置與高效協(xié)同，是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)泊車和障礙規(guī)避的前提。 以一輛中型SUV為例，12顆雷達(dá)一般按以下方式布局： 前保險(xiǎn)杠：4顆(中部2顆 + 兩角各1顆) 后保險(xiǎn)杠：4顆(中部2顆 + 兩角各1顆) 左右兩側(cè)裙邊：各2顆 12顆雷達(dá)布局 這種布置確保車輛四周360°全方位覆蓋，既能監(jiān)測(cè)前后距離，也能識(shí)別車位邊界、斜向障礙物和動(dòng)態(tài)目標(biāo)。 一個(gè)完整的12顆雷達(dá)調(diào)度周期為大約24~40ms，主控芯片通過(guò)高速調(diào)度器控制輪轉(zhuǎn)，同時(shí)保證接收窗口與回波延遲重疊時(shí)間匹配，避免漏檢或虛檢。例如，當(dāng)車輛以2km/h速度緩慢倒入車位時(shí)： 后角雷達(dá) 主要負(fù)責(zé)識(shí)別車尾左右空間，判斷是否偏離泊車線; 后中雷達(dá) 實(shí)時(shí)測(cè)量尾部至墻體或障礙物的最小距離，控制是否剎車; 側(cè)邊雷達(dá) 動(dòng)態(tài)判斷是否臨近隔壁車輛，防止側(cè)擦; 數(shù)據(jù)融合 所有數(shù)據(jù)經(jīng)主控融合后，生成泊車曲線控制命令，并控制方向盤(pán)自動(dòng)回正。 這種高頻輪詢與數(shù)據(jù)融合機(jī)制，確保即使在復(fù)雜、多目標(biāo)、多反射環(huán)境下，系統(tǒng)也能保持流暢、精準(zhǔn)的實(shí)時(shí)感知。 04、下一代超聲波雷達(dá) 還需要突破哪些技術(shù)瓶頸? 當(dāng)前超聲波雷達(dá)可實(shí)現(xiàn) 30~250cm 高精度探測(cè)，但為了滿足 L2+ 及以上智能輔助駕駛對(duì)安全性和自適應(yīng)性的要求，未來(lái)研發(fā)重點(diǎn)之一是探頭包絡(luò)數(shù)據(jù)融合技術(shù)。 超聲波雷達(dá)正從單一測(cè)距工具演變?yōu)檐囕v近場(chǎng)感知核心，與攝像頭和毫米波雷達(dá)協(xié)同構(gòu)建“近場(chǎng)大腦”，同時(shí)面臨串?dāng)_干擾、軟材質(zhì)反射衰減及復(fù)雜障礙識(shí)別等挑戰(zhàn)。 針對(duì)這些痛點(diǎn)，納芯微可提供NSUC1800 超聲雷達(dá)探頭芯片(Slave)。該芯片基于全國(guó)產(chǎn)供應(yīng)鏈，兼容標(biāo)準(zhǔn) DSI3 協(xié)議，實(shí)現(xiàn)主從設(shè)備跨品牌互聯(lián)。 NSUC1800 支持靈活編碼與抗干擾機(jī)制，近場(chǎng)盲區(qū)壓縮至 10 cm，遠(yuǎn)距可達(dá) 6–7 m，并已通過(guò) ISO26262 ASIL B 與 AEC-Q100 車規(guī)認(rèn)證，為 UPA、APA、AVP 等低速智駕場(chǎng)景提供精準(zhǔn)可靠的感知能力，加速國(guó)產(chǎn)超聲雷達(dá)系統(tǒng)規(guī)�；涞亍� 結(jié)論與建議 超聲波雷達(dá)憑借高性價(jià)比、低功耗和緊湊結(jié)構(gòu)，已成為智能泊車的核心感知模塊。它已從單一測(cè)距傳感器演進(jìn)為整車感知網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，正邁向“預(yù)測(cè)性感知”，通過(guò)算法與軟硬件協(xié)同提升近場(chǎng)智能判斷力。 基于雙芯架構(gòu)和OTA可拓展設(shè)計(jì)的AK2平臺(tái)，不僅滿足主流APA需求，也具備面向高階代客泊車(AVP)和自主移動(dòng)系統(tǒng)的演進(jìn)空間。隨著E/E架構(gòu)走向集中域控發(fā)展，超聲波雷達(dá)將成為本地環(huán)境建圖與低速控制的重要來(lái)源，其持續(xù)演進(jìn)將直接決定未來(lái)泊車系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性與用戶體驗(yàn)。文章來(lái)源：https://www.ameya360.com/hangye/114606.html |
