智能网联汽车通过智能传感器对环境进行感知，特别是先进驾驶辅助系统，以传感器采集的信息作为系统的输入，传感器的质量和性能直接影响先进驾驶辅助系统的功效。

超声波雷达

频率高于人类听觉上限频率（约20000Hz）的声波，称为超声波。超声波雷达是利用超声波的特性研制而成的传感器，是在超声频率范围内将交变的电信号转换成声信号或者将外界声场中的声信号转换为电信号的能量转换器件。

一、超声波雷达的特点

超声波雷达具有以下优点。

①超声波的传播速度仅为光波的百万分之一，并且指向性强，能量消耗缓慢，因此可以直接 测量较近目标的距离，一般测量距离小于10m。

③ 超声波对外界光线和电磁场不敏感，可用于黑暗、有灰尘或烟雾、电磁干扰强、有毒等恶劣环境中。

④ 超声波雷达结构简单，体积小，成本低，信息处理简单可靠，易于小型化与集成化，并且可以进行实时控制。

超声波雷达具有以下不足。

①超声波雷达适用于低速，在速度很高的情况下测量距离具有一定的局限性。这是因为超声波的传输速度容易受天气情况的影响，在不同的天气情况下，超声波的传输速度不同，而且传播速度较慢，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。

②超声波有一定的扩散角，只能测量距离，不可以测量方位，所以只能在低速（如泊车）时使用，而且必须在汽车的前、后保险杠不同方位上安装多个超声波雷达。

③对于低矮、圆锥、过细的障碍物或者沟坎，超声波雷达不容易探测到。

④超声波的发射信号和余振的信号都会对回波信号造成覆盖或者干扰，因此在低于某一距离后就会丧失探测功能，这就是普通超声波雷达的探测有盲区的原因之一，若在盲区内，则系统无法探测障碍物。因此，比较好的解决办法是在安装超声波雷达的同时安装摄像头。

二、超声波雷达的结构

超声波雷达的典型结构，它采用双晶振子（压电晶片），即把两片压电陶瓷以相反极化方向粘在一起，在长度方向上，一片伸长另一片就缩短。在双晶振子的两面涂覆薄膜电极，上面用引线通过金属板（振动板）接到一个电极端，下面用引线直接接到另一个电极端。双晶振子为正方形，正方形的左右两边由圆弧形凸起部分支撑着。这两处的支点就成为振子振动的节点。金属振动板的中心有圆锥形振子，发送超声波时，圆锥形振子有较强的方向性，因而能高效地发送超声波；接收超声波时，超声波的振动集中于振子的中心，所以能产生高效率的高频电压。超声波雷达采用金属或塑料外壳，其顶部有屏蔽栅。

通过超声换能结构，配以适当的收发电路，就可以使超声能量定向传输，并预期接收反射波，实现超声测距、遥控、防盗等检测功能。

超声波雷达有一个发射头和一个接收头，安装在同一面上。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。超声波测距传感器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。

三、超声波雷达测距原理

超声波雷达测距原理是超声波发射头发出的超声波脉冲，经介质（空气）传到障碍物表面，反射后通过介质（空气）传到接收头，测出超声脉冲从发射到接收所需的时间，根据介质中的声速，求得从探头到障碍物表面之间的距离。设探头到障碍物表面的距离为L，超声在空气中的传播速度为v（约为340m/s），从发射到接收所需的传播时间为t，当发射头和接收头之间的距离远小于探头到障碍物之间的距离时，则有L=vt/2。由此可见，被测距离与传播时间之间具有确定的函数关系，只要能测出传播时间，即可求出被测距离。

超声波雷达在汽车上的典型应用之一就是倒车雷达，倒车雷达系统的工作原理。倒车雷达系统的工作原理就是在车的后保险杠或前后保险杠设置超声波雷达器，用以侦测前后方的障碍物，帮助驾驶员“看到”前后方的障碍物，或停车时与其他车的距离。

倒车雷达系统通过超声波雷达来侦测离车最近的障碍物距离，并发出警报来警告驾驶员。警报的控制通常分为两个阶段：当汽车的距离达到某一开始侦测的距离时，警报开始以某一高频的声音鸣叫；而当车行至更近的某一距离时，则警报改以连续的声音，来告知驾驶员。倒车雷达系统的优点在于驾驶员可以用听觉获得有关障碍物的信息，或与其他车的距离。倒车雷达系统主要用于协助停车，所以当达到或超过某一车速时系统功能将会关闭。

四、超声波雷达的主要参数

超声波雷达主要有以下特性参数。

（1）测量距离超声波雷达的测量距离取决于其使用的波长和频率；波长越长，频率越小，测量距离越大。测量汽车前后障碍物的短距超声波雷达测量距离一般为0.15～2.50m；安装在汽车侧面、用于测量侧方障碍物距离的长距超声波雷达测量距离一般为0.3～5.0m。

（2）测量精度测量精度是指传感器测量值与真实值的偏差。超声波雷达测量精度主要受被测物体体积、表面形状、表面材料等影响。被测物体体积过小、表面形状凹凸不平、物体材料吸收声波等情况都会降低超声传感器测量精度。测量精度越高，感知信息越可靠。

（3）探测角度由于超声波雷达发射出去的超声波具有一定的指向性，波束的截面类似椭圆形，所以探测的范围有一定限度，探测角度分为水平视角和垂直视角。

（4）工作频率工作频率直接影响超声波的扩散和吸收损失、障碍物反射损失、背景噪声，并直接决定传感器的尺寸。一般选择40kHz左右，这样传感器方向性尖锐，且避开了噪声，提高了信噪比；虽然传播损失相对低频有所增加，但不会给发射和接收带来困难。

（5）工作温度由于超声波雷达应用广泛，有的应用场景要求温度很高，有的应用场景要求温度很低，因此，超声波雷达必须满足工作温度的要求。

五、超声波雷达的产品及应用

超声波雷达的主要生产商有博世、法雷奥、电装、三菱、松下、同致电子、航盛电子、豪恩、辉创等。

智能网联汽车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，也就是用于探测汽车前后障碍物的传感器，测量距离一般为0.15～2.50m，称为驻车辅助传感器（UPA）。

第二种是安装在汽车侧面的，用于测量停车位长度的超声波雷达，测量距离一般为0.3～5.0m，称为泊车辅助传感器（APA）。

超声波雷达主要用于泊车系统，泊车系统可以分为自动泊车、遥控泊车、自学习泊车和自动代客泊车。