超声波雷达传感器：结构与分类详解
超声波雷达传感器：结构与分类详解
超声波雷达传感器是汽车智能驾驶系统中的重要组成部分，主要用于检测车辆周围的障碍物。本文将详细介绍超声波雷达的结构组成、工作原理以及不同分类标准，帮助读者全面了解这一关键技术。
1、超声波雷达结构
超声波雷达的结构组成包括外橡胶套，前盖，检知器，泡棉，PDB板，端子座等。其中检知器是超声波雷达的核心元件，通过压电晶片的压电效应可实现超声波的发射和接收。
超声波雷达结构
检知器主要由压电晶片，锥形共振盒，引脚，防护网等构成。
当施加高频电压（如48kHz）时，压电晶体根据所施加的高频电压极性伸长和缩短产生高频振动，发射频率为48kHz的超声波；
当发射的超声波经障碍物反射回来后被接收，再利用压电晶片的压电效应，转换成电荷，经测量转换电路，可以记录或显示结果。
检知器内部结构
2、超声波雷达分类
（1）按AK标准分类：AK1和AK2
AK标准是由欧洲宝马、戴姆勒和大众三大汽车集团针对泊车辅助系统的超声波传感器制定的技术参数标准。目的是确保不同厂商生产的传感器具有统一的性能和可靠性，进而提升整体泊车系统的稳定性。目前，AK标准已经更新至AK2版本，符合AK1标准的超声波雷达称为AK1雷达，符合AK2标准的超声波雷达称为AK2雷达。AK1和AK2雷达的差异主要在于：
（a）超声波频率是否可变：
AK1:基于定频驱动（发射超声的波频率不变），如elmos 524.09的ASIC方案（48kHZ，55kHZ)；
AK2：基于变频编码驱动，即发射超声波的频率可随时间变化而变化（40~60kHz），避免了同频干扰。如elmos 524.17的ASIC方案
（b）通信方式：
AK2采用DSI3通信方式，通信速率最高可达444 kbit/s，回波多。如法雷奥USV10.1，通讯速率330 kbit/s；AK1雷达多采用LIN或GPIO SPI通讯，其通讯速率分别为20 kbit/s和5 kbit/s；
（c）AK2支持功能安全ASIL B等级
（d）AK2除了可以获取回波的飞行时间、宽度以及峰值信息外，还提供回波的波峰、波谷及上/下穿阈值线信息；
（e）AK2雷达的探测距离更远，盲区更小。如法雷奥USV10.1，探测距离可达7m，盲区<10cm；（f）AK2雷达还具备诊断功能，如博世第六代超声波雷达具备硬件失聪检测功能
（2）按安装位置分类：UPA和APA
（a）UPA超声波雷达 Ultrasonic Parking Assistant，安装在车辆的前后方向，用于检测车辆前后的障碍物
（b）APA超声波雷达 Automatic Parking Assistant，安装在车辆的侧面，用于检测车辆侧边的障碍物，或者用于寻找停车位
相对于UPA，APA探测距离更远，成本更高，功率也比较大，因此自动泊车系统采用的超声波雷达配置多为8UPA+4APA。
FOV 输出频率 最大探测距离
UPA 60°/60° 55.5kHz ≥1.5m
APA 110°/50° 48kHz ≥3m
3、余振和盲区
压电晶片在高频交变电压的作用下产生机械振动，从而发射超声波。因为机械振动的惯性，即使交变电压信号消失，压电晶片仍会短时间持续振动，这种现象称为余振。
如果探头在余振期间接收到被障碍物反射回来的回波信号，由于无法区分回波和余震，从而会形成测距盲区。目前大多数超声波雷达的余振时间一般在0.5ms2ms之间，其盲区在10cm20cm之间不等。