智能網(wǎng)聯(lián)汽車 課件 項(xiàng)目二 任務(wù)三認(rèn)知超聲波雷達(dá)

項(xiàng)目二智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知技術(shù)前言超聲波雷達(dá)是汽車最常用的一種傳感器，可以通過接收到反射后的超聲波探知周圍的障礙物情況，消除了駕駛員停車泊車、倒車和起動(dòng)車輛時(shí)前、后、左、右探視帶來的麻煩，幫助駕駛員消除盲點(diǎn)和視線模糊缺陷，提高了行車安全性。認(rèn)知超聲波雷達(dá)Annualworksummary3目錄01教學(xué)目標(biāo)02教學(xué)內(nèi)容教學(xué)目標(biāo)0103能解釋環(huán)境感知的應(yīng)用范圍01能描述環(huán)境感知系統(tǒng)概念和內(nèi)容02能描述環(huán)境感知系統(tǒng)組成01.通過環(huán)境感知系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生知道技術(shù)不斷進(jìn)步，激發(fā)學(xué)生不斷學(xué)習(xí)的興趣。知識(shí)目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)教學(xué)內(nèi)容02一、超聲波雷達(dá)概念超聲波是一種頻率高于20kHz的聲波（機(jī)械波)，它的方向性好，反射能力強(qiáng)，易于獲得較集中的聲能。超聲波雷達(dá)是利用超聲波的特性研制而成的傳感器，可以通過接收到反射后的超聲波探知周圍的障礙物情況，它可以消除駕駛員停車泊車、倒車和起動(dòng)車輛時(shí)前、后、左、右探視帶來的麻煩，幫助駕駛員消除盲點(diǎn)和視線模糊缺陷，提高行車安全性。如圖2-3-1所示，圖中為四個(gè)后向超聲波雷達(dá)。超聲波雷達(dá)二、超聲波雷達(dá)類型車載超聲波雷達(dá)主要分為UPA和APA兩大類。1.UPA超聲波雷達(dá)UPA是一種短程超聲波，主要安裝在車身的前部與后部，檢測范圍為25cm～2.5m，由于檢測距離小，多普勒效應(yīng)和溫度干擾小，檢測更準(zhǔn)確。2.APA超聲波雷達(dá)APA是一種遠(yuǎn)程超聲波傳感器，主要用于車身側(cè)面，檢測范圍為35cm～5m，可覆蓋一個(gè)停車位。方向性強(qiáng)，探頭波的傳播性能優(yōu)于UPA，不易受到其他APA和UPA的干擾。當(dāng)然，檢測距離越遠(yuǎn)，檢測誤差越大。三、超聲波雷達(dá)組成超聲波雷達(dá)主要由發(fā)射傳感器、接收傳感器、控制部分與電源等組成，如圖2-3-2所示。發(fā)射傳感器由波發(fā)送器與陶瓷振子換能器組成，換能器的作用是將陶瓷振子的電振動(dòng)能量轉(zhuǎn)換成超能量并向空中輻射；而接收傳感器由陶瓷振子換能器與放大電路組成，換能器接收波產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，將其轉(zhuǎn)化為電能量，作為傳感器接收器的輸出，從而對(duì)發(fā)送的超聲波進(jìn)行檢測。控制部分主要對(duì)發(fā)送器發(fā)送的脈沖鏈頻率、占空比及稀疏調(diào)制和計(jì)數(shù)及探測距離等進(jìn)行控制。三、超聲波雷達(dá)組成超聲波傳感器中最常用壓電式超聲發(fā)生器，利用壓電晶體的共振來工作。它利用壓電晶體的共振來工作。超聲波傳感器（或超聲探頭）內(nèi)部有兩個(gè)圧電晶片和一個(gè)共振板，當(dāng)對(duì)壓電晶片兩極施加電壓脈沖.且脈沖信號(hào)的頻率與壓電晶片的振蕩頻率相等，壓電晶片將產(chǎn)生共振并驅(qū)動(dòng)諧振器板振動(dòng)，壓電超聲發(fā)生器產(chǎn)生超聲波；如果兩個(gè)電極之間沒有施加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，壓電晶片振動(dòng)，機(jī)械能被轉(zhuǎn)換成電信號(hào).此時(shí)壓電超聲發(fā)生器就成為超聲波接收器。四、超聲波雷達(dá)工作原理超聲波雷達(dá)利用超聲波發(fā)生器產(chǎn)生超聲波，然后接收探頭接收障礙物反射的超聲波，并根據(jù)超聲波產(chǎn)生到反射接收的時(shí)差計(jì)算出與障礙物的距離，如圖2-3-3所示。四、超聲波雷達(dá)工作原理超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，發(fā)射點(diǎn)與障礙物表面之間的距離s可以根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式為：s=(t×340)/2，其工作如圖2-3-4所示。常用探頭的工作頻率有40kHz、48kHz和58kHz三種，頻率越高靈敏度越高但水平與垂直方向的探測角度就越小。目前應(yīng)用比較廣泛的是40kHz的超聲波探頭。五、超聲波雷達(dá)的主要性能指標(biāo)1.工作頻率。工作頻率是指壓電晶片的共振頻率,當(dāng)兩端交流電壓頻率等于晶片的諧振頻率時(shí)，雷達(dá)波的傳輸能量輸出最大，靈敏度也最高。2.工作溫度。超聲波雷達(dá)的工作溫度取決于應(yīng)用的條件，診斷型超聲波雷達(dá)功率小，工作溫度相對(duì)較低，能長期工作而不發(fā)生故障。有些應(yīng)用會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，3.靈敏度。超聲波雷達(dá)的靈敏度與晶圓的制造有關(guān),機(jī)電耦合系數(shù)大，靈敏度高。超聲波雷達(dá)在實(shí)際應(yīng)用中，還應(yīng)考慮多普勒效應(yīng)、溫度影響、噪聲干擾、線性驅(qū)動(dòng)干擾、機(jī)械特性等。但是，一般來說，返回?cái)?shù)據(jù)的誤差非常小，一般最大誤差不超過±5cm。在正常情況下，基本障礙物與同一障礙物之間的距離不會(huì)波動(dòng)。一般來說，超聲波雷達(dá)的最大探測距離約為2.5m～5m，最小探測距離約為25cm～35cm，超聲波雷達(dá)波會(huì)產(chǎn)生余震，如果余震期間探測距離過短，會(huì)導(dǎo)致盲點(diǎn)從而無法確定與障礙物的距離。六、超聲波雷達(dá)應(yīng)用前景超聲波的能量消耗較緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離比較遠(yuǎn)，穿透性強(qiáng)，測距的方法簡單，成本低，但是它在速度很高情況下測量距離有一定的局限性，

1.超聲波雷達(dá)應(yīng)用局限性：⑴高速及遠(yuǎn)距離測量時(shí)誤差較大當(dāng)汽車高速行駛時(shí)，使用超聲波測距無法跟上汽車的車距實(shí)時(shí)變化，誤差較大。另外，超聲波散射角大，在測量較遠(yuǎn)距離的目標(biāo)時(shí)，其回波信號(hào)會(huì)比較弱，影響測量精度。⑵溫度敏感溫度在0℃時(shí)，超聲波的傳播速度為332m/s；溫度在30℃時(shí)，超聲波的傳播速度為350m/s。相同相對(duì)位置的障礙物，在不同溫度的情況下，測量的距離不同。因此，對(duì)傳感器精度要求極高的智能網(wǎng)聯(lián)汽車來說，要么選擇將超聲波雷達(dá)的測距進(jìn)行保守計(jì)算；或者將溫度信息引入智能網(wǎng)聯(lián)汽車系統(tǒng)中，提升測量精度。⑶無法精確描述障礙物位置六、超聲波雷達(dá)應(yīng)用前景超聲波雷達(dá)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上主要用于低速、短程的距離測量，比如停車泊車、倒車和起動(dòng)車輛時(shí)。⑴倒車輔助系統(tǒng)超聲波雷達(dá)早期多用于倒車輔助系統(tǒng)，由于汽車后方為各類后視鏡的盲區(qū)，即使駕駛?cè)讼蚝笥^察，也很難觀察到車輛后方底部的情況.因此在倒車輔助系統(tǒng)中,超聲波雷達(dá)首先得到了廣泛應(yīng)用。視覺傳感器在汽車中得到了普及應(yīng)用，但其算法復(fù)雜、成本高。而超聲波雷達(dá)安裝簡單、成本低廉，適用短距離目標(biāo)探測，超聲波雷達(dá)與視覺傳感器可以通過融合的方式用于倒車輔助系統(tǒng)，為系統(tǒng)提供有效的目標(biāo)檢測利視覺輔助，如圖2-3-5所示。超聲波雷達(dá)與視覺設(shè)備的融合一方面可以提供攝像頭范圍內(nèi)的物體識(shí)別與提示，另一方面也可以為視覺識(shí)別算法在整幅圖像中提供預(yù)選的計(jì)算區(qū)域從而有助于対算法進(jìn)行優(yōu)化，降低計(jì)算時(shí)間，六、超聲波雷達(dá)應(yīng)用前景2.超聲波雷達(dá)應(yīng)用場景六、超聲波雷達(dá)應(yīng)用前景⑵自動(dòng)泊車系統(tǒng)超聲波半自動(dòng)泊車系統(tǒng)通常使用6-12個(gè)超聲波很達(dá),車后部的4個(gè)短距超聲波協(xié)達(dá)負(fù)責(zé)探測倒車時(shí)車輛與障礙物之間的距離，側(cè)方的長距超聲波雷達(dá)負(fù)責(zé)探測停車位空間。在泊車過程中，通過超聲波協(xié)達(dá)傳感器返回探測距離與時(shí)間的關(guān)系，作出自動(dòng)泊車策略,并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；所述的車輛策略控制系統(tǒng)接受電信