智能網聯汽車 課件 項目二 任務三認知超聲波雷達

項目二智能網聯汽車環(huán)境感知技術前言超聲波雷達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、倒車和起動車輛時前、后、左、右探視帶來的麻煩，幫助駕駛員消除盲點和視線模糊缺陷，提高了行車安全性。認知超聲波雷達Annualworksummary3目錄01教學目標02教學內容教學目標0103能解釋環(huán)境感知的應用范圍01能描述環(huán)境感知系統概念和內容02能描述環(huán)境感知系統組成01.通過環(huán)境感知系統的學習，讓學生知道技術不斷進步，激發(fā)學生不斷學習的興趣。知識目標素質目標教學內容02一、超聲波雷達概念超聲波是一種頻率高于20kHz的聲波（機械波)，它的方向性好，反射能力強，易于獲得較集中的聲能。超聲波雷達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、倒車和起動車輛時前、后、左、右探視帶來的麻煩，幫助駕駛員消除盲點和視線模糊缺陷，提高行車安全性。如圖2-3-1所示，圖中為四個后向超聲波雷達。超聲波雷達二、超聲波雷達類型車載超聲波雷達主要分為UPA和APA兩大類。1.UPA超聲波雷達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，多普勒效應和溫度干擾小，檢測更準確。2.APA超聲波雷達APA是一種遠程超聲波傳感器，主要用于車身側面，檢測范圍為35cm～5m，可覆蓋一個停車位。方向性強，探頭波的傳播性能優(yōu)于UPA，不易受到其他APA和UPA的干擾。當然，檢測距離越遠，檢測誤差越大。三、超聲波雷達組成超聲波雷達主要由發(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能量轉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，換能器接收波產生機械振動，將其轉化為電能量，作為傳感器接收器的輸出，從而對發(fā)送的超聲波進行檢測?？刂撇糠种饕獙Πl(fā)送器發(fā)送的脈沖鏈頻率、占空比及稀疏調制和計數及探測距離等進行控制。三、超聲波雷達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）內部有兩個圧電晶片和一個共振板，當對壓電晶片兩極施加電壓脈沖.且脈沖信號的頻率與壓電晶片的振蕩頻率相等，壓電晶片將產生共振并驅動諧振器板振動，壓電超聲發(fā)生器產生超聲波；如果兩個電極之間沒有施加電壓，當共振板接收到超聲波時，壓電晶片振動，機械能被轉換成電信號.此時壓電超聲發(fā)生器就成為超聲波接收器。四、超聲波雷達工作原理超聲波雷達利用超聲波發(fā)生器產生超聲波，然后接收探頭接收障礙物反射的超聲波，并根據超聲波產生到反射接收的時差計算出與障礙物的距離，如圖2-3-3所示。四、超聲波雷達工作原理超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，發(fā)射點與障礙物表面之間的距離s可以根據計時器記錄的時間t進行計算，計算公式為：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。目前應用比較廣泛的是40kHz的超聲波探頭。五、超聲波雷達的主要性能指標1.工作頻率。工作頻率是指壓電晶片的共振頻率,當兩端交流電壓頻率等于晶片的諧振頻率時，雷達波的傳輸能量輸出最大，靈敏度也最高。2.工作溫度。超聲波雷達的工作溫度取決于應用的條件，診斷型超聲波雷達功率小，工作溫度相對較低，能長期工作而不發(fā)生故障。有些應用會產生大量的熱量，3.靈敏度。超聲波雷達的靈敏度與晶圓的制造有關,機電耦合系數大，靈敏度高。超聲波雷達在實際應用中，還應考慮多普勒效應、溫度影響、噪聲干擾、線性驅動干擾、機械特性等。但是，一般來說，返回數據的誤差非常小，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波動。一般來說，超聲波雷達的最大探測距離約為2.5m～5m，最小探測距離約為25cm～35cm，超聲波雷達波會產生余震，如果余震期間探測距離過短，會導致盲點從而無法確定與障礙物的距離。六、超聲波雷達應用前景超聲波的能量消耗較緩慢，在介質中傳播的距離比較遠，穿透性強，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.超聲波雷達應用局限性：⑴高速及遠距離測量時誤差較大當汽車高速行駛時，使用超聲波測距無法跟上汽車的車距實時變化，誤差較大。另外，超聲波散射角大，在測量較遠距離的目標時，其回波信號會比較弱，影響測量精度。⑵溫度敏感溫度在0℃時，超聲波的傳播速度為332m/s；溫度在30℃時，超聲波的傳播速度為350m/s。相同相對位置的障礙物，在不同溫度的情況下，測量的距離不同。因此，對傳感器精度要求極高的智能網聯汽車來說，要么選擇將超聲波雷達的測距進行保守計算；或者將溫度信息引入智能網聯汽車系統中，提升測量精度。⑶無法精確描述障礙物位置六、超聲波雷達應用前景超聲波雷達在智能網聯汽車上主要用于低速、短程的距離測量，比如停車泊車、倒車和起動車輛時。⑴倒車輔助系統超聲波雷達早期多用于倒車輔助系統，由于汽車后方為各類后視鏡的盲區(qū)，即使駕駛人向后觀察，也很難觀察到車輛后方底部的情況.因此在倒車輔助系統中,超聲波雷達首先得到了廣泛應用。視覺傳感器在汽車中得到了普及應用，但其算法復雜、成本高。而超聲波雷達安裝簡單、成本低廉，適用短距離目標探測，超聲波雷達與視覺傳感器可以通過融合的方式用于倒車輔助系統，為系統提供有效的目標檢測利視覺輔助，如圖2-3-5所示。超聲波雷達與視覺設備的融合一方面可以提供攝像頭范圍內的物體識別與提示，另一方面也可以為視覺識別算法在整幅圖像中提供預選的計算區(qū)域從而有助于対算法進行優(yōu)化，降低計算時間，六、超聲波雷達應用前景2.超聲波雷達應用場景六、超聲波雷達應用前景⑵自動泊車系統超聲波半自動泊車系統通常使用6-12個超聲波很達,車后部的4個短距超聲波協達負責探測倒車時車輛與障礙物之間的距離，側方的長距超聲波雷達負責探測停車位空間。在泊車過程中，通過超聲波協達傳感器返回探測距離與時間的關系，作出自動泊車策略,并將其轉換成電信號；所述的車輛策略控制系統接受電信