超聲波雷達是一款極其常見的傳感器。在倒車時，慢慢挪動車子的過程中，在駕駛室內(nèi)能聽到“滴滴滴”的蜂鳴聲，這些聲音就是根據(jù)超聲波雷達的檢測距離給司機的反饋信息。

短距離測量中，超聲波測距傳感器具有非常大的優(yōu)勢。多用在倒車雷達上。

它是汽車駐車或者倒車時的安全輔助裝置，幫助駕駛員掃除了視野死角和視線模糊的缺陷。

工作原理

超聲波雷達的工作原理是通過超聲波發(fā)射裝置向外發(fā)出超聲波，到通過接收器接收到發(fā)送過來超聲波時的時間差來測算距離。

常用探頭的工作頻率有 40kHz, 48kHz 和 58kHz 三種。一般來說，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，故一般采用 40kHz 的探頭。成本于探測距離成正比。

超聲波雷達防水、防塵，即使有少量的泥沙遮擋也不影響。探測范圍在 0.1-3 米之間，而且精度較高，因此非常適合應用于泊車。

超聲波雷達數(shù)學模型

參數(shù)1：α

α是超聲波雷達的探測角，一般UPA的探測角為120°左右，APA的探測角比UPA小，大概為80°。

參數(shù)2：β

β是超聲波雷達檢測寬度范圍的影響因素之一，該角度一般較小。UPA的β角為20°左右，APA的β角比較特殊，為0°。

參數(shù)3：R

R也是超聲波雷達檢測寬度范圍的影響因素之一，UPA和APA的R值差別不大，都在0.6m左右。

參數(shù)4：D

D是超聲波雷達的最大量程。UPA的最大量程為2米~2.5米，APA的最大量程至少是5米，目前已有超過7m的APA雷達在業(yè)內(nèi)使用。

類型

UPA和APA

常見的超聲波雷達有兩種。

第一種是安裝在汽車前后保險杠上的，也就是用于測量汽車前后障礙物的倒車雷達，這種雷達業(yè)內(nèi)稱為UPA；

第二種是安裝在汽車側(cè)面的，用于測量側(cè)方障礙物距離的超聲波雷達，業(yè)內(nèi)稱為APA。

UPA和APA的探測范圍和探測區(qū)域都太相同，如下圖所示。圖中的汽車配備了前后向共8個UPA，左右側(cè)共4個APA。

UPA超聲波雷達的探測距離一般在15~250cm之間，主要用于測量汽車前后方的障礙物。如圖所示，為單個UPA的探測范圍示意圖。

APA超聲波雷達的探測距離一般在30~500cm之間。APA的探測范圍更遠，因此相比于UPA成本更高，功率也更大。如圖為單個APA的探測范圍示意圖。APA的探測距離優(yōu)勢讓它不僅能夠檢測左右側(cè)的障礙物，而且還能根據(jù)超聲波雷達返回的數(shù)據(jù)判斷停車庫位是否存在。

優(yōu)勢與劣勢

優(yōu)勢

超聲波的能量消耗較緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離比較遠，穿透性強。

測距的方法簡單，距離=傳播速度*傳播時間/2。

成本低。下圖waymo測試車車頂上的64線激光雷達，價值8萬美金。超聲波雷達只需要幾十元人民幣，且技術(shù)成熟穩(wěn)定。

劣勢

超聲波雷達在速度很高情況下測量距離有一定的局限性，這是因為超聲波的傳輸速度很容易受天氣情況的影響，在不同的天氣情況下，超聲波的傳輸速度不同，而且傳播速度較慢，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。

另一方面，超聲波散射角大，方向性較差，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。但是，在短距離測量中，超聲波測距傳感器具有非常大的優(yōu)勢。

在車速很高的情況下有局限性，因為超聲傳播速度受天氣情況影像，不同天氣，不同傳播速度，且傳播速度的慢。15度左右為340米/秒，溫度越高速度越快。

應用

泊車庫位檢測、高速橫向輔助

超聲波雷達除了用于倒車雷達距離檢測外，還主要用于

泊車庫位檢測

自動泊車功能需要經(jīng)歷兩個階段：1.識別庫位；2.倒車入庫

汽車緩緩駛過庫位時，汽車右前方的APA傳感器返回的探測距離與時間的關系。

將t1時刻到t2時刻的車速做積分即可得到庫位的近似長度，如果近似認為汽車為勻速行駛，直接用車速乘以(t2-t1)即可。當檢測的長度超過車輛泊入所需的最短長度時則認為當前空間有車位。

同樣后側(cè)向的APA也會生成類似信號曲線，用以做庫位的二次驗證。

有了庫位檢測功能，進而開發(fā)自主泊車功能就不是難事了。

高速橫向輔助

特斯拉Model S在AutoPilot 1.0時代就實現(xiàn)了高速公路的巡航功能，為了增加高速巡航功能的安全性和舒適性，特斯拉將用于泊車的APA超聲波雷達，也用在了高速巡航上。