超聲倒車波雷達反應速度影響因素研究

易運遠 范外琴 劉宗健

摘 要：倒車雷達是汽車駐車或倒車時的安全輔助裝置，能以聲音或者圖像告知駕駛員周圍障礙物的情況，提高駕駛的安全性。反應速度則是倒車雷達重要性能，直接影響提醒駕駛員的時間。

關鍵詞：倒車雷達;反應速度;超聲波

1 倒車雷達工作原理

倒車雷達在倒車時，利用超聲波原理，主發(fā)探頭傳感器發(fā)出超聲波信號，聲波接觸到障礙物后反彈回波被主發(fā)探頭傳感器接收到，同時主收探頭傳感器也對回波進行偵聽接收。探頭傳感器將回波及偵聽信號轉換為數(shù)字信號發(fā)送給主機，主機經(jīng)過多次核對回波狀態(tài)，將回波信號確定為有效信號，通過算法確定障礙物距離，并根據(jù)報警分段邏輯發(fā)出對應報警信號，報警信號通過通信線發(fā)送給儀表盤、多媒體或蜂鳴器進行報警，見圖1。

2 影響倒車雷達反應速度因素

倒車雷達工作是利用超聲波原理，再通過軟、硬件處理，得出報警信號并把報警信號發(fā)送給儀表盤、多媒體或蜂鳴器進行報警。由其工作原理和雷達系統(tǒng)框圖可以看出，影響倒車雷達反應速度外部因素主要有溫度、環(huán)境干擾、障礙物探測穩(wěn)定性、通信方式及機制，內部因素主要有探測性能、發(fā)波機制、軟件算法，見圖2。

2.1 影響倒車雷達反應速度的外部因素有以下幾點：

2.1.1 溫度

倒車雷達內部的元器件參數(shù)會受到溫度的影響而產(chǎn)生溫飄，造成電路的振蕩頻率偏移，從而影響探頭傳感器的發(fā)波性能及收波性能，其對反應速度影響的直接體現(xiàn)就是回波信號不穩(wěn)定，造成軟件需要進行更多次地對比處理，導致系統(tǒng)反應速度慢。溫度還會影響聲音的傳播速度，高溫下聲速會更快，探測同等距離的障礙物時間會更短，低溫則相反，不過由于探頭傳感器的輪循發(fā)波時間是固定的，聲速對系統(tǒng)反應時間影響較小。

2.1.2 環(huán)境干擾

當環(huán)境存在干擾波形時，也會影響系統(tǒng)反應速度，包括環(huán)境雜音（喇叭、超聲波、發(fā)動機聲、電機聲等）、外部輻射干擾（電磁輻射過強）、內部車身電源干擾（整車電性能差）。當環(huán)境存在干擾時會對探頭傳感器的模擬信號形成干擾，倒車雷達系統(tǒng)需要花費更多時間去濾除干擾信息，從而導致反應速度下降。

2.1.3 障礙物穩(wěn)定性

倒車雷達系統(tǒng)只會對穩(wěn)定的聲音回波信號進行報警，當被測障礙物對聲波具有一定吸收、散射、漫反射性能時，會造成聲音回波減弱及不穩(wěn)定，從而增多倒車雷達系統(tǒng)的對比判定次數(shù)，造成系統(tǒng)反應速度慢甚至無法有效報警。

2.1.4 通信方式及通信機制

當?shù)管嚴走_系統(tǒng)需要通過第三方系統(tǒng)進行報警時（儀表盤、多媒體），會將報警信息發(fā)送給報警設備進行報警，不同的通信方式信號傳輸速率不一樣，也會影響最終報警反應時間。與車身（BCM、儀表盤、多媒體）通信時，車身對倒車雷達系統(tǒng)的外部中斷頻率（次數(shù)）也會影響系統(tǒng)反應速度，因為倒車雷達系統(tǒng)接收到車身外部中斷時軟件會單獨花時間去處理通信。

2.2 影響倒車雷達反應速度的內部因素有以下幾點：

2.2.1 探測性能

因倒車雷達一般工作在空氣中，所以其傳播速度取340米/秒。超聲波遇到障礙物后，一部分會反彈回來，那么通過計算發(fā)射出超聲波到接收到回波之間的時差，再乘以音速，可算出障礙物的距離。故探頭傳感器的探測性能主要有兩點，發(fā)波能力（影響超聲波的能量大?。?，收波能力（影響識別回波的能力），發(fā)波能力及收波能力弱的探頭傳感器對障礙物的識別能力弱，會因為對障礙物識別不穩(wěn)定導致反應速度降低，見圖3。

2.2.2 發(fā)波機制

發(fā)波信號時長（基波長度）：同樣的聲音頻率，一次發(fā)10個周期波和一次發(fā)20個周期波的時間是不一樣的，發(fā)波個數(shù)取決于探頭傳感器硬件的發(fā)波能力及軟件的識別能力。

探頭傳感器輪循發(fā)波周期：以后4探頭傳感器為例，單發(fā)多收（一個探頭傳感器主發(fā)波，多個探頭傳感器主收波，依次輪流）;雙發(fā)雙收（兩個探頭傳感器主發(fā)波，另外兩個探頭傳感器主收波，依次輪流）;多發(fā)多收（所有探頭傳感器以不同頻率同時發(fā)波，同時收波），其單個發(fā)波周期（某個探頭傳感器發(fā)波到其輪流下一次發(fā)波）時間長度是不一樣的，每個探頭傳感器對障礙物可能會通過幾次輪循發(fā)波的結果來確定障礙物，單次輪循時間不一樣，整個系統(tǒng)反應速度就不一樣。

2.2.3 軟件算法

主機對探頭傳感器采集到的距離信號需要經(jīng)過多次對比計算，對比次數(shù)越多，抗干擾越強，相對地反應速度就越慢。最后代碼運行的流暢度也會對系統(tǒng)的反應速度有一定影響。

3 總結

通過前面的分析得知要使倒車雷達的反應速度快需要做到以下幾點：

（1）保證倒車雷達硬件性能穩(wěn)定，抗干擾能力強，探測性能強，其回波信號才能穩(wěn)定，才不需要過多地運用軟件花費時間去處理信息。

（2）優(yōu)化探測機制與算法，降低識別有效障礙物的時間。

（3）提高軟件運行效率，提高通信效率。

參考文獻：

[1]魏振亞，汪明磊.自動泊車的超聲波車位探測系統(tǒng)研究[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2013，51（4）：26-29.

[2]沈崢楠.基于多傳感器信息融合的自動泊車系統(tǒng)研究，江蘇大學，2017.