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，主發探頭傳感器發出超聲波信號，聲波接觸到障礙物后反彈回波被主發探頭傳感器接收到，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字信號發送給主機，主機經過多次核對回波狀態，將回波信號確定為有效信號，通過算法確定障礙物距離，并根據報警分段邏輯發出對應報警信號，報警信號通過通信線發送給儀表盤、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、環境干擾、障礙物探測穩定性、通信方式及機制，內部因素主要有探測性能、發波機制、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會受到溫度的影響而產生溫飄，造成電路的振蕩頻率偏移，從而影響探頭傳感器的發波性能及收波性能，其對反應速度影響的直接體現就是回波信號不穩定，造成軟件需要進行更多次地對比處理，導致系統反應速度慢。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波時間是固定的，聲速對系統反應時間影響較小。

2.1.2 環境干擾

當環境存在干擾波形時，也會影響系統反應速度，包括環境雜音（喇叭、超聲波、發動機聲、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 障礙物穩定性

倒車雷達系統只會對穩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定，從而增多倒車雷達系統的對比判定次數，造成系統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

當倒車雷達系統需要通過第三方系統進行報警時（儀表盤、多媒體），會將報警信息發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的外部中斷頻率（次數）也會影響系統反應速度，因為倒車雷達系統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，發波能力（影響超聲波的能量大小），收波能力（影響識別回波的能力），發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定導致反應速度降低，見圖3。

2.2.2 發波機制

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

探頭傳感器輪循發波周期：以后4探頭傳感器為例，單發多收（一個探頭傳感器主發波，多個探頭傳感器主收波，依次輪流）;雙發雙收（兩個探頭傳感器主發波，另外兩個探頭傳感器主收波，依次輪流）;多發多收（所有探頭傳感器以不同頻率同時發波，同時收波），其單個發波周期（某個探頭傳感器發波到其輪流下一次發波）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波的結果來確定障礙物，單次輪循時間不一樣，整個系統反應速度就不一樣。

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過多次對比計算，對比次數越多，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定，抗干擾能力強，探測性能強，其回波信號才能穩定，才不需要過多地運用軟件花費時間去處理信息。

（2）優化探測機制與算法，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研究[J].農業裝備與車輛工程，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研究，江蘇大學，2017.