超聲波傳感器在智能汽車系統中的應用

摘要：汽車防撞技術是指在超聲波傳感器的測距原理下，通過超聲波距離模塊、傳感器和單片機組合而成超聲波測距系統，然后聯合相關軟件流程有效應用在智能汽車中，在充分發揮超聲波功能和特點的基礎上，更好地確保駕駛員可以安全、穩定地駕駛，最終提高汽車的智能化水平。對此，主要分析了超聲波傳感器在智能汽車系統中的應用情況，具體闡述了超聲波傳感器的原理和應用。

關鍵詞：超聲波傳感器；智能汽車系統；應用

中圖分類號：U461 收稿日期：2023-01-11

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.03.010

1 超聲波傳感器的原理

超聲波是一種發射頻率高于20 Hz 的機械波，超聲波在汽車駕駛過程中發揮著重要的作用，通過超聲波可有效創新檢測方法，在應用的過程中會產生和接收超聲波，有效地完成測試的目標。在此過程中需要安裝超聲波傳感器，超聲波傳感器也可以稱之為超聲波轉換器和探測頭。

當前超聲波傳感器具體包括發送器、接收器，將兩者結合應用，可以發揮雙重作用。超聲波傳感器是指在壓電效應原理的基礎上，可以將電能與超聲波進行轉化，確保在發射超聲波的過程中，可以通過電能轉換有效發射，在接收超聲波的時候，可以將超聲波振動信號轉換成電信號。

總之，超聲波測距原理是指在度月時間法的基礎上，檢測超聲波發射和接收過程中遇到障礙物的返回時間，并通過時間和超聲波的傳播速度相乘，可以準確判斷出聲源與障礙物之間的距離。當前在空氣中聲波傳播速度較高，如果測距精度不符合要求，則傳播速度會較低。在具體應用超聲波發射器的過程中，可以通過連續發射脈沖在測量邏輯電路的基礎上形成一個短脈沖。

對于超聲波接收器，在接收到障礙物反射回的反射波后，也可以通過測量邏輯電路形成一個短脈沖，人們可以直接通過信號處理裝置對接收的信號進行處理，并采用相關軟件自動計算傳感器和障礙物之間的距離。從超聲波距離傳感器的功能和原理出發，具體可以應用在液位監測、機器人防撞、超聲波開關等領域中，其操作簡單、安裝便捷、靈敏度強、發射角度小，可以直接和工業顯示儀表連接，以此確保發射角度符合要求［1］。

在應用到智能汽車系統的過程中可以通過液位探測透明物體和材料探測，有效形成控制張力，并準確把握測量距離，為汽車行業的健康發展提供技術優勢。超聲波傳感器也可以有效檢測周圍的障礙物，對車輛行駛的路程進行自動監控，以此保證車輛行駛的安全性及應用價值，已經得到了汽車領域內相關人士的認可。當前超聲波傳感器應用成本低、體積小、重量輕、能耗小，安裝維護便捷，可以實現非接觸的測量功能，在具體應用時不受電磁、光線、煙霧等因素的影響，可以在黑暗、煙霧、有灰塵、電磁干擾的環境下有效工作，在未來，超聲波的應用場景會更加多樣化［2］。

2 超聲波傳感器在智能汽車系統中應用的必要性

在人們生活水平不斷提高的基礎上，對汽車的需求也不斷提高。當前，國內外一些汽車制造商和汽車技術研發中心都在測試具備自動駕駛功能的自動駕駛汽車。通用汽車企業發現在道路行駛中測試運行自動駕駛汽車時，需要科學采用駕駛員輔助技術，并通過傳感器的應用，有效監測道路環境和周圍環境。通過超聲波傳感器的應用，可以檢測相鄰車道上的機車行駛情況，并對一些盲點進行檢測，確保駕駛員在行駛的過程中處于盲區時，可以主動避讓。

在智能汽車制造下，超聲波傳感器可以有效應用在倒車泊車雷達系統中，是其系統運行的重要組成部分。比如在汽車倒車的過程中，可以通過超聲波傳感器聯合控制器顯示器，有效發揮多方面作用，可以通過聲音或者畫面，確保駕駛員準確把握周圍的障礙物情況，及時調整距離，確保駕駛員在泊車、倒車、啟動車輛的過程中，避免出現視線、聽力受阻的情況，幫助駕駛員準確地掃描周圍環境，拓寬視野，確保駕車的安全性、可靠性。

超聲波傳感器可以和微波、毫米波雷達與攝像機聯合使用，在具體應用的過程中，可以有效發揮各個設備自身的優勢，通過優勢互補，形成一種較大視野的測試圖，準確把握周圍環境的情況，以此滿足車輛行駛的安全性、舒適性、便捷操作性要求。在未來，超聲波傳感器技術也會不斷發展，性能會不斷提升，對此，還需要人們從精度、可靠性、防護等級三個方面加以研究［3］。

3 超聲波傳感器在智能汽車系統中的典型應用

3.1 硬件設計和系統程序設計

超聲波傳感器測距系統具體包括系列傳感器、系列超聲波測距模塊、單片機等，通過系列傳感器和系列超聲波測距模塊能更好地對汽車進行控制，對于單片機主要通過引腳經反向器確保超聲波有效發送和接收信號。在應用過程中，通過檢測信號確保引腳可以自動轉化，準確判斷超聲波是否已經接收，在此過程中，也需要通過計數器準確計算數據信息，把握超聲波傳播的具體時間，在換算后，可以直接得出傳感器與障礙物之間的距離。在具體應用超聲波測試系統時，需要先通過微處理器啟動超聲波傳感器來發射超聲波，并啟動內部定時器進行計時。

當前超聲波傳感器的發射和接收是一體化的，在發射脈沖后，超聲波還會產生余震，在此過程中，需要準確識別超聲波發送信號消除過程中的具體情況，并對返回的信號進行檢測，以便有效地抑制信號傳輸過程中的干擾因素。一般在超聲波遇到障礙物時，信號會直接返回，此時可以通過微處理器直接掃描，如果此時接收的信號已經發生了變化，則表明信號返回到位，此時可以通過微處理器中斷定時器后，將定時器中的數據進行計算，最終得出具體的距離。

3.2 制動輔助系統

在各種新產品不斷發展的基礎上，也形成了一種可靠有效的制動輔助系統，通過在車輛裝配機組中安裝制動輔助系統，可以通過雷達傳感器聯合自動車距控制系統使用，確保汽車駕駛員準確判斷前方車輛和前方障礙物的距離，便于發出警告。然后通過智能汽車自動控制系統操縱汽車減速或者直接停止，有效預防交通事故的發生，并降低交通事故發生率，確保汽車行駛安全［4］。

3.3 自動泊車系統

在自動泊車系統下，超聲波傳感器可以促使汽車自動精準的停靠位泊車，該系統具體包括環境信息采集系統、裝處理器、車輛控制系統等，通過環境信息采集系統，可以準確采集汽車周圍環境和障礙物的距離以及圖像信息。然后通過車載超聲波距離探測系統將數據信息進行處理，或傳輸給中央處理器，并將最終的處理結果通過圖像采集系統進行重新計算分析，以此準確得出車輛的當前位置、目標位置、周圍環境參數。最終通過以上參數自動生成泊車策略后，將策略轉化成電信號，車輛控制系統在接收電信號后，可以根據相關指令自動調整行駛角度、方向、動力，便于直接控制汽車，確保汽車安全平穩地進入到泊車位中。在當前汽車的不斷發展下，一些高檔進口的汽車也會配置自動泊車系統。

3.4 限速識別系統

一般汽車行駛在高速公路的一些路段處，需要根據路邊的限速牌自動調整速度，但是因為道路旁的標志牌距離較遠，會導致駕駛員在行駛的過程中不容易注意到，會發生超速的情況，對此需要通過交通信號識別系統確保車輛駕駛員及時限速，保證車輛行駛安全。在該系統下，可以直接通過車內的顯示屏了解周圍的限速情況，確保駕駛員準確調整速度，及時注意道路兩旁的道路標志。當前已經研發出了一種限速識別系統，該系統已經投入到了測試運行中，在該系統下，可以直接通過導航儀來接收無線廣播信息，并對限速標識本身進行判斷，以此發射無線信號，確保駕駛員準確接收到道路標志信息［5］。

3.5 倒車雷達

駕駛員在倒車的過程中，將手柄轉入到倒車擋后，倒車雷達自動啟動，此時倒車雷達探頭可以發射一定頻率的超聲波信號，通過障礙物信號的反射傳遞到雷達系統中。通過將倒車雷達探頭接收信號進行放大對比分析，并通過單片機將信號傳輸到顯示模塊中。此時自動觸發語音電路，通過發送語音提示，確保駕駛員準確判斷汽車和周圍障礙物的距離。如果小于安全距離時，可以通過語音集成電路發送報警信號，提醒駕駛員減速或者停車，避免出現碰撞或者擦傷的問題，以此有效指導駕駛員倒車。

3.6 在智能停車場中的應用

隨著汽車數量的增加，人們對于停車場的要求也不斷提高。為了更加科學有效地保管停放的車輛，科學合理地收取停車費用，加強停車場基礎設施的建設，有效滿足人們的停車需求，需要科學采用各種智能技術，促使停車場在智能引導的情況下，便于直觀準確顯示停車位的使用情況，有效解決傳統停車場車位指示不明確、車位使用不科學的問題。在智能停車場下設置有車位引導系統，可以帶給人們舒適安心的體驗。

當前車位引導系統具體包括超聲波、傳感器、處理器、顯示儀，在超聲波傳感器下可以有效檢測車輛的使用情況，將信息數據發送到處理器中后，通過車位指示燈顯示出具體的情況。處理器在計算下，直接將車位使用情況顯示在停車場入口或者停車場內部的顯示屏中，在顯示屏內部云端中可以當數據信息發送到用戶移動端，以此為用戶提供科學的指導。此外，在停車場的環境設施建設中，也可以采用車位引導系統，確保停車場的環境更加人性化［6］。

3.7 在智能小車避讓系統中的應用

智能小車也叫作輪式機器人，其是移動機器人的一種特殊的類型，是一種通過環境感知、決策規劃、行動控制與執行等多種功能形成的一種綜合控制系統。在科學技術的發展下，也可以通過單片機有效對車輛行駛的方向、啟動、停止速度進行控制，有效實現自動駕駛的目標，駕駛人員一般可以通過控制程序來調整行駛方式和行駛方向。

在智能小車下可以有效實現避障運動，其是一個核心的任務，當前的避障方法包括超聲波避障、視覺避障、紅外傳感器避障、激光避障、微波雷達避障等多種。超聲波避障是一種非常可靠、有效的方法，其操作簡單，可以實時控制，測量精度高，有效滿足基礎要求，是一種非常常用的避障方法。當前的超聲波避障方法在具體應用時，主要通過超聲波發生電路、循環接收發射電路、接收處理電路等進行控制操作，此過程需要相關軟件和硬件來支撐，才能有效發揮系統的優勢。

測距系統主要包括超聲波發送、接收時間距離計算、危機控制等幾個方面，想要有效提高測量精度，保證測量效果，就需要減少時間誤差，綜合分析補償溫度至傳聲波傳輸速度的影響。當前，可以通過單片機對超聲波速度進行恒定設置，促使智能小車自動避讓，該系統操作簡單，設計可靠，成本低，實用性強，在具體應用中已經取得了較好的成果。該系統抗干擾能力強，控制簡單，精度高，可有效應用在汽車領域中。

3.8 在安全系統中的應用

超聲波測距儀已經有效應用在汽車安全系統中。在使用過程中需要相關系統軟件來支撐，根據系統基本操作要求可實現以下功能：控制超聲波發射、接收傳感器的狀態和性能；根據汽車行駛情況和速度，計算出倒車、行駛、停車過程中距離周圍障礙物的安全距離和報警距離；測量出超聲波信號發送和接受的時間，計算出最近障礙物和周圍車輛的安全距離，然后將發射信號通過定時器來顯示。

當前該安全系統具體包括裝置、發射、接收、顯示、聲音報警等功能模塊，這些模塊可以通過按鍵循環的方式來控制、調整和執行。在設置完成后還需要對系統進行調試和優化，根據具體的要求設計元器件，隨后將超聲波接收電路通過金屬殼進行屏蔽，以此提高其抗干擾能力，再根據測量距離和要求來調整發送的脈沖寬度和測量時間，以滿足不同測量距離的需求［7］。

4 結語

在車載超聲波雷達領域，國內外廠商之間的差距不大，對于倒車輔助系統而言，我國廠商超聲波雷達優勢顯著，競爭激烈，縱觀未來傳感器市場，高性能、智能化、集成化、多功能化將成主流發展趨勢。從應用領域來看，工業、汽車電子、通信電子、消費電子四部分是傳感器主要的市場，汽車電子和通信電子應用市場有望成為發展迅速的市場。此外，自動駕駛汽車對現有傳感器廠商和技術的影響是巨大的，一些高端傳感器市場未來也將更多地滲透到汽車中，激光雷達或智能傳感模塊等也將在車輛行駛狀態監測、車輛行駛環境感應等方面發揮更加重要的作用。

參考文獻：

［1］P+FUSi-safety 超聲波傳感器系統保障物流中心無人駕駛的安全性［J］現代制造，2021（17）：42

［2］王興路，何澤，史錦春，等一種基于超聲波傳感器的自動跟隨智能車，CN212556367U［P］2021-02-19

［3］陳強，陳勇，耿建一種人工智能機器用超聲波傳感器應用檢測裝置，CN114646950A［P］2022-10-16

［4］王毅，王愷，張藝譚，等基于超聲波傳感器的智能跟隨系統設計［J］傳感器與微系統，2021，40（8）：92-95

［5］無安森美的智能成像方案使道路更安全［J］中國電子商情：基礎電子，2021（12）：50-53

［6］杜莎激光雷達量產路上的機會與挑戰［J］汽車與配件，2021（9）：33-35

［7］孟大勇市政給排水工程設計主要技術要點標準分析［J］中國標準化，2016（15）：135.

作者簡介：

朱悅，女，1992 年生，助教，研究方向為機械自動化。