超声波传感器在智能汽车系统中的应用

超声波传感器在智能汽车系统中的应用

孙中伟

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摘要：车辆防撞技术是利用超声波传感器的测距原理，将超声波距离模块、传感器和单片机结合，构成超声波测距系统，并将其与相应的软件流程相结合，将其有效地运用到智能车辆中，使其能够更好地保证驾驶员的安全和稳定驾驶，从而提升车辆的智能化程度。针对这一现状，本文着重对超声传感技术在车辆智能化中的应用进行了研究，并对其工作原理及应用进行了详细的论述。

关键词：超声波；传感器；智能汽车；系统

引言：在科学技术迅猛发展的今天，车辆智能化已成为当今交通运输的一个重要趋势。本项目以提升车辆的安全性、舒适性及智能化为目标。在这种情况下，超声传感技术在车辆智能化领域中占有举足轻重的地位[1]。

一、超声波传感器的原理

超声波是一种高频的机械波，其在车辆行驶中扮演着非常重要的角色，利用超声可以有效地革新检测方式，并在实际应用中产生并接受超声，从而高效实现试验目的。在这个工艺中，必须要有一个超声传感器，也就是超声换能器或探头。目前的超声传感器主要由发射器和接收器组成，将二者联合使用，可起到双重的效果。超声传感器是一种基于压电效应的原理，能够将电能和超声波相互转换，保证在发出超声波的同时，能够利用电能进行高效的辐射，在接受超声时，能够将超声振动信号转变为电信号[2]。

二、超声波传感器在智能汽车系统中应用的必要性

随着人民生活水平的提高，人们对汽车的要求越来越高。目前，国内、外多家汽车厂商以及各大汽车公司已开始对无人驾驶车辆进行自主驾驶试验。通用汽车公司研究表明，在公路上进行无人驾驶试验时，必须要科学地运用驾驶员辅助技术，并利用传感器对路面及周边环境进行有效的监控。利用超声传感技术，实现了对邻近道路上机车的运行状态的监测，以及对某些盲区的探测，保证了司机在行车过程中的盲区时，能够及时地避开障碍物。随着智能化车辆的发展，超声传感器能够被有效地应用于车辆倒车雷达中，成为整个系统的一个关键部分。举个例子，在车辆倒车的时候，可以利用超声波传感器与控制器显示屏相结合，使其能够充分利用多种功能，利用声音或画面，保证驾驶员能够对四周的障碍进行精确的掌握，并对其进行适当的调整，保证驾驶员在泊车、倒车、启动车辆的时候，不会出现视觉和听觉的障碍，从而能够对四周进行精确的扫描，扩大视野，保证驾驶的安全和可靠性。超声传感器可以与微波、毫米波雷达和相机结合起来，在实际的应用中，能够将每一种设备的优点都充分地利用起来，利用它们的优势，进行互补，从而能够生成一个更大的视场的试验地图，能够对周围的环境进行精确的掌握，满足汽车在安全、舒适、便利等方面的需求。在今后的发展中，超声传感技术将会得到进一步的发展和提高，这就要求人们从检测的精度、可靠性和防护水平三个角度进行深入的研究[3]。

三、超声波传感器在智能汽车系统中的典型应用

(一) 系统的硬件及编程

超声波传感器测距系统由系列传感器、系列超声波测距模块、单片机等组成。为了更好的控制车辆，使用系列的传感器和系列的超声波测距模块，可以更好的控制车辆，而单片机则是通过引脚的倒相器来保证超声波的高效收发。在使用时，利用探测信号保证管脚能够自动转换，精确地判定有没有收到超声波。同时，还必须利用计数器对数据信息进行精确的运算，掌握超声波的传输时间，经过转换之后，就能直接得到传感器到障碍物的距离。在实际运用超声检测系统时，首先要由单片机驱动超声换能器发出超声信号，然后启动内置计时器对其进行定时。目前，超声传感采用收发一体化，且在发射后仍会发生余震，因此，必须精确辨识超声发射信号消去过程中的特殊状态，并对其进行探测，以实现对信号传递中的干扰因素的有效抑制。通常情况下，当超声波碰到阻碍的时候，信号就会立刻返回，这种情况下，可以由微处理器对其进行直接的扫描，当收到的信号发生了改变，就说明信号已经回到了位置，这时候，就可以利用微处理器中的判断计时器后，对计时器中的数据进行运算，最后得到具体的距离[4]。

(二)刹车辅助装置

随着各类新产品的开发，还形成了一套可靠、高效的刹车辅助系统，通过将制动辅助系统安装到车辆组装单元中，能够将雷达传感器与自动车距控制系统结合起来，保证驾驶者能够精确地判断前面的车辆与前面的障碍物之间的距离，方便地给出警示。在此基础上，利用智能车辆自主控制系统对车辆进行减速或直接停车，从而有效地防止了交通事故，减少交通事故的发生，保证车辆的行车安全性。

(三)自动泊车系统

在自动泊车系统中，利用超声传感器，可以让车辆进行精确的停车，包含了环境信息采集系统、装处理器、车辆控制系统等。利用环境信息采集系统，能够精确地获取车辆与周围环境、障碍物之间的距离、图像等信息。然后，利用车载超声测距系统对数据信息进行处理，或者将其传送到 CPU，再由图像获取系统对最后的处理结果进行再一次的运算和分析，从而精确地获得汽车的当前位置、目标位置以及周边环境参数。最后，在上述参数的基础上，实现停车策略的自动生成，并将该策略转换为电子信号，当收到电子信号后，车载控制系统能够按照相应的命令，对行驶角度、方向和功率进行调整，方便对车辆进行直接控制，保证车辆能够安全、顺利地驶入停车场。随着我国汽车产业的不断发展，部分进口的高档轿车也将配备自动停车系统。

(四)用于汽车自动避障系统

随着科技的发展，还能利用单片机对汽车行驶的方向、起停速度进行有效的控制，从而使自动行驶的目的得到很好的发挥，驾驶员通常能够利用控制程序调节行驶的方向。如何在车辆下方高效地完成障碍物的规避，是目前主要的避障方法，主要有超声波、视觉、红外、激光、微波雷达等。超声避障技术是一种非常可靠和有效的避障方法，具有操作简便、实时、高精度等优点，是一种非常常见的避障方法。现有的超声波避障技术在实际运用中，一般都是由超声波产生电路、周期接收发射电路、接收处理电路等来实现，这个过程中，必须要有相应的软硬件支持，这样才能使整个系统的性能得到最大程度的发挥。超声波测距系统由超声波发射、接收时程计算、微机控制等部分组成，降低时间误差对声波传播速率的影响，是提高检测精度和保障检测效果的关键。目前，利用单片机设定超声转速，实现智能小车的自动避障，具有操作简便、设计可靠、造价低廉、实用方便等优点，并在实际应用中获得了良好的效果。本系统具有抗干扰性好、控制简便、精度高等优点，可以在汽车工业中得到广泛的应用。

结论：

在车载超声雷达方面，国外和国内企业的实力相差并不是很大。在倒车辅助系统方面，国内企业的超声雷达具有明显的优势，同时也存在着激烈的竞争。从今后的传感器市场来看，高性能、智能化、集成化、多功能化是一个重要的发展方向。从应用范围看，以工业、汽车、通讯及消费性电子等四大类为主，未来汽车电子及通讯电子应用将会是成长最快的市场。另外，无人驾驶车辆对现有的传感器制造商及技术产生了很大的冲击，某些高端的传感器市场在将来也会越来越深入到车辆当中，激光雷达或者其他智能感知模块也会在车辆的行驶状态监测、车辆行驶环境感知等领域扮演着越来越重要的角色。

参考文献：

[1]郭晖, 陈聪. 智能汽车安全辅助驾驶系统研究与实现[A] 2023年智慧城市建设论坛西安分论坛论文集[C]. 中国智慧城市经济专家委员会, 中国智慧城市经济专家委员会, 2023: 2.

[2]高霏霏. 基于STC89C52单片机智能汽车防撞系统设计[J]. 常州工学院学报, 2023, 36 (01): 34-39.

[3]顾卜亮. 智能汽车远近光灯自适应系统[J]. 电子测试, 2022, 36 (06): 14-15+20.

[4]陈超. 智能汽车辅助驾驶技术的研究[D]. 贵州大学, 2019.