超声波距离传感器在新型汽车倒车雷达中的应用

倒车雷达是由超声波距离传感器、控制器和显示器或蜂鸣器等部分组成。倒车雷达一般采用超声波测距原理，即传感器在控制器的控制下发射超声波信号，当遇到障碍物时，产生回波信号，传感器接收到回波信号后，经控制器进行数据处理，并判断出障碍物的位置，显示距离并发出其他警示信号，从而达到安全泊车的目的。

超声波距离传感器就是利用超声波的发射和接收原理进行距离测定的传感器，也称为超声波换能器，俗称“探头”，主要用于倒车雷达系统中车辆与障碍物之间距离的测量，或者在车距控制辅助系统中，用于测定后车与前车的跟车距离。倒车雷达系统所使用的超声波距离传感器，有2个、3个、4个、6个、8个及10个之分。具有2个、3个、4个探头的倒车雷达安装在汽车的后保险杠上面，具有6个、8个探头的倒车雷达一般安装为前2后4和前4后4。通常来说，探头数量决定了倒车雷达的探测覆盖能力，探头多能减少探测盲区。6个以上探头的倒车雷达在倒车时，还可探测前左、右角与障碍物的距离。目前常用的频率有40Hz、48Hz、58Hz，选择不同的频率以满足不同车型的需要。

1.测距原理

超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，由单片机实时检测出超声波传播所用的时间ΔT。利用超声波在同种介质中传播速度不变的性质，在声速v已知的条件下，得到障碍物与传感器之间的距离

S=ΔTv/2

式中，v为超声波波速，常温下取为344m/s；ΔT为自发射出超声波到接收到反射回波的时间差。

2.传感器工作原理

由物理学可知，将两个压电元件（或一个压电元件和一个金属板）粘合在一起成为压电片。当超声波照射到压电晶体上时，压电晶体产生振动，并产生压电信号；同理，当有电信号输入到压电晶体上时，压电晶体产生超声波。超声波距离传感器就是根据这一原理设计的测量距离的检测装置。

超声波探头利用压电陶瓷（主要材料GaAs和SiGe），作为换能器件实现超声波的发射和接收。给探头压电陶瓷片施加一定的超音频电信号，压电陶瓷片将电能转换成声能发送出超声波。超声波遇到障碍物被反射后作用于探头压电陶瓷片，压电陶瓷片将声能再转换成电信号，微弱的电信号经放大后送ECU处理。双压电晶片如图5-84所示。

图5-84 双压电晶片示意图

按照接收和发送信号的传感器的组合情况，可以将其检测方式分为直接检测方式和间接检测方式。直接检测方式是指用一个传感器发送并接收信号的检测距离的方式，即使用发射/接收一体式车距传感器；间接检测方式是指用两个传感器，一个发送信号，另一个接收信号的检测方式。现在以使用直接检测方式为主。

3.迈腾轿车驻车辅助系统的工作原理

迈腾轿车驻车辅助系统的结构及工作原理，如图5-85所示，后保险杠上安装4个超声波距离传感器，并在前保险杠或散热器格栅上安装了4个超声波距离传感器。驻车辅助控制单元J446通过前、后保险杠内的超声波距离传感器监控车辆周围的环境。通过汽车内部的两个警告蜂鸣器来进行声音间距的警示。驻车辅助按钮位于变速杆右侧，按下该按钮或挂倒档，驻车辅助功能被激活。再次按下该按钮或当车速大于15km/h时，该功能终止。驻车辅助起作用时，LED灯为黄色，若有故障，则该灯闪烁。

图5-85 迈腾轿车驻车辅助系统结构及工作原理示意图

在打开点火开关以后进行自检，在1s后关闭自检。如果驻车辅助系统已待命，则信号声会短促响起，功能指示灯亮起。如果发现系统故障，就会响起一个持续5s的信号声，驻车辅助系统的功能指示灯闪烁。在正常情况下进行测距时，在声脉之间的暂停间隔时间随着距离逐渐减小而成比例缩短。测量不超过30cm的距离时，声脉变为持续音。

4.迈腾轿车驻车辅助系统检测

1）驻车辅助ECU J446及驻车辅助ECU J446线路检查如图5-86、图5-87、图5-88所示。检查驻车辅助ECU J466的供电线路，拆下驻车辅助ECU的插接器，检查T16/3脚与搭铁之间的电压为12.3V，打开点火开关，检查T16/1脚与搭铁之间的电压为12.3V，说明正极线路供电正常（T16/3脚SC37的30供电，倒车雷达T16/1脚接收来自SC19的15供电）。

图5-86 驻车辅助控制单元J446供电电路图

E266—驻车辅助系统按键 H15—后部驻车辅助系统报警蜂鸣器 H22—前部驻车辅助系统报警蜂鸣器 J446—驻车辅助系统控制单元 J519—中央电器控制单元 K136—驻车辅助系统指示灯 L117—驻车辅助系统开关照明灯泡 SC19—熔丝架C上的熔丝19 SC37—熔丝架C上的熔丝37 SD3—熔丝架D上的熔丝3 SD13—熔丝架D上的熔丝13 T2ap—2芯AP插头连接 T2ar—2芯AR插头连接 T6al—6芯AL插头连接 T12a—12芯棕色A插头连接 T12i—12芯黑色I插头连接 T16—16芯棕色插头连接 396—搭铁连接31（在主线束中） 675—搭铁点2（在行李箱内右侧） 687—搭铁点1（在中间通道上） B340—连接1（58d，在主线束中） B616—连接12（30a，在车内线束中） ∗—截止到2008年12月 ∗∗—自2009年1月起(www.xing528.com)

ws—白色 sw—黑色 bl—蓝色 br—棕色 ro—红色 gr—灰色 gn—绿色 ge—黄色

图5-87 驻车辅助系统控制单元，豪华车型的前部驻车辅助系统传感器

G252—右前驻车辅助系统传感器 G253—右前中部驻车辅助系统传感器 G254—左前中部驻车辅助系统传感器 G255—左前驻车辅助系统传感器 J446—驻车辅助系统控制单元 T3ax—3芯AX插头连接 T3ay—3芯AY插头连接 T3az—3芯AZ插头连接 T3ba—3芯BA插头连接 T8a—8芯黑色A插头连接（在左前纵梁上） T12a—12芯棕色A插头连接 348—搭铁连接（驻车辅助系统，在前保险杠线束中） X65—连接（驻车辅助系统，在前保险杠线束中）

ws—白色 ro—红色 br—棕色 gn—绿色 li—淡紫色

2）检查T16/8脚与正极之间的电压为12.3V，并检查行李箱内的搭铁点是否良好。

3）检查驻车辅助系统传感器线路前部T3ax/1、T3ay/1、T3ba/1、T3az/1与搭铁之间电压约为10.5～14.5V。

4）检查驻车辅助系统传感器线路后部T3at/1、T3au/1、T3av/1、T3aw/1与搭铁之间电压约为10.5～14.5V。

5）检查驻车辅助系统传感器线路3号端子与搭铁的导通性，应正常导通。

6）打开点火开关，断开传感器插头，将车辆挂入倒档，用万用表电压档测量控制模块侧的1号端子与3号端子，应该有约10.5～14.5V电压，如果没有，则应检查控制模块是否从倒档开关处取得10.5～14.5V工作电压。

7）当倒车雷达主机在通电后，自检出现约4～6s的长鸣音后，发出“嘀、嘀、嘀、嘀、嘀”五声报警时，提示为倒车雷达主机出现故障。如果倒车雷达在通电后没有任何的提示反应，则先检查倒车雷达主机端子的安装状态，是否为线束脱落或断路造成。

8）经验判断法。在汽车进入倒车工作状态下，用耳朵贴近传感器表面，仔细听是否有轻微的“嘀嗒”声（可与正常的比较），如果响声正常，则说明传感器的电源正常，应继续检查传感器和控制器之间的信号连接是否正常。如果搭铁、供电、线束都没有问题，则应尝试更换ECU和传感器。

图5-88 驻车辅助系统控制单元，豪华车型的后部驻车辅助系统传感器

G203—左后驻车辅助系统传感器 G204—左后中部驻车辅助系统传感器 G205—右后中部驻车辅助系统传感器 G206—右后驻车辅助系统传感器 J446—驻车辅助系统控制单元 T3at—3芯AT插头连接 T3au—3芯AU插头连接 T3av—3芯AV插头连接 T3aw—3芯AW插头连接 T8d—8芯黑色D插头连接（在右后保险杠上） T12—12芯黑色插头连接 352—搭铁连接（驻车辅助装置，在后保险杠线束中） X68—连接（驻车辅助装置，在后保险杠线束中）

ws—白色 ro—红色 br—棕色 gn—绿色 bl—蓝色 li—淡紫色 ge—黄色

9）驻车辅助系统的数据流见表5-10。

表5-10 驻车辅助系统的数据流

（续）