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超声倒车波雷达反应速度影响因素研究

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  摘 要:倒车雷达是汽车驻车或倒车时的安全辅助装置,能以声音或者图像告知驾驶员周围障碍物的情况,提高驾驶的安全性。反应速度则是倒车雷达重要性能,直接影响提醒驾驶员的时间。
  关键词:倒车雷达;反应速度;超声波
  1 倒车雷达工作原理
  倒车雷达在倒车时,利用超声波原理,主发探头传感器发出超声波信号,声波接触到障碍物后反弹回波被主发探头传感器接收到,同时主收探头传感器也对回波进行侦听接收。探头传感器将回波及侦听信号转换为数字信号发送给主机,主机经过多次核对回波状态,将回波信号确定为有效信号,通过算法确定障碍物距离,并根据报警分段逻辑发出对应报警信号,报警信号通过通信线发送给仪表盘、多媒体或蜂鸣器进行报警,见图1。
  2 影响倒车雷达反应速度因素
  倒车雷达工作是利用超声波原理,再通过软、硬件处理,得出报警信号并把报警信号发送给仪表盘、多媒体或蜂鸣器进行报警。由其工作原理和雷达系统框图可以看出,影响倒车雷达反应速度外部因素主要有温度、环境干扰、障碍物探测稳定性、通信方式及机制,内部因素主要有探测性能、发波机制、软件算法,见图2。
  2.1 影响倒车雷达反应速度的外部因素有以下几点:
  2.1.1 温度
  倒车雷达内部的元器件参数会受到温度的影响而产生温飘,造成电路的振荡频率偏移,从而影响探头传感器的发波性能及收波性能,其对反应速度影响的直接体现就是回波信号不稳定,造成软件需要进行更多次地对比处理,导致系统反应速度慢。温度还会影响声音的传播速度,高温下声速会更快,探测同等距离的障碍物时间会更短,低温则相反,不过由于探头传感器的轮循发波时间是固定的,声速对系统反应时间影响较小。
  2.1.2 环境干扰
  当环境存在干扰波形时,也会影响系统反应速度,包括环境杂音(喇叭、超声波、发动机声、电机声等)、外部辐射干扰(电磁辐射过强)、内部车身电源干扰(整车电性能差)。当环境存在干扰时会对探头传感器的模拟信号形成干扰,倒车雷达系统需要花费更多时间去滤除干扰信息,从而导致反应速度下降。
  2.1.3 障碍物稳定性
  倒车雷达系统只会对稳定的声音回波信号进行报警,当被测障碍物对声波具有一定吸收、散射、漫反射性能时,会造成声音回波减弱及不稳定,从而增多倒车雷达系统的对比判定次数,造成系统反应速度慢甚至无法有效报警。
  2.1.4 通信方式及通信机制
  当倒车雷达系统需要通过第三方系统进行报警时(仪表盘、多媒体),会将报警信息发送给报警设备进行报警,不同的通信方式信号传输速率不一样,也会影响最终报警反应时间。与车身(BCM、仪表盘、多媒体)通信時,车身对倒车雷达系统的外部中断频率(次数)也会影响系统反应速度,因为倒车雷达系统接收到车身外部中断时软件会单独花时间去处理通信。
  2.2 影响倒车雷达反应速度的内部因素有以下几点:
  2.2.1 探测性能
  因倒车雷达一般工作在空气中,所以其传播速度取340米/秒。超声波遇到障碍物后,一部分会反弹回来,那么通过计算发射出超声波到接收到回波之间的时差,再乘以音速,可算出障碍物的距离。故探头传感器的探测性能主要有两点,发波能力(影响超声波的能量大小),收波能力(影响识别回波的能力),发波能力及收波能力弱的探头传感器对障碍物的识别能力弱,会因为对障碍物识别不稳定导致反应速度降低,见图3。
  2.2.2 发波机制
  发波信号时长(基波长度):同样的声音频率,一次发10个周期波和一次发20个周期波的时间是不一样的,发波个数取决于探头传感器硬件的发波能力及软件的识别能力。
  探头传感器轮循发波周期:以后4探头传感器为例,单发多收(一个探头传感器主发波,多个探头传感器主收波,依次轮流);双发双收(两个探头传感器主发波,另外两个探头传感器主收波,依次轮流);多发多收(所有探头传感器以不同频率同时发波,同时收波),其单个发波周期(某个探头传感器发波到其轮流下一次发波)时间长度是不一样的,每个探头传感器对障碍物可能会通过几次轮循发波的结果来确定障碍物,单次轮循时间不一样,整个系统反应速度就不一样。
  2.2.3 软件算法
  主机对探头传感器采集到的距离信号需要经过多次对比计算,对比次数越多,抗干扰越强,相对地反应速度就越慢。最后代码运行的流畅度也会对系统的反应速度有一定影响。
  3 总结
  通过前面的分析得知要使倒车雷达的反应速度快需要做到以下几点:
  (1)保证倒车雷达硬件性能稳定,抗干扰能力强,探测性能强,其回波信号才能稳定,才不需要过多地运用软件花费时间去处理信息。
  (2)优化探测机制与算法,降低识别有效障碍物的时间。
  (3)提高软件运行效率,提高通信效率。
  参考文献:
  [1]魏振亚,汪明磊.自动泊车的超声波车位探测系统研究[J].农业装备与车辆工程,2013,51(4):26-29.
  [2]沈峥楠.基于多传感器信息融合的自动泊车系统研究,江苏大学,2017.
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