智能自動駕駛汽車必須能夠感知周圍環(huán)境，以便及時做出決策，確保安全行駛。對于泊車和盲點檢測等短距離應(yīng)用，超聲波技術(shù)因其簡單性和穩(wěn)健性而備受青睞。最近，超聲波憑借其多功能性，開辟了許多新的用例。本博客將簡要介紹超聲波傳感器的發(fā)展歷程，并結(jié)合當(dāng)前和未來的應(yīng)用，預(yù)測未來幾年超聲波傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域。

汽車超聲波傳感器簡史

超聲波技術(shù)常用于檢測物體和發(fā)現(xiàn)固體材料中的缺陷，其首項專利可以追溯到上世紀(jì)30年代。一直以來，超聲波通常用于檢測應(yīng)用，例如入侵者報警系統(tǒng)。

當(dāng)車輛配備了更多電子設(shè)備后，汽車制造商開始設(shè)法解決駕駛過程中造成損壞的問題。早期的解決方案是將超聲波傳感器安裝到保險杠中，并與車內(nèi)的蜂鳴器結(jié)合，提醒駕駛員注意潛在的危險。后來又為蜂鳴器增加了一個屏幕，用于顯示障礙物的位置。

隨著超聲波換能器的發(fā)展，性能有所提升，主要是提高了信噪比(SNR)和增加檢測距離。性能提升后，傳感技術(shù)能夠用于更多安全攸關(guān)的汽車應(yīng)用，例如檢測盲點中的其他車輛或檢測道路狀況，以便在路面潮濕時調(diào)整制動。

近期，超聲波傳感器開始應(yīng)用到車艙內(nèi)部，用于檢測乘客以觸發(fā)安全帶警告，并確保根據(jù)乘客的體型和體重來部署安全氣囊，從而響應(yīng)預(yù)期出臺的法規(guī)。此外還可以用于監(jiān)測駕駛員的警覺性、檢測呼吸和心跳。

考慮到現(xiàn)代儀表板的復(fù)雜性，手勢控制可能會變得越來越受歡迎。在相關(guān)應(yīng)用中，超聲波傳感器追蹤駕駛員手部的動作，并將其作為輸入信號，以類似于按壓開關(guān)或轉(zhuǎn)動旋鈕的方式來操作車輛。

安森美(onsemi)的超聲波傳感器解決方案

自2007年以來，安森美一直是向各大汽車主機(jī)廠提供泊車輔助和自動駕駛專用超聲波傳感器接口的市場領(lǐng)導(dǎo)者。與壓電超聲波換能器和一些附加電路相結(jié)合時，安森美的NCV75215超聲波傳感器可提供基于飛行時間(ToF)的距離測量。

該系統(tǒng)的優(yōu)勢在于能夠在泊車或執(zhí)行短距離低速行駛時識別障礙物。在電路和換能器允許的情況下，這個非常靈敏的設(shè)備可以檢測0.25米至4.5米范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)75毫米桿。

如需全面評估芯片在泊車（或其他類似）應(yīng)用中的性能，設(shè)計人員可以向安森美申請NCV75215R1GEVK超聲波泊車輔助套件。該評估套件基于先進(jìn)的圖形用戶界面(GUI)，操作簡單，可對原型進(jìn)行全面評估和詳細(xì)調(diào)試。評估套件(EVK)內(nèi)有一個EEPROM，用于保存重要的用戶數(shù)據(jù)以及配置設(shè)置。該芯片支持全面訪問，并且可以通過GUI調(diào)整接收(Rx)增益和發(fā)送(Tx)電流等關(guān)鍵參數(shù)。

未來趨勢和創(chuàng)新

隨著超聲波技術(shù)的進(jìn)步和消費者期望的提高（尤其是在汽車領(lǐng)域），創(chuàng)新應(yīng)用正在不斷涌現(xiàn)。很多人預(yù)計，這個領(lǐng)域的變革速度將會加快。

例如在4D傳感中，微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)麥克風(fēng)與超聲波傳感器并排放置。MEMS麥克風(fēng)能夠接收超聲波信號，并檢測其他聲音，包括車輛接近的噪音。一個重要的用例是識別緊急車輛的警報聲，警告需要采取適當(dāng)?shù)男袆印?/p>

其所面臨的挑戰(zhàn)包括積聚的灰塵和濕氣會導(dǎo)致超聲波傳感器和前置攝像頭的性能下降。而近期有些創(chuàng)新設(shè)計在傳感器組件中加入了壓電裝置，使傳感器能夠高頻振動。事實證明，這可以去除雨滴、一般污垢和積冰，確保安全攸關(guān)的傳感器正常運行。

環(huán)境問題促使行業(yè)轉(zhuǎn)向電力推動，了解牽引電池的充電狀態(tài)和健康狀況至關(guān)重要。這通常需借助電壓和電流測量來實現(xiàn)，但這種方法存在局限性。安裝在電池內(nèi)部的超聲波換能器可以高度準(zhǔn)確地指示電池的充電狀態(tài)(SoC)和健康狀況(SoH)。

結(jié)論

數(shù)十年來，安森美一直是汽車市場超聲波技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者，致力于提供多種解決方案以及設(shè)計工具，如評估套件等。盡管超聲波測距技術(shù)歷史悠久，但車輛如今越來越注重于檢測附近的物體，該技術(shù)正在經(jīng)歷一場復(fù)興。

最近，這種趨勢已擴(kuò)展到車載應(yīng)用以及工業(yè)應(yīng)用（如自動機(jī)器人和自動導(dǎo)引車等）領(lǐng)域，以進(jìn)一步提高安全性。汽車領(lǐng)域創(chuàng)新步伐持續(xù)加快，目前正向更高水平的ADAS和自動駕駛不斷邁進(jìn)，未來，超聲波技術(shù)有望提供更高的性能，并擴(kuò)大在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。