這些趨勢，正在重塑超聲波傳感器的應(yīng)用

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)的標準75毫米桿。

圖1：包含多個傳感器的泊車輔助用例

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的圖形用戶界面(GUI)，操作簡單，可對原型進行全面評估和詳細調(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，微機電系統(tǒng)(MEMS)麥克風與超聲波傳感器并排放置。MEMS麥克風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?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)歷一場復興。

最近，這種趨勢已擴展到車載應(yīng)用以及工業(yè)應(yīng)用（如自動機器人和自動導引車等）領(lǐng)域，以進一步提高安全性。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，未來，超聲波技術(shù)有望提供更高的性能，并擴大在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。