這些趨勢，正在重塑超聲波傳感器的應用

智能自動(dòng)駕駛汽車(chē)必須能夠感知周?chē)h(huán)境，以便及時(shí)做出決策，確保安全行駛。對于泊車(chē)和盲點(diǎn)檢測等短距離應用，超聲波技術(shù)因其簡(jiǎn)單性和穩健性而備受青睞。最近，超聲波憑借其多功能性，開(kāi)辟了許多新的用例。本博客將簡(jiǎn)要介紹超聲波傳感器的發(fā)展歷程，并結合當前和未來(lái)的應用，預測未來(lái)幾年超聲波傳感器的應用領(lǐng)域。

汽車(chē)超聲波傳感器簡(jiǎn)史

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

當車(chē)輛配備了更多電子設備后，汽車(chē)制造商開(kāi)始設法解決駕駛過(guò)程中造成損壞的問(wèn)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(chē)內的蜂鳴器結合，提醒駕駛員注意潛在的危險。后來(lái)又為蜂鳴器增加了一個(gè)屏幕，用于顯示障礙物的位置。

隨著(zhù)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(chē)應用，例如檢測盲點(diǎn)中的其他車(chē)輛或檢測道路狀況，以便在路面潮濕時(shí)調整制動(dòng)。

近期，超聲波傳感器開(kāi)始應用到車(chē)艙內部，用于檢測乘客以觸發(fā)安全帶警告，并確保根據乘客的體型和體重來(lái)部署安全氣囊，從而響應預期出臺的法規。此外還可以用于監測駕駛員的警覺(jué)性、檢測呼吸和心跳。

考慮到現代儀表板的復雜性，手勢控制可能會(huì )變得越來(lái)越受歡迎。在相關(guān)應用中，超聲波傳感器追蹤駕駛員手部的動(dòng)作，并將其作為輸入信號，以類(lèi)似于按壓開(kāi)關(guān)或轉動(dòng)旋鈕的方式來(lái)操作車(chē)輛。

安森美(onsemi)的超聲波傳感器解決方案

自2007年以來(lái)，安森美一直是向各大汽車(chē)主機廠(chǎng)提供泊車(chē)輔助和自動(dòng)駕駛專(zhuān)用超聲波傳感器接口的市場(chǎng)領(lǐng)導者。與壓電超聲波換能器和一些附加電路相結合時(shí)，安森美的NCV75215超聲波傳感器可提供基于飛行時(shí)間(ToF)的距離測量。

該系統的優(yōu)勢在于能夠在泊車(chē)或執行短距離低速行駛時(shí)識別障礙物。在電路和換能器允許的情況下，這個(gè)非常靈敏的設備可以檢測0.25米至4.5米范圍內的標準75毫米桿。

圖1：包含多個(gè)傳感器的泊車(chē)輔助用例

如需全面評估芯片在泊車(chē)（或其他類(lèi)似）應用中的性能，設計人員可以向安森美申請NCV75215R1GEVK超聲波泊車(chē)輔助套件。該評估套件基于先進(jìn)的圖形用戶(hù)界面(GUI)，操作簡(jiǎn)單，可對原型進(jìn)行全面評估和詳細調試。評估套件(EVK)內有一個(gè)EEPROM，用于保存重要的用戶(hù)數據以及配置設置。該芯片支持全面訪(fǎng)問(wèn)，并且可以通過(guò)GUI調整接收(Rx)增益和發(fā)送(Tx)電流等關(guān)鍵參數。

未來(lái)趨勢和創(chuàng )新

隨著(zhù)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(chē)領(lǐng)域），創(chuàng )新應用正在不斷涌現。很多人預計，這個(gè)領(lǐng)域的變革速度將會(huì )加快。

例如在4D傳感中，微機電系統(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(chē)輛接近的噪音。一個(gè)重要的用例是識別緊急車(chē)輛的警報聲，警告需要采取適當的行動(dòng)。

其所面臨的挑戰包括積聚的灰塵和濕氣會(huì )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(dòng)。事實(shí)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(wèn)題促使行業(yè)轉向電力推動(dòng)，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(lái)實(shí)現，但這種方法存在局限性。安裝在電池內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)。

結論

數十年來(lái)，安森美一直是汽車(chē)市場(chǎng)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(chē)輛如今越來(lái)越注重于檢測附近的物體，該技術(shù)正在經(jīng)歷一場(chǎng)復興。

最近，這種趨勢已擴展到車(chē)載應用以及工業(yè)應用（如自動(dòng)機器人和自動(dòng)導引車(chē)等）領(lǐng)域，以進(jìn)一步提高安全性。汽車(chē)領(lǐng)域創(chuàng )新步伐持續加快，目前正向更高水平的ADAS和自動(dòng)駕駛不斷邁進(jìn)，未來(lái)，超聲波技術(shù)有望提供更高的性能，并擴大在工業(yè)領(lǐng)域的應用范圍。