本文導讀

超聲波在日常生活中無處不在，在醫療領域，借助超聲波可用于洗牙、協助診斷各種疾病;在汽車領域，利用超聲波可探測障礙物到車輛的距離。本文為大家介紹立功科技第二代超聲波雷達(AK2)的解決方案。

超聲波雷達在汽車上是一個很重要的傳感器，其有效幫助車主在倒車時探測車輛附近肉眼看不到的障礙物，大大增強倒車安全性，隨著汽車在智能化的發展，超聲波雷達除了用于探測障礙物距離外，還可用于車位檢測，協助車輛自動泊車。

下面給大家科普超聲波雷達如何生成超聲波及測距的原理：首先超聲波雷達探芯由壓電式陶瓷晶片組成，在高壓的PWM信號作用下周期性的震動，從而形成超聲波;超聲波在空氣中傳播，在遇到障礙物時會把部分的超聲波反射回來，超聲波雷達接收回來的反射信號后，通過處理可以得到障礙物的飛行時間(TOF)，然后通過飛行時間計算障礙物的距離，公式為：D = (V * TOF)/2 其中D為障礙物距離，V為超聲波傳播速度，常溫下為343m/s。

圖1 超聲波雷達收發信號示意圖

AK2超聲波雷達性能提升

AK2作為第二代超聲波雷達，相比第一代超聲波雷達在各個方面都有所提升。

1)AK2采用通信方式是DSI總線：

在通信速率方面，最高可達444kbit/s，具備大量數據周期性傳輸功能。

在數據可靠性方面，AK2作為DSI從機，和DSI主機E521.42通信，依據DSI反饋的狀態及CRC校驗信息來增強數據的可靠性。

2)AK2新增了跳頻測量方式，即發射超聲波的頻率可隨時間變化而變化，提高了抗干擾能力;

3)AK2支持功能安全ASIL B等級;

4)AK2除了可以獲取回波的飛行時間、寬度以及峰值信息外，還提供回波的波峰、波谷及上/下穿閾值線信息。

立功科技AK2方案介紹

本方案ECU主控制器是采用的NXP車規級的S32K144芯片，通信驅動芯片采用單個E521.42，E521.42芯片擁有兩條DSI通道，每條通道連接6個E524.17。其中主控負責控制各個探頭進行障礙物測量或診斷，并整合各個探頭測量結果打包上傳至車身CAN，而E521.42作為“中轉站”，將主控傳來的SPI控制信號轉換成DSI信號傳輸給E524.17，將E524.17反饋回來的測量數據轉換成SPI信號傳輸給主控MCU，E524.17負責障礙物檢測，當收到E521.42請求信號時，根據請求的類型執行相應動作，如障礙物距離測量、測量參數配置或診斷。

圖3 立功科技AK2 ECU示意圖

圖4 立功科技AK2 ECU軟件架構

圖5 系統架構

AK2超聲波方案優勢

在ECU端的優勢有：

主機量產硬件開發支持;

主機量產軟件;

完整的CAN協議棧功能;

動態實時配置探頭測量數據;

探頭在測量過程中的波形顯示;

提供SDK包供域控制器集成。

圖6 探頭部分配置列表

圖7 實時測量波形顯示

在AK2探頭端的優勢有

探頭硬件低底噪，高靈敏度;

支持多段閾值比較;

支持多段STC設定;

支持不同車廠功能單獨定制;

下圖為AK2實測效果：

圖8 無障礙物時測量波形顯示

圖9 一米障礙物時測量波形顯示

圖10 三米障礙物時測量波形顯示

圖11 五米障礙物時測量波形顯示