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技術干貨 | 在自動泊車應用中,雷達為什么優于超聲波

2025China.cn   2022年04月01日

  隨著汽車原始設備制造商開發自主性更高的車輛,自動泊車技術也在不斷發展。這些泊車系統包括泊車輔助(仍然需要駕駛員參與)和自動泊車(可以免手動操作)。

  當今的汽車泊車系統大多使用超聲波和攝像頭傳感器。超聲波傳感器的工作原理是發出高頻聲波,被其路徑中的物體反射。傳感器通過測量從發射到接收所用的時間來測量附近物體的距離。但是,超聲波和攝像頭技術確實有一定的局限性,會受到以下因素的制約:

  ● 如泥土和霧這樣的環境條件

  ● 最小和最大探測距離

  ● 水平和垂直視場窄

  ● 成本

  即將推出的自動泊車系統可受益于 TI 經濟高效的毫米波 (mmWave) 雷達傳感器,即使在惡劣的環境條件下也能實現有效的 360 度全景環視。此外,毫米波雷達技術還可提供重要的環境信息,例如附近物體的距離、速度和角度。

雷達傳感器可在各種環境下使用

  可靠性是其他傳感技術(如超聲波、電容和攝像頭系統)的主要缺點。水、泥土、碎屑、霧、雪以及弱光或強光會影響其他傳感技術的效果,但不會影響毫米波雷達。雷達可在各種環境條件下正常工作。此外,雷達不需要非金屬保險杠切口,在保持汽車美觀的同時也保護了雷達傳感器。

在自動泊車應用中,雷達為什么優于超聲波

  相比其他傳感技術(如超聲波傳感器),毫米波雷達可以檢測到更遠的物體。雷達傳感器不是發射聲波,而是產生無線電波:無線電波的波長在電磁波譜中最長。這些無線電波被路徑中的物體反射,通過計算其頻率變化即可確定物體的距離。由于無線電波可以傳播得更遠,因此它們的探測范圍也更大。通過感應更遠距離的物體,可以檢測到停車場附近的更多物體。TI 的 AWR1843AOP 器件可以檢測最遠 50m 的物體。

  除了最大范圍限制外,超聲波傳感器還有最小范圍限制,約為 10cm 到 15cm。而 TI 的毫米波雷達可以檢測到近至 4cm 的物體,這可以幫助駕駛員在狹窄、緊湊的停車位上操縱車輛,并檢測靠近車輛的邊緣。雷達的通道帶寬與距離分辨率(即區分兩個或更多個物體的能力)成反比。AWR1843AOP 的 4GHz 帶寬與約 4cm 的距離分辨率相關。

  毫米波雷達傳感器的優勢之一是其視野寬廣。圖 1 表明超聲波傳感器的視野有限。即使在汽車周圍放置的超聲波傳感器比雷達傳感器多(通常多達 12 個),檢測方面仍然存在差距。毫米波雷達的視野覆蓋范圍更廣,可在車輛周圍實現 360 度全覆蓋,同時使用的傳感器比超聲波傳感器實施方案更少。

圖 1:超聲波與毫米波雷達系統的距離和視野比較

  其他傳感技術,如飛行時間和超聲波,可能無法檢測到遠低于或高于傳感器高度的物體,AWR1843AOP 的 140 度垂直視野能夠檢測低處物體,例如路緣、護柱、小動物和道路上的碎片。圖 2 顯示了使用 AWR1843AOP 評估模塊 (EVM) 檢測用作低高度路緣的煤渣砌塊。

圖 2:使用 TI 的 AWR1843AOP EVM

檢測用作路緣的煤渣砌塊

  由于兼具寬視野和高距離分辨率特性,它可以同時檢測和區分多個靜態物體。圖 3 顯示了雷達能夠區分表面積極小的幾種不同材料(包括木材、金屬和塑料)物體。

圖 3:檢測各種類型、尺寸和材質的多個靜態物體

AOP 技術可加快上市速度

  隨著汽車制造商和一級供應商轉為采用 77GHz 毫米波傳感器以提高在泊車時檢測物體的性能,TI 的 AWR1843AOP 毫米波雷達傳感器將天線、雷達收發器、數字信號處理器、微控制器和接口外設全部集成到一個芯片上,如圖 4 所示。將封裝集成到芯片上消除了對高頻基板材料的需求。與其他雷達傳感器相比,不使用高頻基板材料可大大降低成本和制造復雜度,同時節省約 30% 的布板空間。

  由于無需設計、模擬和表征天線性能,甚至可以加快產品上市速度。此外,TI 的軟件可在公司的 60GHz 和 77GHz 器件中重復使用和移植,從而加快多雷達系統級設計。

圖 4:TI 的 AWR1843AOP 毫米波雷達傳感器

  此外,還可以對 AWR1843AOP 進行編程,以針對多種應用重新配置同一個傳感器。例如,使用同一個傳感器實現泊車,以及在打開車門時檢測物體,甚至可以將用于盲點檢測等其他功能的現有雷達傳感器重新用于實現泊車雷達功能,從而降低整體系統成本。

  TI 毫米波雷達傳感器的優勢包括:車輛周圍 360 度全覆蓋;檢測范圍更大;可準確測量物體的距離、速度和角度。此外,AOP 技術可讓您更輕松地創建外形尺寸非常小的傳感器。TI 的 77GHz AWR1843AOP 雷達傳感器可在泊車應用中實現更靈活的檢測和更好的性能。

(文章來源:德州儀器)

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