智能自動駕駛汽車必須能夠感知周圍環境，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用，超聲波技術因其簡單性和穩健性而備受青睞。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展歷程，并結合當前和未來的應用，預測未來幾年超聲波傳感器的應用領域。

汽車超聲波傳感器簡史

超聲波技術常用于檢測物體和發現固體材料中的缺陷，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用，例如入侵者報警系統。

當車輛配備了更多電子設備后，汽車制造商開始設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，并與車內的蜂鳴器結合，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，傳感技術能夠用于更多安全攸關的汽車應用，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整制動。

近期，超聲波傳感器開始應用到車艙內部，用于檢測乘客以觸發安全帶警告，并確保根據乘客的體型和體重來部署安全氣囊，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，手勢控制可能會變得越來越受歡迎。在相關應用中，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，以類似于按壓開關或轉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導者。與壓電超聲波換能器和一些附加電路相結合時，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。

該系統的優勢在于能夠在泊車或執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，這個非常靈敏的設備可以檢測0.25米至4.5米范圍內的標準75毫米桿。

如需全面評估芯片在泊車（或其他類似）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試。評估套件(EVK)內有一個EEPROM，用于保存重要的用戶數據以及配置設置。該芯片支持全面訪問，并且可以通過GUI調整接收(Rx)增益和發送(Tx)電流等關鍵參數。

未來趨勢和創新

隨著超聲波技術的進步和消費者期望的提高（尤其是在汽車領域），創新應用正在不斷涌現。很多人預計，這個領域的變革速度將會加快。

例如在4D傳感中，微機電系統(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，警告需要采取適當的行動。

其所面臨的挑戰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。事實證明，這可以去除雨滴、一般污垢和積冰，確保安全攸關的傳感器正常運行。

環境問題促使行業轉向電力推動，了解牽引電池的充電狀態和健康狀況至關重要。這通常需借助電壓和電流測量來實現，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(SoC)和健康狀況(SoH)。

結論

數十年來，安森美一直是汽車市場超聲波技術的領導者，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，該技術正在經歷一場復興。

最近，這種趨勢已擴展到車載應用以及工業應用（如自動機器人和自動導引車等）領域，以進一步提高安全性。汽車領域創新步伐持續加快，目前正向更高水平的ADAS和自動駕駛不斷邁進，未來，超聲波技術有望提供更高的性能，并擴大在工業領域的應用范圍。