概述
今天要介绍的是一款极其常见的传感器——超声波雷达。如果你觉得超声波雷达有些陌生，那么它还有一个更通俗的名字——倒车雷达。
在倒车入库，慢慢挪动车子的过程中，在驾驶室内能听到”滴滴滴“的声音，这些声音就是根据超声波雷达的检测距离给司机的反馈信息。
倒车雷达系统，英文全称为REVERSING / PARKING AID SUBSYSTEM ，BACK SENSOR或PACKING SENSOR，英文简称RPA。目前被各种轿车特别是高级轿车作为汽车电装品的标准配置或售后的汽车电装品主是选配品，例如：德国的奔驰（BENZ）, 宝马（BMW）、美国的别克（BUICK）、通用（GM）、以及日本的日产（NISSAN）、丰田（TOYOTA）、本田（HONDA）等均装有倒车雷达系统。
倒车雷达系统测距主要可分为超声波测距、微波雷达测距和激光测距三种。其中超声波测距（超声波倒车雷达）无论是技术难度还是产品成本都具有其他两种产品不可比拟的优势，受到了广泛的应用和推广。
倒车雷达系统的基本原理
倒车雷达系统的基本原理，是利用传感器内的超声波传感器发射出 40KHz 的超声波，由接收传感器接收经障碍物反射回来的超声波，根据超声波反射接收的时间差，由控制单元内的 CPU 处理换算成距离，并根据系统设定的距离分段发出不同的提示声及显示 (LED、LCD、VDF、TFT 等显示器，数码或颜色)提示得知车体到障碍物距离， 使驾驶者轻易避免不必要碰撞。
人耳听不到之音波频率之超音波一般定义为15KHz 以上。音速为331.4M/秒，此为计算距离、时差的基本公式虽然温湿度变化时音速会有微小变化，但对短距离使用只有误差几mm。传感器检测方式为利用超声(40KHz±2KHz)对对象发射后，有一反射波经物理原理(入射角=反射角)返回传感器探头，而控制单元利用发射 波及反射波之间的延迟时间测得距离。
超声波传感器的主要技术指标
1.在超声波传感器的种类可分为较传统的等方性传感器以及工艺水平更高的异方性传感器。所谓的等方性传感器为水平角度与垂直角度相同，异方性传感器为水平角度与垂直角度不同。等方性传感器的缺点在于垂直照射角度过大，容易探测到地，无法侦测较远的距离。异方性超声波探头产生的超声波波形强弱较不易稳定，而容易产生误报警的情况。
等方性传感器——水平角度与垂直角度相同，例：120°：120°；
异方性传感器——水平角度与垂直角度不同，例：120°：60°或120°：45°
2.传感器的侦测角度范围：
在软件设计上：采用复杂的软件滤波方法，去除干扰信号， 大幅度降低误判，与同类产品相比具有明显优势！
在硬件设计上：将发射和接收电路设计在探头内部，使抗干扰性能有了根本突破！
3.传感器的构造
传感器的内部结构：一般而言，国内目前的倒车雷达传感器大 CPU 处理换算成距离，并根据系统设定的距离分段发出不同的提示声及显示 (LED、LCD、VDF、TFT制单元利用发射波及反射波之间的延迟时间测得距离。多数使用的等方性传感器，其缺点在于垂直照射角度过大，容易探测到地，无法侦测较远的距离。而较进步的倒车雷达传感器虽然是采用异方性超声波探头，但是大多数为国内自制。而此类的异方性超声波探头在内部陶瓷共振片的焊线技术较差， 产生的超声波波形强弱较不易稳定，而容易产生误报警的情况。
传感器的内部结构关键技术突破：著名的日本 MURATA 专业传感器制造厂在内部陶瓷共振片采取独特的焊线技术，使得产生的超声波波形强弱稳定，不容易发生误报警。并且加工的工艺水平高，可使用的温度范围广。
4.传感器的性能指标
检验超声波的性能指标，通常有传感器的水平/垂直侦测范围，传感器的阻抗特性，传感器的感度温度特性，传感器的余振温度特性，传感器的响应频率与感度温度特性，传感器的电容与温度特性等。
传感器的阻抗特性
传感器的感度温度特性图
传感器的余振温度特性图
传感器的响应频率与感度温度特性图
传感器的电容与温度特性图
传感器的一般电气规格
倒车雷达技术特点
抗同频干扰技术
在倒车雷达系统中，传感器发射 40KH 的超声波，接收的主要还是 40KHz 的信号，在实际使用环境空间中会存在同频或倍频发射信号，这样如果处理不当，就会误判，影响系统的正常工作，减低系统的可靠性。一般除了采用硬件滤波外，通常还需进行软件滤波处理。以去除干扰信号，大幅度降低误判。
不侦测地面技术
超声波发射、接收器是压电陶瓷片材料，由于本身特性，发射时除在水平方向上有一定角度外，如下图：
垂直方向也有一定角度，如下图：
地面因为路面可能凹凸不平，还有石头、木块等杂物，而且还与车身负载有关，传感器与地面距离也不一样，这样传感器难免会收到地面的回波，以至产生干扰、误判。这就是所谓的照地问题。解决方法：通过与机构配合设计（如探头上仰）也可通过软件对一些关键感度值的控制使超声波在水平方向上有效地克服照地问题。
自动故障诊断技术
倒车雷达系统是一种倒车辅助系统，万一传感器的失效而驾驶员不知晓可能会给倒车带来不必要的麻烦，因此系统自检、故障提示、故障定位显示十分必要！
抗共震、耐高低温、防水技术
抗共震技术：倒车雷达系统的传感器是安装在车的保险杆上，这样传感器就和车一样经常在各种震动环境下考验， 如何使传感器能正常工作而不受颠簸影响，通常需设计一种吸震材料，它具有良好的弹性，防止与保险杆形成共震， 这样可保证倒车时超声波的发送、接收不受车体震动影响。
防水技术：橡胶套防有抗共震作用外，也兼顾防水作用，传感器毕竟长期外露于车体外，一般都采用硅填充胶防水技术以达防水作用。
耐高低温技术：汽车经常在一年四季严寒酷夏、白天黑夜不同温度下使用，所以倒车雷达系统的各部件也需能应经得起这一温差变化无常的温度考验，否则，其产品寿命率远远减低。根据这一情况，设计中所选元器件，甚至塑料外壳都应可受温度都在-40℃～85℃范围内，个别甚至可达-55℃～125℃。
倒车雷达与超声波传感器的电气特性演进
超声波雷达的技术方案，一般有模拟式、四线式数位、二线式数位、三线式主动数位，其中其三种在信号干扰的处理效果上依次提升，但依然存在。在技术难度、装配以及价格上各有优劣，总体呈递进趋势。
在一般市售加装件仍多采用模拟式倒车雷达系统，其优点为产品成本价格低廉；但是其缺点在于超声波传感器容易受外界噪声干扰容易产生误报警。
进步的汽车厂均已采取数位式倒车雷达系统，其作法为将讯号的放大回路以及传感器的驱动回路放置于传感器中，其优点在于不易于受外界噪声干扰，并且讯号传输线可采用一般线组。但是一般工艺水平只能将讯号源以及传感器驱动回路电源分开并且多数采取四线式做法。
以下为各种倒车雷达系统的系统方块略图：
模拟式倒车雷达，如附图
工作方式 ：如上图，传感器只负责发射和接收信号，并没有进行太多的信号处理，这样弱的信号经一定长度的导线传输到 ECU 处理。
缺点：传感器接收到的弱小信号，很容易在传输过程中受到干扰及线上的损耗，虽然用屏蔽导线来传输能有一定改善效果，但成本增加了，改善的效果相当有限，传输过程引入的微小干扰就会降低了输入信号的信噪比，造成系统侦测感度不稳定，同时发射时 100V 高的电压在线上传输，会造成其它电器的干扰（如车载收音机）；这种方案抗干扰性和产品互换性差。
优点：成本低
四线式数位倒车雷达，如附图：
工 作 方 式 ：将 信 号 的 发 射 信 号 、接 收 信 号 、传感器的工作电源、电源/信号公供地分开传输到传感器内部，回波的放大（1 万倍以上）处理直接在 SENSOR 内部完成。
优点：从传感器到 ECU 的信号实现了数字化，极大地减少了被干扰的可能，抗干扰性能大幅度提升。
缺点：科技含量小，增加车身线束，给售后装配带来一定困难。
二线式数位倒车雷达，如附图：
工作方式：在四线式基础上转化过来的，它集供电、发射、接收信号于一体共用一条传输线，将供电、发射、接收的信号在传感器内部转化为数字信号，并进行放大后送至主机 ECU 处理。
优点：优化线束的使用量，大幅度减少车体线束及接插件使用量，减低成本，使连接更加优化，产品抗干扰性和互换性都很好；技术难度高、含量高。
缺点：传感器接收的信号仍需通过传输线传至主机进行整形和运算处理，信号传输存在受干扰可能性。
三线式主动数位倒车雷达，如附图：
工作方式：每个倒车雷达传感器内部带有 CPU，独自完成信号的发射接收及数据处理，主机通过一条通讯线与传感器进行命令、数据传输。主机完成如声音报警、指示灯及档位等外围信号的控制和采集。三线分别为电源正极、电源地、信号线。
优点：基本上不存在信号在传输上的干扰及损失。具有非常好的 EMC 及 EMI 性能。传感器通过 CPU 可以及时各自地对各种信号进行处理和运算，并对检知器（超声波传感器本体） 进行控制，从而取得非常精准的信号和判断。
优点：优化线束的使用量，大幅度减少车体线束及接插件使用量，减低成本，使连接更加优化，产品抗干扰性和互换性都很好；技术难度高、含量高。
缺点：传感器接收的信号仍需通过传输线传至主机进行整形和运算处理，信号传输存在受干扰可能性。
优点：从传感器到 ECU 的信号实现了数字化，极大地减少了被干扰的可能，抗干扰性能大幅度提升。、缺点：科技含量小，增加车身线束，给售后装配带来一定困难。
低调的巨头：博世、法雷奥
超声波雷达模组的主要生产商有博世、法雷奥、日本村田、尼塞拉、电装、三菱、松下、台湾同致电子、深圳航盛电子、深圳豪恩、辉创、上富、奥迪威等。传统的超声波雷达多用于倒车雷达应用，这部分市场基本被博世、法雷奥占据，国内厂商很多，但能进前装市场的寥寥无几。
博世公司还有超声波雷达、倒车雷达、半自动泊车、全自动泊车，超声波雷达增加整个探测范围，提高刷新时间，每一个超声波雷达有一个代码，避免超声波雷达有噪音，可以更加精准。第六代超声波雷达可以很好的识别第五代产品无法识别的低矮物体。博世车用超声波传感器的检测范围为20~450厘米。
法雷奥的超声波雷达已经有十年的量产经验，短距超声波雷达覆盖范围为（2-4m）。其最新一代的自动泊车系统Park4U，就是基于超声波雷达，有平行与转角的两种泊车模式。 车身前后只需留出40厘米的空间，该系统就能够自动完成泊车过程。其客户有路虎、起亚、大众途安等众多OEM厂商。
同致电子主要生产有汽车倒车雷达、遥控中控、后视摄像头、智能车内后视镜等产品，是国内各大汽车厂（如上海通用、上海大众、东风日产、上海汽车、神龙汽车、奇瑞汽车、吉利汽车、福特汽车等）的供应商，也是目前亚洲倒车雷达OEM市场第一供应商。
广州奥迪威是一家成立19年的公司，UPA超声波传感器为奥迪威主营产品之一，2017年奥迪威销售超声波传感器近3000万支，中国汽车市场占有率达到近三成，全球汽车倒车雷达传感器市场占有率约9.59%。
由于超声波雷达是2B的生意，因此公开渠道并没有太多的信息纰漏，供应商与客户之间都是直接提供解决方案。
总结
由全文的系统介绍可以看出，超声波倒车雷达技术成熟，成本相对低廉， 发展迅猛。业内人士表示，超声波雷达在技术原理上本身没有太大的难度，国内外厂商之间的差距，主要在于传感器实现上的稳定性和可靠性。在这方面，国产厂商还有更长的路要走，积累经验。
可以预见，未来超声波倒车雷达将得到更加普遍性的推广应用。其技术也将更趋向智能化、人性化。
