超声波雷达作为一种基于声波反射原理的非接触式传感设备，凭借其结构简单、成本低廉、对障碍物识别灵敏等优势，在智能驾驶领域得到了广泛应用。本篇文章简单介绍超声波雷达原理、分类、安装、特性及其应用。

工作原理

超声波雷达的核心原理基于超声波的发射、传播与反射特性，通过计算声波往返时间实现距离测量，整体工作流程可分为四个关键步骤：

超声波发射：雷达内部的压电换能器（核心部件）在电信号激励下发生机械振动，产生频率高于20kHz的超声波（人耳无法感知，且传播方向性强、能量集中），并向目标区域定向发射。
声波传播与反射：超声波在介质（空气、液体等，汽车领域主要为空气）中传播，当遇到障碍物时，部分声波会被反射形成回波，剩余声波则被障碍物吸收或穿透。
回波接收：反射回波作用于压电换能器，使其产生机械振动并转化为电信号，完成“声-电”逆转换，雷达控制器对该电信号进行滤波、放大等预处理。
距离与信息计算：根据超声波在介质中的传播速度和发射到接收的时间差（Δt），通过公式距离（d）= 传播速度（v）× 时间差（Δt）/ 2计算出雷达与障碍物的距离。

超声波传播速度受介质温度、湿度影响较大，实际应用中需通过温度补偿算法修正误差，确保测量精度。

安装要点

超声波雷达的安装质量直接影响探测精度与稳定性，需重点关注安装位置、角度、间距及环境适配：

1、UPA安装于前后保险杠，APA安装于车门或翼子板，均采用隐藏式设计——在车上的外观即为保险杠或车身侧面的小圆点（下图黄色箭头标注位置），既不破坏车身美观，又能避免探头磕碰。

安装间距上，后向UPA建议20-30cm均匀分布，覆盖后方120°-150°；前向UPA间距可扩至30-40cm，覆盖前方100°-120°；侧方APA间距根据车身长度调整，重点覆盖侧方盲区。

2、UPA雷达探头需与地面呈5°-10°倾角，既避免地面反射波干扰（减少误报），又能覆盖低矮障碍物（如路沿石）。侧向APA需垂直于车身安装，垂直度误差不超过 ±2°，确保侧方探测范围左右对称，避免单侧盲区过大。

3、探头表面需保持清洁，避免油污、灰尘覆盖影响声波传播；安装处需做好密封处理，防止雨水、泥沙渗入内部电路，导致故障。同时，需避开高温区域（如发动机附近），避免压电换能器性能衰减。

4、安装完成后，需通过专用设备校准雷达的探测角度与距离精度，消除安装误差导致的误报、漏报。部分车型支持自动校准，部分需手动调试，确保雷达与车载控制系统协同工作。

尽管UPA和APA在探测距离、探测形状上差异显著，但二者可通过同一套数学模型描述状态。描述一个超声波雷达的状态需四个核心参数，具体信息如下表所示：

优势	成本低廉：相较于激光雷达、毫米波雷达，结构简单、核心部件（压电换能器）量产成本低。
	障碍物识别灵敏：对非金属障碍物（如行人、塑料、布料）反射效果优于毫米波雷达，且能精准识别低矮障碍物（路沿石、台阶），弥补视觉传感器盲区。
	不受光线影响：无需依赖光线条件，白天、黑夜、雨天、雾天等复杂天气下均能稳定工作，环境适应性强。
	实时响应快：传播速度稳定，往返时间计算简单，响应时间可控制在毫秒级，满足低速场景（泊车、低速防撞）实时检测需求。
局限性	温度敏感（核心误差来源）：传播速度与温度强相关，近似公式为C = C0 + 0.607 × T（C0=332m/s，T为环境温度℃）；同一障碍物在不同温度下测量距离有差异，需通过保守计算或温度修正提升精度。
	无法精确描述障碍物位置：仅返回探测距离数值，无法区分方位（如A、B两处等距障碍物，单个雷达无法判定具体位置），需多雷达协同弥补。
	探测距离有限：受声波衰减影响，有效探测距离通常不超过10m，无法满足高速场景需求，需与其他雷达配合使用。

单个超声波雷达测量障碍物时，仅能确定障碍物位于以雷达为圆心、探测距离为半径的圆上（即“距离圆”），无法区分圆上不同方位的点。而多个雷达组合时，通过采集不同位置雷达与障碍物的距离数据，形成多个距离圆，其交点即为障碍物的具体位置，核心分为两步：

双雷达基础定位：在车辆坐标系内（以车头为X轴正方向、车身中线为Y轴），布置两个位置已知的雷达（如前保险杠左侧UPA与右侧UPA）。假设雷达A坐标为(x₁,y₁)、探测距离为d₁，雷达B坐标为(x₂,y₂)、探测距离为d₂，通过求解两个圆的方程（(x-x₁)²+(y-y₁)²=d₁²、(x-x₂)²+(y-y₂)²=d₂²），即可初步确定障碍物位置。
多雷达优化定位：实际车载场景中（如8个UPA+4个APA组合），新增雷达可形成更多距离圆，通过多圆交点迭代验证，进一步缩小定位误差。同时，结合最小二乘法对多组距离数据进行拟合优化，可抵消温度、噪声带来的测量偏差，提升定位精度至厘米级，满足自动泊车等场景需求。

应用场景	功能描述	核心作用
倒车辅助（PDC）	车辆倒车时，向驾驶员提示后方障碍物距离	实时探测车尾与障碍物的距离，通过蜂鸣或中控屏显示预警，距离越近蜂鸣频率越高
自动泊车（APA/RPA）	系统自动完成车位识别、路径规划与车辆控制	1. 扫描车位两侧及后方的障碍物，判断车位尺寸是否符合泊车条件；2. 泊车过程中实时监测车身周围障碍物，修正行驶轨迹；3. 完成泊车后确认车身是否完全入库
低速紧急制动（AEB-L）	车辆低速行驶（≤15km/h）时，识别前方障碍物并自动刹停	探测车头与前方障碍物（如行人、石墩、低矮物体）的距离，当距离低于安全阈值时，触发制动信号，避免碰撞

超声波雷达作为智能驾驶应用中成本最低的传感器之一，它的价值远未被完全开发——从基础的倒车提醒到高阶的自动泊车、高速辅助，其适配场景仍在持续拓展。

参考：

https://zhuanlan.zhihu.com/p/35177313

文章转载自公众号：小白学智能驾驶

原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/Nb9zHikAHAvvPmBQWLJSyQ