倒车雷达培训ppt课件

倒车雷达介绍 时间 10 13汇报人 1 倒车雷达的性能要求 2 倒车雷达是一种安装在汽车前 后保险杠上的电子侦测系统 采用超声波检测技术 当驾驶汽车前进或倒退在狭窄的车位泊车时 通过声音和提示可知车后是否有不明障碍物距离及远近 从而辅助驾驶员安全 轻松地倒车 避免碰撞 1 倒车雷达 ParkingDistanceControl 3 2 倒车雷达的结构 倒车雷达由超声波传感器 俗称探头 控制器和显示器 或蜂鸣器 等部分组成 4 1 探头 探头装在后保险杠上 根据不同价格和品牌 探头有二 三 四 六只不等 分别管前后左右 探头以45度角辐射 上下左右搜寻目标 它最大的好处是能探索到那些低于保险杠而司机从后窗难以看见的障碍物 并报警 如花坛 蹲在车后玩耍的小孩等 安装在汽车后保险杠上 前4后4 前2后4 2个 5 6 2 显示器 倒车雷达的显示器装在后视镜上 它不停地提醒司机车距后面物体还有多少距离 到危险距离时 蜂鸣器就开始鸣叫 让司机停车 挡位杆挂入倒挡时 倒车雷达自动开始工作 测距范围达1 5米左右 故在停车时 对司机很实用 7 8 1 超声波 超声波是指超过人的听觉范围以上 20kHz以上 的声波 它具有频率较高 沿直线传播 方向性好 绕射小 穿透力强 传播速度慢 约340m s 等特点 当其在阳光下不透明的固体内传播 可穿透几十米的深度 超声波遇到杂质或分界面时会产生反射波 利用这一特性可构成探深或测距 由此可制成测距系统 3 倒车雷达原理介绍 9 s 1 2ct式中 c 超声波声速 声速c与温度有关 如下图所示 超声波探测脉冲串与回波脉冲波形 10 11 传感器发出一束短促的超声波脉冲 当脉冲遇到障碍物时就会发生反射 传感器将会收到反射回波 超声波在常温下 空气中传播速度是一定的 约为340m s 接收器内CPU根据发射与接收波之间的时间间隔 计算出传感器与障碍物之间的距离 然后经过计算处理 判断出反射回波是由哪一个传感器接收到的 并根据不同距离 发出缓急不同的报警声 倒车雷达基本原理 12 倒车雷达基本特性 1 物体反射面积越大 反射回波越强 探测距离较远 反之较近 2 物体位置处于正对传感器中心线上反射波最强 探测距离较远 反之较近 3 物体反射面越是正对传感器 区别于上2 反射波越强 探测距离较远 反之较近 光滑平面物体方向感尤其显著 某些特定角度时 即便障碍物较大 距离较近也可能探测不到 超声波被反射到别处了 导致没有超声波返回到传感器 13 4 多角度反射面 弧面 粗糙面方向感不显著 多方向都可能探测到 但反射波弱 这对探测产生影响 导致某些情况下可能发生误报 5 物体的材质越硬反射波越强 反之较弱 6 环境温度 空气湿度 气压等因素都会对探测距离产生一定影响 空气湿度大 信号强 温度的影响随传感器参数而定 7 传感器如果靠近超声波干扰源如 喷漆 制冷剂灌装设备 气动工具出气口 以及强声波干扰源如 大功率连续冲击设备 大功率强排风电扇 强电波干扰源等 都可能会出现误报或迟钝现象 14 8 倒车雷达鸣叫提示的距离指最近一个物体的距离 9 物体距传感器很近时启动倒车雷达 25cm 有可能探测不到或产生误差 10 当物体高度较低 在远距离时可能探测到 近距离却探测不到 如路牙子等 11 如果车尾后方是斜坡 是下坡就有可能探测不到低矮的物体 是上坡就有可能测到地面产生误报 12 有时会出现一会鸣叫提示近距离 一会又鸣叫提示远距离 尤其在室内 这是因为同时探测到了两个以上的物体 且近距离物体体积小 远距离障碍物体积较大 产生的回波强度差不多所致 15 4 技术要求 A 倒车雷达控制单元工作电流 200mA Max 额定电压 12V工作电压 9V 16V工作温度 30 80 储存温度 40 85 4 1倒车雷达系统的性能要求 技术协议 B 倒车雷达传感器额定电压 12V工作电压 9V 16V工作温度 40 80 储存温度 40 85 工作频率 58KHz 1 5KHz 例 最远探测距离 1 5m 50cm 50cm木质平板 1m 75mmPVC管 探测角度 水平80 10 垂直34 5 例 C 倒车雷达线束建议线束要求 电源搭铁点需要模块和探头共用一个搭铁点 16 4 2功能说明上电与通讯 系统通过IGN电源供电 通过CAN总线取得倒车信号及车速信号做为系统检测信号 系统自检 系统上电后会自动检测各个传感器是否正常 自检之后将系统状态通过CAN总线发送给仪表和MP5 自检后若系统故障则CAN总线持续发送故障数据2s 若自检系统合格则CAN总线发送自检数据500mS 之后系统转为正常测距 雷达开启条件1 档位为空挡或前进档 车速小于15Km h时 驻车雷达工作 车速大于15Km h 驻车雷达停止工作 当车速再次降到10Km h时 驻车雷达开启工作 雷达开启条件2 系统检测到倒车信号 驻车雷达及倒车雷达同时工作 此时不判断车速 倒车信号退出 倒车雷达停止工作 报警和显示 控制模块探测到距离信号后 通过CAN总线端口将数据传输给仪表和MP5 仪表根据接收到的信号控制蜂鸣器以不同频率鸣叫 MP5显示出倒车障碍物的方位和距离 提示驾驶员安全倒车 系统配置 系统通过下线诊断确认探头配置数量 系统默认配置4探头 17 4 3工作电压范围内系统灵敏度稳定在系统的工作电压范围9V 16V内 各传感器的接收灵敏度需要保持基本不变 不能因为电压升高而引起灵敏度增加或降低 也不可以因为电压降低而引起灵敏度增加或降低 4 4故障检测系统在通电启动时要有初始检查功能 检查完成后通过总线将数据传递给仪表 由仪表显示故障提示 4 5防误作动要求倒车雷达系统遇到以下障碍物 不能发生误作动报警或者不报警 铁丝 绳索 网墙等细的物体 在凹凸的道路 草丛中行驶或停车时 装有并使用高频输出的无线电或天线时 像岩石等低矮的物体 松软的雪 棉 海绵等容易吸收超声波的物体 其它车的喇叭声 摩托车的发动机声音 发出气体的制动声等物体接近的时候 传感器上沾有雪或者泥等 覆盖了传感器时 传感器上溅有水滴等结冰在上面时 在果冻状的雪中或雨中行驶时 有金属撞击音干扰时 在同频环境中 18 1 标准障碍物定义 滚地测试 标准障碍物为直径30mm 长1m的PVC管 测试用10cm 10cm的单元格为基本测试单元 4 6系统探测要求 水平测试 标准障碍物为直径75mm 长1m的PVC管 50cm 50cm木质平板 图4 障碍物定义 图5 障碍物定义 19 4 6系统探测范围 2 水平探测范围 图5系统后方探测范围 图6系统前方探测范围 20 3 垂直方向探测要求 以30mmPVC管滚地不报警 21 倒车雷达整车水平方向测试采用标准网格图 此部分和以上两个部分 他们之外的部分不能有探测覆盖点 L表示最远探测报警距离 W表示为车体宽度 注 此探测性能要求可依两个 三个 四个探头的布置情况 根据不同机种的安装条件 探头覆盖区域由产品工程师确认 此部分和以上两个部分 他们之外的部分不能有探测覆盖点 22 5 电控模块介绍 图1倒车雷达系统框图 23 驻车雷达配置端口电路为低输入电路 二极管D1是为了避免车上大电流信号由开关进入 从而烧坏内部系统 选取R25 R26是为了满足 的输入 脚需要的电压 电容C22为滤波电容 滤除干扰脉冲 以确保CPU稳定工作 当外界端口接地时 CPU检测到低电平信号 当外界端口处于悬空状态时 CPU检测到高电平信号 5 1硬件部分 倒车信号模块 24 超声波发射与回波接收电路的主要作用是提高驱动超声波传感器的脉冲电压幅值 有效地进行电 声转换 增大超声波的发射距离 并通过收发一体的超声波传感器将返回的超声波转变成微弱的电信号 超声波发射与回波接收电路如图2所示 驱动电压峰一峰值要求60 150V CD4052是双路四选一模拟开关 单片机的P3 4和P3 5端口输出选通信号 单片机的P3 3端口输出一串40kHz的脉冲电压 通过CD4052的X路加到选通的开关三极管Q1基极 经脉冲变压器T1升压至100VP P左右 驱动超声波传感器EFR40RS发射超声波 发射时的脉冲电压幅值大小直接影响测距的远近 应采用超声波专用的脉冲变压器 反射回的超声波经原收发一体封闭型超声波传感器变成毫伏级的一串脉冲电信号 由于回波电信号的幅值小 VD3和VD4二极管截止 该信号不会通过T1变压器副边线圈形成短路 VD1和VD2二极管也截止 所以回波电信号经R1和C1 通过CD4052的Y路送到超声波电信号放大与整形电路 R1和VD1 VD2组成双向限幅电路 避免发射时的大信号造成超声波放大与整形电路阻塞 甚至损坏电路 25 超声波电信号放大电路采用集成电路CX20106A构成 CX20106A是日本索尼公司生产的红外遥控信号接收集成电路 通过外部所接电阻 将其内部带通滤波电路的中心频率f0设置为40kHz 就可以接收放大超声波电信号 并整形输出负脉冲电压 超声波测距应用电路图如图3所示 1脚是超声波电信号输入端 2脚与地之间连接RC串联网络 是内部前置放大电路负反馈网络的组成部分 电阻R5的数值确定前置放大电路的增益 R5电阻值减小 负反馈减弱 放大倍数增大 反之 则放大倍数减小 3脚与地之间连接检波电容C3 适当改变电容C3的大小 可以改变超声波电信号放大和整形电路的灵敏度和抗干扰能力 C3电容量大 灵敏度低 抗干扰能力强 C3容量小 灵敏度高 抗干扰能力弱 易造成误动作 5脚与电源间接入一个电阻 用以设置内部带通滤波电路的中心频率f0 当R6 200k 时 f0 40kHz 6脚与地之间接一个积分电容 标准值为330pF 如果该电容值取得太大 会使探测距离变短 7脚是电路集电极开路输出端 R7是该引脚的上拉电阻 集成电路CX20106A无信号输入时 7脚输出高电平 当输入的超声波电信号经放大 整形后 7脚输出一个负脉冲电压 26 主程序 本系统有四路测距通道 采用分时工作 按后左一后左中一后右中一后右顺序循环测距 每一路发射超声波后的等待外部中断时间应大于超声波在最大有效探测距离内往返时间 所以按最大有效探测距离可以估算出最短的循环间隔时间 因为超声波在空气中传播能量会不断衰减 所以超声波测距存在最大有效探测距离 这最大有效探测距离与多种因数有关 与超声波传感器性能的好坏 与驱动超声波传感器的脉冲电压幅值 功率 的大小 障碍物大小和形状 障碍物吸波特性以及反射波与入射波之间的夹角 与超声波放大和整形电路的灵敏度等有关 设定最大有效探测距离为8m 收发一体封闭型超声波传感器比较难达到 实际上也没有必要探测很远的障碍物 只是设计留有裕量 由于显示位数有限 也必须对最大探测距离做限制 则循环工作的间隔时间Tm 2S C 2 8 346ms 加上避免接收超声波传感器余振的延时和程序执行时间 留足裕量 设定Tm 56ms 27 2T0中断服务程序T0中断服务程序流程图如图6所示 每隔56ms分别按后左 后左中 后右中 后右顺序选通下一路超声波发射与回波接收电路 调用超声波发生子程序 送出10kHz的超声波脉冲电压 定时器T1开始计时 定时器T0开始定时56ms 使每路工作56ms 为了避免接收到超声波传感器余振的直射波产生的中断申请 延时2 8ms后 才允许外部中断0中断 等待接收返回的超声波信号 所以 最小探测距离 盲区 Smin Ct 2 346 0 0028 2 0 48m 四路探测处理完毕 将四路中最小值送入显示缓冲区 若在四路探测中有些路在有效探测范围内发射的超声波未遇障碍物 无返回波 外部中断0不产生中断申请信号 或者是进入探测盲区 外部中断0产生的中断申请不被受理 则定时器T1计时到定时器T0产生中断 28 3外部中断0服务程序 外部中断O服务程序流程图如图7所示 单片机一旦接收到返回超声波信号 即INT0引脚由高电平跳变为低电平 立即进入外部中断0服务程序 首先停止定时器T1计时 禁止外部中断0中断 然后将定时器T1中的数N 也即将超声波往返所用的时间N 单位 s 按式S CT 2 346xN 10 6 2 173 N 10000计算 即得被测物的距离 单位 cm 29 对于没有配置前探头的倒车雷达系统 一般是使用倒车档给系统供电 并激活系统 对于配置了前探头的倒车雷达系统 系统的激活方式如下 倒车雷达模块由点火开关信号IGN供电 当倒车档接通时后探头 前探头均开始工作 没有接通倒车档时 当车速较低则启动前探头 需要提供车速的信号给雷达模块 5 3系统激活 30 5 4工作时序图 探头的工作时序示意图如下 探头的工作过程描述如下 发射超声波之前 先对探头进行充电 使探头内部的电路获得能量 T1时刻充电结束 充电结束后 发射20个40KHz的超声波 占空比50 T2 T3时间段为探头的余震时间 最大1 5ms 25 时 如果探测到障碍物 控制器将在T4时刻接收到回波信号 31 5 5显示方案的定义 注 l5位数码显示 显示距离单位为cm 显示分辨率5cm l第一个字母表明了最近障碍物是在前面还是后面 分别用F和R指示 l第二个字母表明了最近障碍物是在左侧 中间还是右侧 分别用L C和R进行指示 l由于后探头共4个 当后面中间两个任何一个探头探测到障碍物为最近时 第二个字母均显示C l最后3个数码管显示了探头到障碍物的最近距离 l当距离小于一定值时 35cm 后3个数码管显示 P l故障提示 当任何一只或多只探头通道故障时 后3个数码管显示 ERR 故障时声音提示间隔频率1Hz 32