智能自动驾驶汽车必须能够感知周围环境，以便及时做出决策，确保安全行驶。对于泊车和盲点检测等短距离应用，超声波技术因其简单性和稳健性而备受青睐。最近，超声波凭借其多功能性，开辟了许多新的用例。本博客将简要介绍超声波传感器的发展历程，并结合当前和未来的应用，预测未来几年超声波传感器的应用领域。
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汽车超声波传感器简史
超声波技术常用于检测物体和发现固体材料中的缺陷，其首项专利可以追溯到上世纪30年代。一直以来，超声波通常用于检测应用，例如入侵者报警系统。
当车辆配备了更多电子设备后，汽车制造商开始设法解决驾驶过程中造成损坏的问题。早期的解决方案是将超声波传感器安装到保险杠中，并与车内的蜂鸣器结合，提醒驾驶员注意潜在的危险。后来又为蜂鸣器增加了一个屏幕，用于显示障碍物的位置。
随着超声波换能器的发展，性能有所提升，主要是提高了信噪比(SNR)和增加检测距离。性能提升后，传感技术能够用于更多安全攸关的汽车应用，例如检测盲点中的其他车辆或检测道路状况，以便在路面潮湿时调整制动。
近期，超声波传感器开始应用到车舱内部，用于检测乘客以触发安全带警告，并确保根据乘客的体型和体重来部署安全气囊，从而响应预期出台的法规。此外还可以用于监测驾驶员的警觉性、检测呼吸和心跳。
考虑到现代仪表板的复杂性，手势控制可能会变得越来越受欢迎。在相关应用中，超声波传感器追踪驾驶员手部的动作，并将其作为输入信号，以类似于按压开关或转动旋钮的方式来操作车辆。
安森美(onsemi)的超声波传感器解决方案
自2007年以来，安森美一直是向各大汽车主机厂提供泊车辅助和自动驾驶专用超声波传感器接口的市场领导者。与压电超声波换能器和一些附加电路相结合时，安森美的NCV75215超声波传感器可提供基于飞行时间(ToF)的距离测量。
该系统的优势在于能够在泊车或执行短距离低速行驶时识别障碍物。在电路和换能器允许的情况下，这个非常灵敏的设备可以检测0.25米至4.5米范围内的标准75毫米杆。
图1：包含多个传感器的用例
如需全面评估芯片在泊车（或其他类似）应用中的性能，设计人员可以向安森美申请NCV75215R1GEVK超声波泊车辅助套件。该评估套件基于先进的图形用户界面(GUI)，操作简单，可对原型进行全面评估和详细调试。评估套件(EVK)内有一个EEPROM，用于保存重要的用户数据以及配置设置。该芯片支持全面访问，并且可以通过GUI调整接收(Rx)增益和发送(Tx)电流等关键参数。
未来趋势和创新
随着超声波技术的进步和消费者期望的提高（尤其是在汽车领域），创新应用正在不断涌现。很多人预计，这个领域的变革速度将会加快。
例如在4D传感中，微机电系统(MEMS)麦克风与超声波传感器并排放置。MEMS麦克风能够接收超声波信号，并检测其他声音，包括车辆接近的噪音。一个重要的用例是识别紧急车辆的警报声，警告需要采取适当的行动。
其所面临的挑战包括积聚的灰尘和湿气会导致超声波传感器和前置摄像头的性能下降。而近期有些创新设计在传感器组件中加入了压电装置，使传感器能够高频振动。事实证明，这可以去除雨滴、一般污垢和积冰，确保安全攸关的传感器正常运行。
环境问题促使行业转向电力推动，了解牵引电池的充电状态和健康状况至关重要。这通常需借助电压和电流测量来实现，但这种方法存在局限性。安装在电池内部的超声波换能器可以高度准确地指示电池的充电状态(SoC)和健康状况(SoH)。
结论
数十年来，安森美一直是汽车市场超声波技术的领导者，致力于提供多种解决方案以及设计工具，如评估套件等。尽管超声波测距技术历史悠久，但车辆如今越来越注重于检测附近的物体，该技术正在经历一场复兴。
最近，这种趋势已扩展到车载应用以及工业应用领域，以进一步提高安全性。汽车领域创新步伐持续加快，目前正向更高水平的ADAS和自动驾驶不断迈进，未来，超声波技术有望提供更高的性能，并扩大在工业领域的应用范围。
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