汽车环境感知部件装调与标定课件 项目2：超声波雷达的装调与故障诊断

超声波雷达的工作原理主讲老师：XXX项目2：超声波雷达的装调与故障诊断01学习情境LearningSituation02学习目标LearningObjectives03资料收集DataCollection06课堂总结Summary目录05课堂练习Afterclasstraining04思政专栏IdeologicalandPoliticalColumn学习情境LearningSituationPART01学习情境一位客户开车到4S店进行维护保养，你在检查过程中，发现车辆前方的超声波雷达被杂物堵住了，没有办法探测到物体，需要进行更换。但是客户却认为只是车辆上方的一些小圆点，无需处理。经理安排你给客户解释这些圆点的来源、工作原理及作用，你作为一名技术员，需要向客户讲解超声波雷达的定义和工作原理，以及它在智能网联汽车上的应用。超声波雷达安装位置学习目标LearningObjectivesPART02学习目标素养目标1.提高职业素养，注重职业道德教育。2.激发学生积极学习汽车新技术、新工艺，适应行业发展需求。3.鼓励学生发挥创新思维，探索超声波雷达的新用途和改进现有技术的方法。1.能叙述超声波雷达的定义和组成；2.能解释超声波雷达系统的工作原理；3.能概括超声波雷达的特点、参数和技术要求；4.能区分出超声波雷达的类型和作用；5.能举例说明超声波雷达的应用场景。知识目标资料收集DataCollectionPART03一、超声波雷达概述声音的传播声波是声音的传播形式，属于机械波的一种。它是由物体（声源）振动产生的压力波，依靠介质（如空气、水或固体）震动传递。一、超声波雷达概述声波频率界限图按照声波频率高低来进行划分，声波可以分为次声波、可闻声波和超声波。1.声波的分类一、超声波雷达概述次声波、可闻声波和超声波（1）次声波：次声波是频率小于20Hz的声波，人耳不可听到，常用于地震探测，海洋探测等领域。（2）可闻声波：可闻声波是指频率为20Hz～20kHz的声波，能够被人耳听见的声波，是日常生活中最常见的声波。（3）超声波：超声波是指频率大于20kHz的声波。人耳不可听到，但可用于工业检测、医疗和汽车等领域。1.声波的分类一、超声波雷达概述超声波雷达超声波雷达是指利用超声波(频率为20kHz至100kHz的声波)测算距离的雷达传感器装置，通过发射、接收特定频率的超声波，根据时间差测算出障碍物距离，当距离过近时触发报警装置，发出警报声以提醒驾驶员。2.超声波雷达的定义二、超声波雷达的组成超声波雷达探头超声波雷达探测模块主要功能是发出和接收超声波信号，然后将信号输入到主机里面，通过显示设备显示出来。1.探测模块二、超声波雷达的组成超声波雷达控制器控制模块负责对接收头接收到信号进行处理，计算出超声波雷达与障碍物之间的距离，再与显示模块进行通信。2.控制模块二、超声波雷达的组成超声波雷达显示器显示部分（显示器或蜂鸣器）是接收主机传输的警报信息或距离信息，并根据设定的距离值，提供不同级别的距离提示和报警信息的设备。3.显示模块三、超声波雷达的工作原理超声波雷达的工作原理框图（1）信号发射：由控制器控制脉冲调制电路产生一定频率的脉冲，脉冲调制电路驱动超声波雷达发射器，向特定的方向发射超声波。（2）信号接收：在发射超声波信号的同时，计数器开始计数，超声波在空中传播遇到障碍物时撞击障碍物表面时反射回来。三、超声波雷达的工作原理超声波雷达的工作原理框图（3）信号处理：接收电路接收到超声波信号后，将其转换成电信号，并传输至控制器进行数据处理。根据公式：L=vt/2L：超声波雷达到反射物表面的距离v：空气中的超声波传播速度t：发射到接收所需传播时间因此只要能测出传播时间，即可求出距离。四、超声波雷达的类型按照超声波雷达的构造分类，超声波雷达可分为较为传统的等方性传感器超声波雷达以及技术水平更高的异方性传感器超声波雷达，两者之间最大的区别在于超声波雷达的水平探测角与垂直探测角是否相同。1.按照传感器的构造分类种类水平角度垂直角度等方性传感器120°120°异方性传感器120°60°120°45°四、超声波雷达的类型两种雷达的特点和优劣势对比如下：1.按照传感器的构造分类四、超声波雷达的类型（1）超声波驻车辅助（UPA，UltrasonicParkingAssistant）2.按照用途分类UPA：频率较高，为58kHz，探测到的距离较短，范围约为15～250cm，安装在车辆前后保险杠上，用于测量车辆前后障碍物的距离，一般前后保险杠各装配4个。UPA安装位置四、超声波雷达的类型（2）自动泊车辅助（APA，AutomaticParkingAssistant)2.按照用途分类频率较低，为40kHz，但探测到的距离较长，检测范围为30～500cm，覆盖范围较广，方向性强，传播性能优于UPA，不易受到其他超声波雷达的干扰，用于测量侧方障碍物的距离，一般车辆左右侧面各安装2个。APA安装位置四、超声波雷达的类型（3）倒车雷达系统2.按照用途分类一套完整的倒车雷达系统需要在汽车后保险杠内配备4个UPA，自动泊车系统需要在倒车雷达系统基础上，在汽车前保险杠增加4个UPA，车身侧面增加4个APA，构成前4(UPA)、侧4(APA)、后4(UPA)的布置格局倒车雷达系统超声波雷达的安装位置五、超声波雷达的技术参数参数描述测量范围取决于其使用的波长和频率；波长越长，频率越小，检测距离越大测量精度测量值与真实值的偏差，受被测物体体积、表面形状、表面材料等影响，测量精度要求在±10cm以内波束角以传感器中轴线的延长线为轴线，到一侧能量强度减小一半处的角度，波束角越小，指向性越好。一些超声波雷达具有较窄的波束角（6°)，适合精确测量相对较小的物体。一些波束角为12°~15°的超声波雷达能够检测具有较大倾角的物体。工作频率影响超声波的扩散、吸收损失、障碍物反射损失和背景噪声，发射频率要求是40±2kHz抗干扰性能超声波为机械波，使用环境中的噪声会干扰超声波传感器接收物体反射回来的超声波六、超声波雷达的特点1.超声波雷达的优点结构简单信息处理简单可靠测距原理简单超声波的能量消耗较缓慢，在介质中传播的距离比较远体积小，方便安装在车上易于小型化与集成化距离=传播速度*传播时间/2穿透性强六、超声波雷达的特点2.超声波雷达的缺点七、超声波雷达的应用场景自动泊车辅助系统泊车库位检测系统倒车雷达系统盲区安全辅助系统思政专栏PART04IdeologicalandPoliticalColumn思政专栏广东奥迪威传感科技股份有限公司在超声波雷达领域钻研20余年。2018年，首席工程师王守觉带领团队突破汽车倒车雷达核心模组的信号抗干扰瓶颈，通过重构超声波发射电路拓扑结构，使环境噪声抑制率达92%，探测距离误差控制在±2cm以内，满足国际标准。同时建立ISO/TS16949标准装调工艺体系，推动国产模组成本降40%，成功替代进口产品，国内市占率超35%。该案例彰显工匠精神。团队专注钻研，攻克技术难题，展现创新精神。以严标准提升品质，体现严谨态度。打破国外垄断，推动国产化，彰显爱国担当与民族自信。工匠精神：突破干扰瓶颈，奥迪威雷达占据超35%市场份额奥迪威传感科技公司实验室课后练习AfterclasstrainingPART05课后练习（1）以下哪个不属于超声波雷达发射的超声波频率（

）。A.20HzB.40kHzC.48kHzD.58kHz（2）短距超声波雷达检测范围约为（

）。A.10cm～20cmB.15cm～250cmC.15cm～250mD.10cm～200m（3）超声波雷达的测量距离取决于（

）。A.波束角B.焦距C.频率D.波长1.不定项选择题

A

B

CD课后练习（1）超声波雷达按照传感器种类分类可分为等方性传感器超声波雷达和异方性传感器超声波雷达。（

）（2）超声波是指频率小于20kHz，人耳可听到的声波。（

）（3）超声波雷达抗环境干扰能力强，对天气变化不敏感。（

）2.判断题

×√√课后练习请简述超声波雷达的定义。3.简答题

超声波雷达是指利用超声波(频率为20kHz至100kHz的声波)测算距离的雷达传感器装置，通过发射、接收特定频率的超声波，根据时间差测算出障碍物距离，当距离过近时触发报警装置发出警报声以提醒驾驶员。课堂总结SummaryPART06课堂总结感谢您的观看主讲老师：XXX超声波雷达的装配与调试主讲老师：XXX项目2：超声波雷达的装调与故障诊断01学习情境LearningSituation02学习目标LearningObjectives03资料收集Backgroundknowledge06课堂总结Summary目录05实施作业Assignmentimplement04思政专栏IdeologicalandPoliticalColumn学习情境LearningSituationPART01学习情境在上一个任务的介绍解析下，客户同意了进行超声波雷达的更换。经理安排你给客户更换前超声波雷达，你作为一名技术员，需要完成超声波雷达的更换，和对更换过后的超声波雷达进行调试。倒车雷达的安装位置学习目标LearningObjectivesPART02学习目标素养目标1.培养学生在团队中有效沟通和协作，共同完成项目；2.培养学生热爱祖国、服务人民等良好思想品质；3.培养学生始终保持高标准的职业道德，诚实守信。1.能独立完成超声波雷达的检查与安装；2.能独立完成超声波雷达的调试；3.能独立完成超声波雷达的拆卸。知识目标技能目标1.能叙述超声波雷达控制器的接口定义。资料收集DataCollectionPART03一、超声波雷达控制器接口定义超声波控制器接插件接口实物图1.超声波雷达控制器接口定义控制器接插件共有13个接口：左侧1~12个端子，每个端子有2个引脚接口，分别是S-(超声波雷达负极或电源地)和S+（超声波雷达正极），用于连接各超声波雷达。一、超声波雷达控制器接口定义超声波控制器接插件接口实物图1.超声波雷达控制器接口定义端子接线颜色定义1红色12V电源正极输入2蓝色电源负极和RS232及RS485地（RS232及RS485通信时必须接该脚）3绿色CAN-L或者PCW(RS232通讯接口TXD)或者RS4854黄色CAN-H或者PCR(RS232通讯接口RXD)或者RS485B右侧1个端子是通信接口，有4个引脚接口，从左到右顺序编号是1~4，进行信号传输和协议转换，接口定义对应见上表，使用时只需把超声波雷达插入接插件内即可。电源信号线一、超声波雷达控制器接口定义2.超声波雷达控制器输出方式（1）输出方式类型超声波雷达控制器提供RS232和RS485、CAN总线输出方式。RS232RS485CAN总线一、超声波雷达控制器接口定义2.超声波雷达控制器输出方式（2）连接方式实训平台采用CAN总线通信类型，其接线定义见下表。端子接线颜色定义1红色12V（电源线）2蓝色GND（地线）3绿色CAN-L（低电平数据信号线）4黄色CAN-H（高电平数据信号线）一、超声波雷达控制器接口定义2.超声波雷达控制器输出方式（2）连接方式使用CAN通讯时，连接原理图如下：连接原理图一、超声波雷达控制器接口定义3.CANalyst-II分析仪介绍超声波控制器与上位机软件通过CANalyst-II分析仪进行通信，CANalyst-II分析仪外观如下：CANalyst-II分析仪产品外观一、超声波雷达控制器接口定义3.CANalyst-II分析仪介绍对应接口介绍见下表

名称描述CAN1R1终端电阻R1。向下拨到ON状态，则内部120欧电阻会被接入总线R2终端电阻R2。与R1并联，作用相同。每通道内置两个电阻。HCAN总线H信号。S屏蔽线接口，若通信线为屏蔽线可接屏蔽层，否则可接地或不接。LCAN总线L信号。CAN2R1终端电阻R1。向下拨到ON状态，则内部120欧电阻会被接入总线R2终端电阻R2。与R1并联，作用相同。每通道内置两个电阻。HCAN总线H信号。G信号地接口，内部直连信号参考地LCAN总线L信号。指示灯PWR电源指示灯SYS系统状态指示，正常情况为常灭状态。总线出现错误时，灯亮。CAN1CAN1通道指示灯（收发数据时闪烁）CAN2CAN2通道指示灯（收发数据时闪烁）思政专栏PART04IdeologicalandPoliticalColumn思政专栏上汽集团智能驾驶团队在研发超声波雷达泊车辅助系统时，面临了一个严峻挑战：冬季低温环境下，传感器易受雨雪结冰干扰，导致误判，严重影响车辆安全性和驾驶体验。面对难题，工程师张伟带领团队奔赴黑龙江漠河极寒试验场，在恶劣环境中采集上千次低温数据。凭借坚韧毅力，他们重构雷达信号滤波算法，创新研发出自适应加热膜结构，成功攻克低温干扰难题。这一案例彰显了职业责任感的深刻内涵。职业责任感不仅是完成任务，更是对社会、对他人的担当。作为学生，我们应从他们身上汲取力量，培养高度责任感，无论未来从事何种职业，都要以严谨态度和敬业精神，为社会发展贡献力量。职业责任感：上汽集团攻克低温传感器难题技术底座全面跃迁引领智能变革实施作业AssignmentimplementPART05一、实施准备（1）防护用品：工作服、安全帽、工作手套；（2）台架、总成：智能汽车传感器实训平台（简称实训平台）；（3）工具、设备：超声波雷达、超声波控制器、CANalyst-II分析仪、直流可调电源、螺丝刀套装；（4）辅助材料：尼龙扎带、无纺布。1.工具和设备准备十二通道超声波处理盒超声波探头超声波线束一、实施准备（1）超声波探头及外观检查超声波探头表面应有光泽且平滑，为纯黑色，无油污，无残留物，无刮伤、划痕、撞伤。四周应无损伤、油漆及电镀脱落、无毛刺、无毛边等。2.工具和设备检查超声波雷达一、实施准备（2）超声波雷达控制器外观检查十二通道超声波处理盒表面应有光泽且平滑，无油污，无残留物，无刮伤、划痕、撞伤。四周应无损伤、油漆及电镀脱落、无毛刺、无毛边等。2.工具和设备检查超声波处理盒一、实施准备（3）线束检查超声波探头、超声波探头线束的插接口，十二通道超声波处理盒，电源信号线的针孔应无残留物，无变形。2.工具和设备检查线束针脚检查二、超声波雷达的品质检查（1）将超声波探头线束端子，插接到超声波雷达控制器左边对应的接口，将电源线束和CAN通信线束端子插接到右边接口。连接线束二、超声波雷达的品质检查（2）将超声波控制器的CAN-H和CAN-L线束分别连接到CAN分析仪的CAN-2通道的CAN-H和CAN-L接线口，并把CAN-2通道对应电阻拨码开关向下拨到ON位置。连接CAN-H和CAN-L线束二、超声波雷达的品质检查（3）将超声波控制器的12V和GND线束连接到电源的正极和负极，启动并将直流电源电压值调节为12V。连接电源线束二、超声波雷达的品质检查（4）将CAN分析仪的USB线连接到实训平台电脑，接通实训平台的220V电源，启动电源开关，启动电脑。（5）在电脑桌面打开超声波雷达测试软件“Ultrasonicradar-232.exe”，若调试软件开始显示实时超声波雷达测距数据，说明超声波雷达正常。若没有显示则说明超声波雷达损坏，需要更换新的超声波雷达。超声波雷达测试软件三、超声波雷达的安装（1）关闭实训平台总电源。（2）将超声波雷达端接插件与线束端接插件对插好后，将线束穿过安装孔。对接超声波雷达线束三、超声波雷达的安装（3）按压传感器外围塑胶件，将传感器垂直卡入安装孔，注意箭头标签或“up”字朝上。将传感器垂直卡入安装孔三、超声波雷达的安装（4）检查探头外围边缘与安装孔间隙是否均匀，如有间隙，则需再次按压至无间隙。检查探头外围边缘与安装孔的间隙三、超声波雷达的安装（5）将超声波探头线束端子，插接到超声波雷达控制器对应的接口，将电源和CAN通信线束端子插接到右边接口。连接线束四、超声波雷达的调试（1）接通实训平台的220V电源，启动实训平台的电源开关，启动实训平台的电脑。（2）在电脑桌面双击打开超声波雷达测试软件“Ultrasonicradar-232.exe”超声波雷达测试软件四、超声波雷达的调试（3）超声波雷达正常工作时，测试软件界面如下：超声波雷达正常工作现象四、超声波雷达的调试（4）软件界面左边会显示超声波的状态，同时会显示障碍物的距离，单位为厘米(cm);如果无数据，则表示对应的超声波雷达可能出现短路、断路或离线等故障。（5）软件右边实时显示车辆图、相应的探头检测到的距离和对应的状态，状态对应如下：离障碍物距离颜色状态是否显示距离（cm）提示情况小于30cm红色是危险提示，会发出急促声音警报30cm~40cm橙色是慢行提示，会发出较急促声音警报40cm~50cm黄色是警戒提示，会发出声音警报大于50cm绿色是提示安全，不发声没有检测到障碍物绿色否无提示五、超声波雷达的拆卸（1）关闭超声波雷达测试软件、实训平台电脑及实训平台电源。（2）先断开超声波雷达线束，再使用合适的工具拆卸超声波雷达。（3）完成6S整理清洁工作。课堂总结SummaryPART06课堂总结感谢您的观看主讲老师：XXX超声波雷达的故障诊断与排除主讲老师：XXX项目2：超声波雷达的装调与故障诊断01学习情境LearningSituation02学习目标LearningObjectives03资料收集DataCollection06课堂总结Summary目录05实施作业Assignmentimplement04思政专栏IdeologicalandPoliticalColumn学习情境LearningSituationPART01任务导入你完成超声波雷达的更换之后，在调试的过程中，你发现车辆左侧超声波雷达系统探测到侧方车辆时，不发生警报，没办法进行正常工作。经理安排你结合超声波雷达常见故障及原因，对超声波雷达系统进行故障检测排除。不同车型超声波雷达的安装位置学习目标LearningObjectivesPART02学习目标素养目标1.培养学生具有创新和系统化的设计思维。2.鼓励创新思维和创业精神，探索新技术。3.培养批判性思维，评估不同解决方案的优缺点。1.能叙述超声波雷达的常见故障并分析故障原因；2.能总结超声波雷达故障诊断的方法并完成故障诊断流程。知识目标能力目标能独立完成超声波雷达的故障诊断与处理。资料收集DataCollectionPART03一、超声波雷达的常见故障原因分析在实训平台中，超声波雷达控制器通过CAN分析仪与调试软件进行通信。超声波雷达测试端口1.超声波雷达系统电路原理和测试端口定义一、超声波雷达的常见故障原因分析超声波雷达测试端口定义。1.超声波雷达系统电路原理和测试端口定义序号端口定义作用1CAN-L信号输入端可用于测试超声波雷达控制器的信号发送情况以及测试软件获得CAN信号的情况2CAN-L信号输出端3CAN-H信号输入端4CAN-H信号输出端5负极输出端可用于测量超声波雷达控制器是否有电压6正极输出端7负极输入端可用于测量电源是否正常供电8正极输入端一、超声波雷达的常见故障原因分析超声波雷达常见故障现象主要有工作失效及工作误报两种情况，造成超声波雷达故障原因如下：2.超声波雷达常见故障分析故障现象故障原因超声波雷达工作失效超声波电源故障、超声波探头连接线束损坏、连接线束与超声波雷达控制器接触不良、超声波雷达控制器损坏、超声波雷达损坏和超声波雷达控制器与测试软件通信故障等。超声波雷达工作误报装配歪斜和超声波雷达表面污浊等。一、超声波雷达的常见故障原因分析电源故障：超声波雷达控制器控制超声波雷达电源通断情况，因此可通过检测超声波控制器电源线的通断判断超声波雷达的电源通断情况。通信故障：超声波雷达控制器通过CAN总线与测试软件进行通信，因此可通过检测CAN总线的CAN-H和CAN-L的信号波形来判断超声波控制器与测试软件的通信情况。2.超声波雷达常见故障分析思政专栏PART04IdeologicalandPoliticalColumn思政专栏超声波雷达技术的突破离不开创新思维的驱动。从自动驾驶到智能家居，从工业检测到医疗诊断，其应用场景不断拓展。创新思维推动技术迈向更高精度、更强适应性和更广应用。在自动驾驶领域，特斯拉等企业通过创新算法，将探测精度提升至厘米级；在医疗领域，科研人员突破传统思维，开发出微型探头，实现无创检测。当前，超声波雷达与5G、物联网深度融合，助力智慧城市建设。创新思维推动技术突破物理极限，向更智能、更精准方向发展。坚持创新思维，才能在科技竞争中赢得主动，为智慧社会贡献力量。创新思维：超声波雷达技术突破，赋能智慧未来超声波雷达车辆应用实施作业AssignmentimplementPART05一、实施准备（1）防护用品：工作服、安全帽、工作手套。（2）台架总成：实训平台。（3）工具、设备：数字万用表、示波器。（4）辅助材料：绝缘垫、无纺布。1.工具和设备准备数字万用表示波器一、实施准备（1）检查数字万用表打开数字万用表，检查电量是否足够；将档位调至蜂鸣档，短接红黑表笔，检查数字万用表是否正常。2.工具及设备检查短接红黑表笔一、实施准备（2）检查与校准示波器2.工具及设备检查1）连接示波器电源，打开示波器电源开关按钮。示波器的“电源开关按钮”（俯视图）一、实施准备（2）检查与校准示波器2.工具及设备检查2）将探头的BNC连接器端连接示波器通道1（CH1）的BNC，探针连接到“探头补偿信号连接片”上，将探头的接地鳄鱼夹与探头补偿信号连接片下面的“接地端”相连。探头补偿信号连接片和接地端的连接一、实施准备（2）检查与校准示波器2.工具及设备检查3）按AUTO（自动设置）键，显示屏上应出现标准方波。如实际显示的方波形状与图不相符，则需要进行“探头补偿”。正常方波波形一、实施准备（2）检查与校准示波器2.工具及设备检查4）将探头探针与示波器的“探头补偿信号连接片”相连，接地夹与探头补偿连接片的“接地端”相连，打开CH1通道，然后按AUTO按键，观察显示的波形。不同探头补偿波形一、实施准备（2）检查与校准示波器2.工具及设备检查5）如显示波形为“补偿不足”或“补偿过度”，用非金属手柄的调笔调整探头BNC连接器端上的可变电容，直到波形为方波。调整探头上的可变电容二、超声波雷达的故障现象和确认1.故障现象本任务主要集中讲述电源故障和通信故障检诊。在进行故障诊断之前先设置故障（这一步由老师来操作）。打开超声波雷达测试软件“Ultrasonicradar-232.exe”，超声波雷达不工作，状态为红色，软件界面不显示超声波探测到障碍物的距离，提示“超声波模块集线器错误”超声波雷达故障现象二、超声波雷达的故障现象和确认2.故障确认使用智能网联汽车三维数字化仿真教学软件读取故障码，单击“故障诊断”模块，再单击“刷新”图标可以读到故障码。读取故障码三、超声波雷达的故障诊断与排除1.