超声波传感器的广泛应用,特别对车辆的行驶时路面信息进行探测,确定路面高低不平路段的距离、方位和高度等信息。并对超声波传感器的原理、系统硬件实现和超声波在各个领域的实际应用进行了讨;最后就精确感知路面信息提出了进一步的改进方案。
地面不平整而造成的交通事故很多,凹凸的路给车辆带来了行驶麻烦,也带来了安全隐患。因此,技术人员在着方面研究了不少,为了有效的减少行驶中的振动,当前普遍采用的被动式悬挂系统不失为一种有效的方法。为了进一步提高减振效果,一种新的悬挂系统:主动悬挂系统应运而生,它能根据路面的情况实时调整减振弹簧与阻尼之间的优化比,从而达到减振缓冲的目的。该系统主要有传感器件、控制器件和执行器件三部分组成。传感器件将实时探测到的车辆前方路面的信息传输给控制器件的核心部件单片机,由单片机对信息进行分析处理,然后对执行器件发出指令,由执行器件对悬挂系统进行控制,调整系统参数并产生主动控制力,从而达到减振目的。主动式悬挂系统是一个复杂的系统,其中传感器在整个系统中起着至关重要的作用。
人们能听到声音是由于物体振动产生的,它的频率在20HZ-20KHZ范围内,超过20KHZ称为超声波,低于20HZ的称为次声波。常用的超声波频率为几十KHZ-几十MHZ。
超声波是一种在弹性介质中的机械振荡,有两种形式:横向振荡(横波)及纵和振荡(纵波)。在工业中应用主要采用纵向振荡。超声波可以在气体、液体及固体中传播,其传播速度不同。另外,它也有折射和反射现象,并且在传播过程中有衰减。在空气中传播超声波,其频率较低,一般为几十KHZ,而在固体、液体中则频率可用得较高。在空气中衰减较快,而在液体及固体中传播,衰减较小,传播较远。利用超声波的特性,可做成各种超声传感器,配上不同的电路,制成各种超声测量仪器及装置,并在通迅,医疗家电等各方面得到广泛应用。
超声波传感器主要材料有压电晶体(电致伸缩)及镍铁铝合金(磁致伸缩)两类。电致伸缩的材料有锆钛酸铅(PZT)等。压电晶体组成的超声波传感器是一种可逆传感器,它可以将电能转变成机械振荡而产生超声波,同时它接收到超声波时,也能转变成电能,所以它可以分成发送器或接收器。有的超声波传感器既作发送,也能作接收。这里仅介绍小型超声波传感器,其结构如图1所示,发送与接收略有差别,它适用于在空气中传播,工作频率一般为23-25KHZ及40-45KHZ。这类传感器适用于测距、遥控、防盗等用途。该种有T/R-40-60,T/R-40-12等(其中T表示发送,R表示接收,40 表示频率为40KHZ,16及12表示其外径尺寸,以毫米计)。
超声波在空气中传播时,如果遇到其它媒介,则因两种媒介的声阻抗不同而产生反射。因此,向前方路面障碍物发射超声波,检测反射波并进行分析,便可判断并获知前方路面的状况。另外,超声波传感器信息处理简单快速,环境适应性强,价格便宜,因此适于在履带车辆主动悬挂系统中应用。