Сенсорное устройство, преобразующее электрическую
энергию в ультразвуковые волны (механические вибрации с частотой свыше
20 кГц), называется ультразвуковым датчиком. Принцип работы
ультразвукового датчика похож на радар
и оценивает наличие цели на основе интерпретации отраженного от нее
сигнала. Принимая скорость звука за постоянную величину, с помощью
ультразвукового датчика определяется и расстояние до объекта, которое
соответствует интервалу времени между отправкой сигнала и возвращением
его эха.
Ультразвуковой датчик имеет ряд особенностей,
определяющий область применения данного устройства. Среди них выраженная
направленность сигналов, небольшая дальность действия, невысокая
скорость распространения волн. Основное преимущество ультразвуковых
датчиков – сравнительно низкая цена.
В автомобилях ультразвуковые датчики используются в различных
парковочных системах: парктронике, системе автоматической парковки. Ультразвуковые датчики с увеличенной дальностью действия применяются в ряде конструкций системы помощи при перестроении для контроля за «слепыми» зонами. Ультразвуковые датчики находят применение в разрабатываемых системах автоматического управления автомобилем.
Основу ультразвукового датчика составляет преобразователь, объединяющий активный элемент и диафрагму. Преобразователь работает как передатчик и как приемник. Активный элемент
генерирует короткий импульс и принимает его эхо от препятствия. Он
изготавливается из пьезоэлектрического материала. Алюминиевая диафрагма
является контактной поверхностью датчика и определяет его акустические
характеристики. Преобразователь имеет упругое основание, поглощающее
вибрации. Все элементы ультразвукового датчика помещены в пластмассовый
корпус с разъемом для подключения.
При получении внешнего сигнала активный элемент
заставляет вибрировать диафрагму, которая посылает ультразвуковые
импульсы в пространство. При встрече с препятствием импульсы
отражаются, возвращаются к преобразователю и создают вибрации активного
элемента, с которого снимается электрический сигнал.
Основными техническими характеристиками ультразвукового
датчика являются дальность обнаружения препятствия, частота сигнала,
быстродействие (скорость определения препятствия). Современные
парковочные датчики имеют дальность обнаружения до 2,5 м, частоту
сигнала 40 кГц и быстродействие порядка 0,1 с. Ультразвуковые датчики в
системе автоматической парковки, системе помощи при перестроении имеют
дальность действия до 4,5 м.
Производители не указывают значение такого важного
показателя как угол обзора. В ультразвуковом датчике угол обзора
определяется частотой импульсов, а также размером и формой
преобразователя. При этом, чем выше частота импульса, тем уже угол
обзора датчика. Ультразвуковой датчик с частотой импульсов 40 кГц имеет
достаточно большой угол обзора.
Фокусировка парковочного датчика построена таким образом, что угол
обзора по горизонтали больше угла обзора по вертикали. Это позволяет
избежать ненужных отражений сигнала от поверхности земли.
Несмотря на неоспоримые преимущества, ультразвуковой датчик парковки имеет серьезные функциональные ограничения. Работоспособность датчика и соответственно точность показаний снижаются в плохих погодных условиях (дождь, снег, лед) и при загрязнении. Сенсор может пропустить мелкие предметы (стойки ограждения),
поверхности, имеющие низкую отражающую способность. Датчик может
неверно работать при движении автомобиля по крутому склону, когда
поверхность земли воспринимается как препятствие. Ошибки в показаниях
наблюдаются при встрече с гладкой наклонной поверхностью.
Поэтому полностью доверять ультразвуковому датчику при парковке нельзя. Как говориться, доверяй, но проверяй.
