压电式超声波传感器：汽车传感器原理与检修

1.压电式超声波传感器的结构与原理

压电式超声波传感器采用了压电元件锆钛化铅，一般称为PZT。这种传感器的特点在于它具有方向性，传感器用蜂鸣器的纸盒为椭圆形，其目的是使传感器的水平方向特性宽，而垂直方向受到限制，其结构如图6-91所示。

图6-91 压电式超声波传感器的结构

压电式超声波传感器的发射器是利用压电材料的压电效应工作的。当在压电材料上施加交变电压时，就会使压电元件产生机械振动从而产生超声波。

压电式超声波接收器一般是利用压电材料的逆效应进行工作的，其结构和超声波发生器基本相同，有时就用一个换能器兼做发生器和接收器两种用途。当超声波作用到压电材料上时会使压电材料收缩，在晶片的两个界面上便产生了交变电荷，这种电荷转换成电压经放大后送到测量电路，最后记录或显示出来。

汽车用超声波传感器根据探测距离分为短距离和中距离两种类型。短距离超声波传感器的检测距离约为50cm，中距离超声波传感器的检测距离约为2m。

2.采用超声波传感器的倒车系统

超声波传感器在汽车上的主要应用就是汽车倒车系统。汽车倒车系统采用的是中距离超声波传感器。此系统有2对超声波传感器，并均匀地分布在汽车后保险杠上，其中2个为发射器，2个为接收器，如图6-92所示，该系统由ECU进行自动检测、控制、显示及报警。

障碍物的位置和显示器的关系如图6-93所示。其中T₁、T₂为倒车声呐系统的发射头，R₁、R₂为接收头。发射头以15次／s的频率向后发射40kHz的超声波脉冲，如果车后有障碍物，则超声波被反射到接收头，根据超声波的往返时间，可以确定障碍物到汽车的距离。距离的表示用蜂鸣器告知，并用显示器亮灯表示，不同的距离采用不同的报警方式，从而可用不同的声音区别不同的距离范围。当距离为1～2m时，发出“嘟嘟”两声短音；当距离为0.5～1m时，发出“嘟嘟嘟”三声短音；当距离为0.5m以内时，发出“嘟”一声长音。

图6-92 倒车系统的组成

图6-93 障碍物的位置与显示器的关系

而障碍物的位置是根据不同传感器发射头与接收头的组合而获得的。在倒车时，ECU控制左方发射头T₁与右方接收头R₁工作，覆盖左后方区域；用T₂和R₁覆盖正后方区域；用T₂和R₂覆盖右后方区域。这样，不同的组合巡回检测，即可确定障碍物在汽车后左、中或右的位置，如图6-93所示。

3.超声波传感器的检测

现以现代伊兰特倒车雷达系统为例，说明超声波传感器的检测方法。(www.xing528.com)

现代伊兰特倒车雷达系统由控制单元、检测障碍物的超声波传感器、发出警报音的报警器等部件组成。倒车雷达系统线路图如图6-94所示。

图6-94 现代伊兰特倒车雷达系统线路图

图6-95 故障诊断模式

（1）电源检测

由于超声波距离传感器使用的压电元件需要8V工作电压，因此首先要对供电回路进行检测：打开点火开关，断开传感器插头，将车辆挂入倒档，用万用表电压档测量控制单元侧的端子1与端子4，应该有8V电压。如果没有，应检查控制单元是否从倒档开关处取得12V工作电压。

（2）利用故障诊断模式进行检测

系统出现故障时，打开故障诊断模式会按图6-95所示方式反复循环提示故障位置，因此，利用故障诊断模式的提示音可以方便地判断出是哪一个传感器出故障。

（3）信号的示波器检测

利用示波器，可以对超声波距离传感器的发射端子TX和接收端子RX进行检测。用示波器检测时，注意要在线束连接完好的情况下，将车辆挂入倒车档，利用背查法进行，其信号应与图6-96所示波形相符。

（4）经验判断法

在汽车进入倒车工作状态下，用耳朵贴近传感器表面，仔细听是否有轻微的“嘀答”声（可与正常的比较），如果响声正常，说明传感器的电源正常，检查传感器和控制器之间的信号连接是否正常。

图6-96 发射端子TX和接收端子RX的信号