汽车自动泊车系统超声波传感器原理解析

传感技术与通信网络的持续演进，正推动自动驾驶社会从概念走向现实。在这一宏大愿景中，一个看似不起眼的传感器——超声波泊车辅助系统，扮演着不可或缺的关键角色。事实上，在关于自动驾驶的热潮真正兴起之前，超声波泊车传感器就已经在欧洲默默服役多年，积累了丰富的实战经验。

作为这场技术浪潮的重要参与者，TDK 一直为超声波泊车传感器提供配套的超声波传感器圆片和驱动器变压器。此外，还专门开发了适用于高温环境的 MLCC（多层陶瓷电容器），其电容会随温度升高而呈现衰减特性（ZL 特性），可与传感器圆片协同用于谐振电路。接下来，我们将逐一解析这几项核心技术。

超声波泊车辅助系统

自动驾驶的终极目标十分明确：降低交通事故伤亡率，同时提升移动出行的便利性。为此，各类技术方案都要求车辆搭载摄像头、毫米波雷达、LiDAR（激光雷达）、远程信息控制单元（TCU）等一系列新模块。但在欧洲，早在 ADAS 功能大规模普及之前，超声波泊车辅助系统就已经成为“标配”配置——毕竟，在路边泊车和狭窄街道上的平行泊车，几乎是每天都要面对的驾驶挑战。

其工作原理并不复杂：系统发射超声波，接收从障碍物反射回来的回波，从而确认物体存在并精确测量距离。过去，这套系统主要向驾驶员发出警告，帮助避免碰撞事故；而如今，它已深度融入自动泊车系统，参与控制转向操作。可以确定的是，超声波泊车辅助系统将继续在自动驾驶和自动泊车功能中扮演不可或缺的角色。

图1.超声波泊车辅助系统方块图（摘自应用指南）

超声波传感器圆盘

超声波泊车辅助系统的核心，是用于检测和测距的传感器圆片。它本质上是一种压电器件：当受到机械力作用时，会在电极之间产生电荷；反过来，施加电压时，它又会发生形变。正是利用这种独特的压电特性，系统得以准确判断障碍物的存在并精确测量距离。

TDK 的压电产品在汽车领域并非新手。除了超声波泊车辅助系统，它们在喷油器压电器件上也拥有多年的应用记录。这意味着，这些产品经受住了严苛汽车环境的全方位考验，在精度和长期可靠性方面都值得信赖。更重要的是，可以根据客户的具体需求进行定制化设计。

简要总结一下超声波传感器圆盘的主要特点：

• 在汽车泊车辅助系统方面拥有长期经验积累
• 符合汽车行业标准 IATF 16949
• 精确传感，性能终身稳定可靠
• 非接触式传感方式
• 尺寸可定制，支持金属化回绕工艺

图2.超声波传感器圆片产品的特点与系列

表1.超声波传感器圆盘概要

表2. 超声波传感器圆盘阵容

与超声波泊车辅助系统配套使用的变压器

要让超声波传感器圆片稳定工作，需要一个可靠的“动力源”——那就是超声波泊车辅助变压器。TDK 的变压器在汽车应用中同样拥有长期服役记录，并且在高度自动化的生产线上制造，具备极高的可靠性。此外，我们与 TI 和 Elmos 等驱动压电组件的集成电路厂商合作，共同完成了参考设计。

从表4可以看到，针对不同的配置、电感和频带要求，都有对应的产品可供选择。

图3.超声波泊车辅助变压器

表3.与超声波泊车辅助系统配套使用的汽车变压器

这些变压器的核心特点包括：

• 符合 JEDEC J-STD-020D 标准，可在245°C下耐受回流焊接热10秒
• 窄电感公差，低电感温漂
• 高峰值电压输出能力
• 封闭磁场和金属帽设计，带来优异的抗EMC屏蔽性能

表4.与超声波泊车辅助系统配套使用的量产汽车变压器系列

用于超声泊车辅助系统、具有ZL特性的MLCC

超声波传感器圆片本身带有静电电容分量，而这个分量会随工作温度变化而改变。问题在于——当静电电容发生变化时，传感器的谐振频率也会随之偏移，最终影响测量范围和精度。

解决方案就是采用具有 ZL 特性的电容器。其温度特性设计非常巧妙：电容会随工作温度升高而减小，正好补偿了传感器圆片自身静电电容的变化，从而有效稳定谐振频率，确保系统性能。

图4.产品外观

表5.用于超声波泊车辅助系统、具有ZL特性的MLCC

测量条件：电容、消耗因素: 1kHz / 1Vrms；絶縁抵抗: 250V / 60sec.

Capacitance-f characteristics

Temperature characteristics

|Z|, ESR-f characteristics

DC Bias characteristics

Permissible current (Reference)

总结

要构建一个广泛、安全且舒适的自动驾驶社会，车辆需要配备摄像头、雷达、无线通信等各类新型传感器。但值得注意的是，那些已经服役多年的成熟技术，例如超声波泊车辅助系统，其功能也在持续演变和升级。TDK 为这项技术提供关键元器件已有多年历史，未来也将继续完善先进技术，为建立现代化、移动互联的社会贡献力量。

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