汽車安全性能是汽車技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要課題。為了提高車輛的行車安全性能，各種先進(jìn)技術(shù)被應(yīng)用在汽車上。下面小編介紹了汽車?yán)走_(dá)在新型主動(dòng)安全系統(tǒng)車輛上的應(yīng)用，對(duì)其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作原理及設(shè)計(jì)思路進(jìn)行闡述；希望能對(duì)今后主動(dòng)安全性能研究開發(fā)起到一定的指導(dǎo)作用。

　　汽車的主動(dòng)安全技術(shù)可以將意外事故防范于未然，越來越受到各大車企及消費(fèi)者的重視，更多的先進(jìn)技術(shù)也被應(yīng)用到其中。以雷達(dá)測距技術(shù)為核心的預(yù)碰撞安全系統(tǒng)及自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)成為近幾年主動(dòng)安全系統(tǒng)新向標(biāo)。

　　預(yù)碰撞安全系統(tǒng)

　　預(yù)碰撞安全系統(tǒng)（Pre-Collision Safety System）簡稱PCSS，它主要由實(shí)時(shí)監(jiān)測雷達(dá)、各種傳感器、信號(hào)處理模塊、報(bào)警模塊及執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成；該系統(tǒng)的核心技術(shù)是利用安裝在車輛前端的雷達(dá)裝置對(duì)前方動(dòng)態(tài)車輛及障礙物進(jìn)行測距，并將測得的車輛及障礙物信息反饋給系統(tǒng)信號(hào)處理模塊（如圖1）。

　　信號(hào)處理模塊將雷達(dá)反饋信息與車輛各個(gè)傳感器信息統(tǒng)合計(jì)算，計(jì)算出帶有PCSS系統(tǒng)車輛與前方障礙物的相對(duì)距離和相對(duì)速度。在距離與速度無法滿足系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的最小安全值時(shí)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)將會(huì)啟動(dòng)車輛上安全裝置輔助駕駛者對(duì)車輛行駛進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)主動(dòng)防碰撞的目標(biāo)。

　　執(zhí)行機(jī)構(gòu)針對(duì)安全危害級(jí)別所做出輔助控制如下：第一調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門開度，減小車輛動(dòng)力輸出；第二操作制動(dòng)器對(duì)車輛制動(dòng)，避免車輛的碰撞或減輕碰撞程度；第三收緊安全帶，防止乘車人員受傷害（如圖2）。

　　自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)

　　自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)（Adaptive Cruise Control System）簡稱ACC，該系統(tǒng)與預(yù)碰撞安全系統(tǒng)工作原理基本相同。在車輛行駛過程中，安裝在車輛前部的車距傳感器（雷達(dá)）持續(xù)掃描車輛前方道路狀況，同時(shí)輪速傳感器采集車輪轉(zhuǎn)速信號(hào)。當(dāng)ACC系統(tǒng)車輛前方道路暢通時(shí)，巡航速度控制按駕駛者意愿設(shè)定車速并保持等速行駛；當(dāng)前方出現(xiàn)障礙車輛或與前車之間距離過小時(shí)，ACC控制單元可通過與制動(dòng)防抱死系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)動(dòng)作，使車輪適當(dāng)制動(dòng)，并使發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率下降，以使車輛與前方車輛始終保持安全距離。自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)在控制車輛制動(dòng)時(shí)，通常會(huì)將制動(dòng)減速度限制在不影響舒適的程度，當(dāng)需要更大的減速度時(shí)，ACC控制單元會(huì)發(fā)出聲光信號(hào)通知駕駛者主動(dòng)采取制動(dòng)操作。當(dāng)與前車之間的距離增加到安全距離時(shí)，ACC控制單元控制車輛按照設(shè)定的車速行駛。

　　雷達(dá)的分類及概況

　　按雷達(dá)的測量介質(zhì)不同，可將車用雷達(dá)分為超聲波雷達(dá)、紅外線雷達(dá)、激光雷達(dá)及微波雷達(dá)。由于超聲波雷達(dá)、紅外線雷達(dá)的探測距離相對(duì)較短，目前主要應(yīng)用在車輛倒車控制系統(tǒng)中。而激光雷達(dá)和微波雷達(dá)具有測距遠(yuǎn)、精度高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于汽車主動(dòng)安全系統(tǒng)上。

　　激光雷達(dá)按測量原理不同可分為脈沖式和相位式。激光雷達(dá)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，具有高精度、高方向性、探測距離遠(yuǎn)、能識(shí)別道路狀況及產(chǎn)品價(jià)格便宜等特點(diǎn)。 采用激光雷達(dá)的預(yù)碰撞系統(tǒng)先從激光掃描雷達(dá)所獲得的車距與方位數(shù)據(jù)中抽取有用的數(shù)據(jù)，依據(jù)后車的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行車輛路徑的估算，行車路徑估算的半徑R是根據(jù)車速和轉(zhuǎn)角第一次估算的半徑R1與根據(jù)車速和橫向擺動(dòng)速率第二次估算的半徑R2來確定的。

　　不過激光雷達(dá)的光學(xué)性能易受環(huán)境因素的影響，在雨、霧、風(fēng)沙及雪的天氣情況下，其測量性能會(huì)有所下降。由于激光雷達(dá)接受的目標(biāo)物信號(hào)會(huì)含有干擾源，在預(yù)碰撞系統(tǒng)上應(yīng)用時(shí)只能傳輸相對(duì)車距信息，并通過信號(hào)處理模塊對(duì)距離信息準(zhǔn)確快速的計(jì)算，得出相對(duì)車輛速度信息。

　　微波雷達(dá)按測量原理不同可分為脈沖調(diào)頻式（PFM）和調(diào)頻連續(xù)波式（FMCW）。微波雷達(dá)（如圖3）采用毫米電磁波作為探測介質(zhì)，其波長均為毫米級(jí)，故也可稱為毫米波雷達(dá)。微波具有探測距離遠(yuǎn)、穿頭能力強(qiáng)、運(yùn)行可靠以及實(shí)時(shí)性佳等優(yōu)點(diǎn)。并且測量性能受環(huán)境及天氣等外界因素的影響較小，可直接探測獲得 PCSS系統(tǒng)車輛與前方目標(biāo)車的距離和相對(duì)速度信息。在主動(dòng)安全系統(tǒng)中雷達(dá)所使用的微波頻率主要集中在三個(gè)頻段，分別是23GHz~24GHz、 60GHz~61GHz、76GHz~77GHz。在這三個(gè)特定頻段上的微波輻射能量衰減特性較大，使雷達(dá)信號(hào)的傳播限制在一個(gè)較為合理的范圍之內(nèi)，從而降低對(duì)其它車輛雷達(dá)及無線通訊設(shè)備的影響，并減少對(duì)周圍人體的輻射。

　　雷達(dá)的布置要求

　　為了滿足PCSS及ACC系統(tǒng)功能的正常使用，雷達(dá)一般布置在車輛前端離地面300mm~1000mm之間，并在車輛水平中軸線方向±500mm范圍內(nèi)的空間區(qū)域（如圖4）。 此區(qū)域雷達(dá)前端可能存在的覆蓋件，例如保險(xiǎn)杠、雷達(dá)天線屏蔽器、散熱器格柵或車輛品牌標(biāo)徽等。理想的微波雷達(dá)布置位置是前方?jīng)]有覆蓋件或只有塑料材質(zhì)的覆 蓋件，因?yàn)榻饘俨馁|(zhì)的覆蓋件會(huì)影響微波雷達(dá)的信息反饋。如果雷達(dá)必須安裝在一些覆蓋件的后方，為使雷達(dá)完全發(fā)揮其原有的功效，需特別注意覆蓋件的材料選 擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及和其它周邊零件相對(duì)位置。在系統(tǒng)車輛使用過程中，雷達(dá)前部覆蓋件表面的水滴、水膜和積雪都可能引起額外的信號(hào)衰減并進(jìn)一步導(dǎo)致性能和功能受限。

　　雷達(dá)前端車身覆蓋件的材料選擇

　　覆蓋件原則上不應(yīng)該使用傳導(dǎo)性良好的材質(zhì)（比如金屬），因?yàn)榻饘偌慕殡姵?shù)較大，對(duì)雷達(dá)波的反射信號(hào)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的損耗。一般用塑料材質(zhì)作為雷達(dá)覆蓋件 （如保險(xiǎn)杠或散熱器格柵），其介電常數(shù)都小于4，對(duì)雷達(dá)波的反射信號(hào)影響較小（如表1）。在以保險(xiǎn)杠或散熱器格柵作為雷達(dá)前端覆蓋件時(shí)，應(yīng)盡量選用單一材質(zhì)，并且在雷達(dá)輻射透射區(qū)域內(nèi)避免采用涂裝、電鍍等表面處理工藝。

　　雷達(dá)前端車身覆蓋件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　覆蓋件在雷達(dá)波輻射區(qū)域需要是簡單平滑的曲面，此曲面在水平方向和垂直方向上的曲面半徑都應(yīng)該大于400mm，盡量避免復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)。同時(shí)雷達(dá)的輻射角與覆蓋件的外表曲面應(yīng)垂直。考慮到車輛前方雷達(dá)的匹配，此角度允許有20°的最大偏離（如圖5）。在雷達(dá)布置前期考慮到雷達(dá)的售后維修及校正等方面的需求，在覆蓋件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)留有可方便拆卸的裝配結(jié)構(gòu)。

　　雷達(dá)與車身前端周邊零件的相對(duì)位置要求

　　雷達(dá)屬于高敏性電子器械，對(duì)自身的工作環(huán)境要求相對(duì)較高，除了與前端覆蓋件要求有10mm以上距離間隙外，對(duì)其它周邊零部件也有特定的距離要求。因車輛喇叭的聲波會(huì)對(duì)雷達(dá)信號(hào)產(chǎn)生干擾，在雷達(dá)的后方及周圍各向300mm范圍內(nèi)不應(yīng)有喇叭安裝。通常微波雷達(dá)的工作環(huán)境溫度都小于90℃，所以雷達(dá)的布置應(yīng)與發(fā)動(dòng)機(jī)水箱散熱器、油冷器及空調(diào)冷凝器等高溫工作

　　零部件保持特定的距離間隙；以防止零部件之間熱傳遞，從而導(dǎo)致雷達(dá)工作失效。同樣雷達(dá)的輻射區(qū)域也有相對(duì)位置要求，雷達(dá)的輻射波區(qū)域前端不應(yīng)被前牌照所遮擋（GB規(guī)定前牌照大小440×140mm，EEC規(guī)定前牌照大小520×120mm），雷達(dá)的輻射波范圍與前牌照必須有10mm以上相對(duì)距離間隙（如圖6）。

　　結(jié)論

　　隨著現(xiàn)代汽車向節(jié)能、環(huán)保與安全的方向發(fā)展，車用雷達(dá)作為新型的主動(dòng)安全系統(tǒng)關(guān)鍵組件之一，必將擁有廣闊的市場前景。而車用雷達(dá)及其安全系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的研究，對(duì)于促進(jìn)汽車交通安全的發(fā)展具有重要意義。