在國產(chǎn)汽車上應(yīng)用自適應(yīng)巡航系統(tǒng)的效益分析

劉海波

摘要：自適應(yīng)巡航系統(tǒng)在高價格豪華車上普遍應(yīng)用，而在國產(chǎn)車上卻鮮有裝備。分析了國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，提出了在國產(chǎn)車上裝備自適應(yīng)巡航系統(tǒng)的可行性。著重從研發(fā)階段的車距檢測技術(shù)、使用階段的安全性和燃油經(jīng)濟(jì)性，分析了在國產(chǎn)車上應(yīng)用自適應(yīng)巡航系統(tǒng)所能帶來的效益。

關(guān)鍵詞：自適應(yīng)巡航系統(tǒng)；車距檢測；安全性

中圖分類號：U463.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-291X（2012）32-0209-02

隨著我國汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車產(chǎn)銷量不斷攀升，汽車已逐漸進(jìn)入大眾化消費(fèi)時代。伴隨而來的是人們對汽車舒適性、安全性及環(huán)保等各種性能的要求不斷提高。為滿足日益增長的需求，汽車上增設(shè)了自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)。自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)（AdaptiveCruiseControl，簡稱ACC）是一種智能化的自動控制系統(tǒng)，它是在巡航控制技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的[1]。

一、自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

美國的伊頓公司從1971年就一直從事自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)產(chǎn)品的開發(fā)和研制。伊頓公司新一代的產(chǎn)品采用24GHz單脈沖雷達(dá)，可同時探測到本車正前方120米、左右偏移8°范圍內(nèi)的24個目標(biāo)車輛，以距離本車最近的車輛作為主目標(biāo)，當(dāng)兩車距離小于駕駛員所設(shè)定的距離時，該系統(tǒng)向駕駛員發(fā)出警報。

三菱公司研制開發(fā)的PDC（PreviewDistanceControl）系統(tǒng)是具有現(xiàn)代概念的最早的自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)。博世公司開發(fā)的自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)包括雷達(dá)、轉(zhuǎn)向傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和顯示單元。自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)包括原有的車輛控制ECU以及位于車輛前端的傳感器和控制裝置SCU（SensorandControlUnit）。SCU用于完成對雷達(dá)信號的處理和自適應(yīng)巡航控制流程，并通過CAN數(shù)據(jù)總線與車輛主控ECU相連。用于車輛動力性控制系統(tǒng)VDC（VehicleDynamicsControl）的轉(zhuǎn)向傳感器可以幫助車輛預(yù)知其行駛路線。

近年來，德國的大陸特威斯公司（ContinentalTeves）致力于汽車安全行駛的全方位研究，也在加緊對車用雷達(dá)系統(tǒng)的開發(fā)。該公司開發(fā)出采用微波雷達(dá)技術(shù)和紅外傳感技術(shù)兩類自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)產(chǎn)品，可探測出前方150米范圍內(nèi)的目標(biāo)車輛與本車間的車距和相對速度，在自動進(jìn)行安全車距控制時，發(fā)動機(jī)和傳動系工作穩(wěn)定，乘坐舒適。為了進(jìn)一步提高自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的性能，該公司還提供了與能見度相關(guān)的車速推算系統(tǒng)，以及為縮短制動系反應(yīng)時間的電子輔助制動助力裝置。目前，大陸公司的產(chǎn)品廣泛地應(yīng)用在各大著名汽車公司的高檔轎車上。

我國一些高等院校正對自適應(yīng)巡航控制技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行跟蹤研究。北京理工大學(xué)車輛學(xué)院、清華大學(xué)汽車技術(shù)研究所等多家科研機(jī)構(gòu)正在從事自適應(yīng)巡航控制技術(shù)或相關(guān)技術(shù)的研制開發(fā)工作，并取得了階段性的進(jìn)展。北京理工大學(xué)提出了將自適應(yīng)巡航系統(tǒng)與車輛制動和防滑控制系統(tǒng)相集成，構(gòu)成ABS/ASR/ACC系統(tǒng)的設(shè)計方案。清華大學(xué)所做的汽車主動安全性的研究，將自適應(yīng)巡航控制技術(shù)融合其中，不但可以實現(xiàn)自動調(diào)整與目標(biāo)車輛間的距離，而且還可以實現(xiàn)障礙主動避讓，從而進(jìn)一步提高車輛行駛的安全性能。

二、自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)工作原理

自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)主要由車距傳感器（雷達(dá)）、輪速傳感器、轉(zhuǎn)向角傳感器以及ACC控制單元等組成。車距傳感器一般安裝在車頭，它可以探測到汽車前方200米左右的距離，輪速傳感器（與ABS系統(tǒng)共用）可以感知車輛的行駛速度，而轉(zhuǎn)向角度傳感器可以感知車輛的行駛方向，ACC控制單元可以對發(fā)動機(jī)和制動系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行控制。

駕駛員可通過面板設(shè)置來啟動或清除自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)。啟動系統(tǒng)時，要設(shè)定本車的車速和與目標(biāo)車輛間的安全距離，否則系統(tǒng)將自動設(shè)置為默認(rèn)值。當(dāng)本車前方無行駛車輛時，本車將處于普通的巡航行駛狀態(tài)，系統(tǒng)按照設(shè)定的行駛車速對車輛進(jìn)行勻速控制。當(dāng)本車前方有目標(biāo)車輛，且目標(biāo)車輛的行駛速度小于本車的行駛速度時，系統(tǒng)將控制本車進(jìn)行減速，確保兩車間的距離為所設(shè)定的安全距離。當(dāng)系統(tǒng)將本車減速至理想的目標(biāo)值之后采用跟隨控制，與目標(biāo)車輛以相同的速度行駛。當(dāng)前方的目標(biāo)車輛發(fā)生車道變更或本車變更車道行駛，本車前方無行駛車輛時，系統(tǒng)將對本車進(jìn)行加速控制，使本車恢復(fù)至設(shè)定的行駛速度，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入對本車的勻速控制。當(dāng)駕駛員干預(yù)車輛駕駛后，系統(tǒng)將自動退出對車輛的控制。

三、在國產(chǎn)汽車上應(yīng)用自適應(yīng)巡航技術(shù)效益分析

（一）在技術(shù)研發(fā)階段

自適應(yīng)巡航系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一就是車距的測量。就目前而言，車距檢測技術(shù)無外乎以下幾種：雷達(dá)、攝影、紅外線、激光等[2]。各種技術(shù)的優(yōu)劣分析如下。

雷達(dá)技術(shù)一直以來大多被使用于軍事用途，隨著制造技術(shù)的進(jìn)步，雷達(dá)設(shè)備的體積已經(jīng)逐漸的縮小，即使成本依然相當(dāng)昂貴，仍有很多國外豪華品牌汽車制造商開始在其旗下部份高階車種上裝設(shè)雷達(dá)設(shè)備，用來提供遠(yuǎn)距離行車預(yù)警系統(tǒng)。眾所周知，雷達(dá)技術(shù)不論是在效能與可靠性方面的表現(xiàn)都相當(dāng)優(yōu)秀，只是因為其制造成本一直難以有較大幅度的下降，因此目前為止仍難以為各大車廠廣泛采用，尤其是在國產(chǎn)汽車上。

攝影技術(shù)已相當(dāng)成熟，制造成本可以算是相當(dāng)?shù)土?，已在影像式倒車輔助等行車安全系統(tǒng)上應(yīng)用。然而，由于攝影技術(shù)最大的問題在于，其只能檢測100米以內(nèi)的目標(biāo)，超過此范圍，則難以有效辨識要識別的物體。而且，通過攝影機(jī)攝錄畫面，再透過影像分析軟件辨識目標(biāo)，此實時動作需要計算機(jī)相當(dāng)強(qiáng)大運(yùn)算能力的支持。以目前車載計算機(jī)系統(tǒng)的能力來說，完成少量目標(biāo)的辨識工作，可以達(dá)到一定程度實時性的安全需求。但在運(yùn)用在復(fù)雜路況時，往往需要辨識的目標(biāo)可能同時會高達(dá)數(shù)十個，這對于數(shù)據(jù)實時性要求極高的行車安全來說，還達(dá)不到要求。

紅外線技術(shù)可以提供到良好的夜視功能，在夜晚行車時運(yùn)用此項技術(shù)可以幫助駕駛者辨識道路上的障礙物及周遭的動物、行人等物體，因此，在夜間環(huán)境下可以用來彌補(bǔ)前面提到單純使用攝影技術(shù)時之不足。然而，與攝影技術(shù)相似的是，其最好的檢測距離也只能達(dá)到數(shù)十米，在車速較高的情況下，需要快速反應(yīng)時，將不適合應(yīng)用；同時，紅外線易受天氣干擾。

激光技術(shù)是較晚時間才被采用于行車安全上的，其所能檢測物體的有效距離可達(dá)數(shù)百米。同時，由于運(yùn)算量不像影像辨識那樣龐大，也讓檢測所需時間可以大大的降低。而且，激光技術(shù)的效能在不同天候的情況下，都不受到太大的影響。因此，激光技術(shù)從各個方面看來，應(yīng)當(dāng)適用于行車安全。然而，激光技術(shù)尚處于起步階段，生產(chǎn)成本相較其他技術(shù)仍然過高，技術(shù)尚不完備，相信經(jīng)過一段時間的測試與檢驗，未來應(yīng)該有很高的機(jī)率被廣泛的應(yīng)用于行車安全領(lǐng)域。

由上面的分析可知，自適應(yīng)巡航系統(tǒng)多用于高價格的豪華車上，在進(jìn)口這些車輛時，會大量消耗我國的外匯儲備，而對我國的社會發(fā)展毫無益處。同時，由于先進(jìn)雷達(dá)、激光等關(guān)鍵技術(shù)大多由歐、美等國所掌握，且對我國進(jìn)行技術(shù)封鎖，即便有錢也買不到。如果在國產(chǎn)車上大量應(yīng)用自適應(yīng)巡航系統(tǒng)，在巨大利益的驅(qū)動下，就可以激發(fā)業(yè)界、學(xué)界的研發(fā)熱情，也可以推動相關(guān)技術(shù)的大發(fā)展。而且，大量生產(chǎn)必會降低成本，使不同價位的國產(chǎn)汽車都可以應(yīng)用，將有助于我們國產(chǎn)汽車進(jìn)入車用安全領(lǐng)域，以期未來于汽車產(chǎn)業(yè)占有一席之地。

（一）在使用階段

自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)可以保持車速穩(wěn)定。無論是在什么路面上行駛，只要在發(fā)動機(jī)功率允許范圍內(nèi)，汽車均可保證勻速行駛。可以提高駕駛時的舒適性和安全性，既減輕了駕駛員負(fù)擔(dān)，又對保證行車安全十分有利。可最大限度的節(jié)省燃油，降低排氣污染：汽車以穩(wěn)定車速行駛時，可使發(fā)動機(jī)工作在燃油消耗與功率輸出最佳配合狀態(tài)，既能降低燃油消耗，又可減少排氣污染。下面，就安全性和燃料經(jīng)濟(jì)性兩方面進(jìn)行具體分析。

1.安全性。自適應(yīng)巡航系統(tǒng)一般在車速大于40Km/h的情況下可以啟動，因此，在車速較高的道路上常被使用。據(jù)統(tǒng)計，超速行駛、疲勞駕駛是引發(fā)高速公路交通事故的主要原因，導(dǎo)致的事故起數(shù)、造成的死亡人數(shù)占總數(shù)的比例呈逐年上升的趨勢。特別是因疲勞駕駛造成的死亡人數(shù)增長較快，2006年因疲勞駕駛造成的死亡人數(shù)，比2001年增長了1倍。小型客車、重型貨車是高速公路交通事故的主要肇事車型，其中小型客車肇事約占總數(shù)的三分之一，導(dǎo)致的死亡人數(shù)約占總數(shù)的四分之一。高速公路小型客車事故多發(fā)，與我國汽車保有量結(jié)構(gòu)一致。事故形態(tài)中的尾隨相撞占有很大比例，這與超速行駛、疲勞駕駛是導(dǎo)致高速公路交通事故的主要原因相一致。因超速行駛、疲勞駕駛，駕駛?cè)藢ν话l(fā)事件來不及采取措施或者是疏忽大意，很容易引發(fā)事故。近年來，因尾隨相撞造成的事故起數(shù)、死亡人數(shù)約占總數(shù)的1/3和1/2[3]。

自適應(yīng)巡航系統(tǒng)在啟動時，除了設(shè)定車速外，還需設(shè)定相應(yīng)的安全距離，在設(shè)定的距離不符合安全規(guī)定時，是設(shè)定不了的。系統(tǒng)啟動后，駕駛員無需再踩油門踏板，在長距離行駛時，提高了舒適性，減輕了駕駛員疲勞程度，也提高了行車的安全性。系統(tǒng)運(yùn)行時，如果前車出現(xiàn)緊急情況，速度發(fā)生了變化，而駕駛員對變化毫不知情時，當(dāng)兩車間距達(dá)到安全距離時，系統(tǒng)會采取降低動力輸出和主動制動的方式對車輛進(jìn)行控制，同時，以聲光形式提醒駕駛員采取措施，避免事故的發(fā)生，從而提高了行車的安全，最大可能地避免人身和財產(chǎn)損失。

2.燃油經(jīng)濟(jì)性。自適應(yīng)巡航系統(tǒng)啟動后，會根據(jù)前車的速度變化，自動調(diào)節(jié)動力輸出，不需要駕駛員頻繁換檔，始終使發(fā)動機(jī)工作在最佳工況，最大限度地節(jié)省燃油，同時也降低了有害物質(zhì)排放。

四、結(jié)論

通過上述內(nèi)容分析，說明在國產(chǎn)汽車上應(yīng)用自適應(yīng)巡航系統(tǒng)，不但可以激發(fā)產(chǎn)業(yè)界、學(xué)界的研發(fā)熱情，推動國產(chǎn)汽車相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，還可以最大限度地提高行車的安全性，減少人身和財產(chǎn)損失；同時，也可以降低燃油消耗，減少有害物質(zhì)的排放，所帶來的效益是很可觀的。

參考文獻(xiàn)：

[1] 汪清平，等.汽車自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)[J].上海汽車，2009，（8）.

[2] 魏秋蘭.自適應(yīng)巡航系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2009，（6）.

[3] 常宇.我國高速公路交通事故分析[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2008，（10）.

[責(zé)任編輯高惠琦]