雷達(dá)技術(shù)在汽車防撞安全系統(tǒng)的應(yīng)用

劉建俊 王新星

摘 要：由于汽車工業(yè)的快速發(fā)展和私家車數(shù)量的“井噴式”增加，汽車相撞引發(fā)的安全交通事故頻繁出現(xiàn)，給人們的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來了巨大的威脅。而據(jù)一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)報(bào)告數(shù)據(jù)顯示，如果汽車駕駛員在碰撞“發(fā)生”的前一秒中得到安全預(yù)警的話，能夠減少九成的汽車碰撞安全事故。雷達(dá)技術(shù)對于位置信息的判斷和分析具有高精確度，因而將雷達(dá)技術(shù)用于汽車行駛過程中，對于汽車行駛的位置信息具有更加清楚地認(rèn)識，對于具有危險(xiǎn)性的行使距離提出預(yù)警，能夠有效減少汽車碰撞安全事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：雷達(dá)技術(shù)；汽車防撞；安全系統(tǒng)

1. 我國雷達(dá)技術(shù)在汽車防撞安全系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

由于受到社會經(jīng)濟(jì)和技術(shù)發(fā)展的影響和制約，我國對于雷達(dá)技術(shù)在汽車防撞安全系統(tǒng)的應(yīng)用還處于起步階段，從技術(shù)水平到產(chǎn)品研發(fā)上還相對落后。

當(dāng)前我國的汽車防撞安全系統(tǒng)中主要的研制內(nèi)容在于微電子和毫米波技術(shù)，有很多研究機(jī)構(gòu)重點(diǎn)關(guān)注微電子和毫米波的天線的研制和研發(fā)[1]。在汽車防撞安全系統(tǒng)中，喇叭天線和波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的收發(fā)前端已經(jīng)逐步進(jìn)入到實(shí)用化的階段，在很多汽車中得到了推廣和應(yīng)用，同時(shí)也為毫米波雷達(dá)技術(shù)的研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。而像平面天線、前端集成化的研究在逐步展開，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫存儲和處理技術(shù)的發(fā)展為雷達(dá)信號的接收、處理和減少噪聲的干擾提供了有力的保證。從總體上說，我國的雷達(dá)技術(shù)還較為落后，但早汽車防撞安全系統(tǒng)應(yīng)用發(fā)展迅速。

2. 汽車主動防撞預(yù)警系統(tǒng)構(gòu)成

汽車主動防撞預(yù)警系統(tǒng)所采集的信息包括自車信息和前方目標(biāo)信息。自車信息包括：自車車速、方向盤角度、制動踏板位置、節(jié)氣門開度和路面附著狀況等信息；目標(biāo)信息包括：利用毫米波雷達(dá)傳感器對前方目標(biāo)進(jìn)行精確定位和分類信息。將自車信息和目標(biāo)信息發(fā)送到CAN總線上，傳遞到車輛電子控制單元（ECU）的防撞系統(tǒng)控制模塊，防撞系控制模塊根據(jù)所采集的信息，作為輸入信號輸入到模塊的規(guī)避控制模塊，對所檢測目標(biāo)進(jìn)行危險(xiǎn)等級分類。根據(jù)危險(xiǎn)等級的不同，ECU發(fā)出三類不同危險(xiǎn)程度的指令，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作。臨界危險(xiǎn)目標(biāo)發(fā)出報(bào)警信號，報(bào)警系統(tǒng)工作；危險(xiǎn)目標(biāo)發(fā)出減速信號，減速系統(tǒng)工作；極限危險(xiǎn)目標(biāo)發(fā)出制動信號，制動系統(tǒng)工作。最終達(dá)到提醒或協(xié)助駕駛員做出合理的駕駛行為，對車輛的控制還是由駕駛員自己決定。

在汽車主動防撞預(yù)警系統(tǒng)中，毫米波雷達(dá)測量前方車輛、護(hù)欄、人員的距離和速度，分辨出不同的目標(biāo)，哪些是危險(xiǎn)目標(biāo)、哪些是安全距離目標(biāo)等是防撞預(yù)警系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，目標(biāo)識別的正確與否可大幅降低虛警的數(shù)量，避免影響汽車的正常行駛，因此，車用測距雷達(dá)是各大整車企業(yè)、研發(fā)機(jī)構(gòu)正在努力突破的關(guān)鍵技術(shù)。

3. 雷達(dá)技術(shù)在汽車防撞安全系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1毫米波雷達(dá)長距離測距

為了更好的適應(yīng)道路交通狀況，解決盲區(qū)視野問題，在日本和美國開展了大量的工作。如應(yīng)用毫米波雷達(dá)CCD攝像檢測交通狀況，根據(jù)危險(xiǎn)程度改變直觀信號的音調(diào)、顏色和位置，并在顯示器中顯示。實(shí)現(xiàn)高度智能化，極大的改善車輛的安全性。雷達(dá)是利用目標(biāo)對電磁波反射來發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并測定其位置的。汽車上應(yīng)用的雷達(dá)采用的是30GHz以上的毫米波雷達(dá)。毫米波頻率高、波長短，一方面可縮小從天線輻射的電磁波射束角幅度，從而減少由于不需要的反射所引起的誤動作和干擾，另一方面由于多普勒頻移大，相對速度的測量精度高。在汽車上應(yīng)用毫米波雷達(dá)測距，探測性能穩(wěn)定，環(huán)境適應(yīng)性能好。

3.2超聲波距離測距

它利用超聲探測原理，在司機(jī)倒車時(shí)，能正確的從數(shù)碼顯示器上了解汽車尾部與障礙物之間的距離。當(dāng)測距顯示小于報(bào)警距離時(shí)，還能準(zhǔn)確報(bào)警，及時(shí)提醒司機(jī)剎車。超聲波一般指頻率在20kHz以上的機(jī)械波，具有穿透性較強(qiáng)、衰減小、反射能力強(qiáng)等特點(diǎn)。超聲波測距儀器一般由發(fā)射器、接收器和信號處理裝置三部分組成。工作時(shí)，超聲波發(fā)射器不斷發(fā)出一系列連續(xù)的脈沖，并給測量邏輯電路提供一個(gè)短脈沖。超聲波接收器則在接收到遇障礙物反射回來的反射波后，也向測量邏輯電路提供一個(gè)短脈沖。最后由信號處理裝置對接收的信號依據(jù)時(shí)間差進(jìn)行處理，自動計(jì)算出車與障礙物之間的距離。超聲波測距原理簡單，成本低、制作方便，但其在高速行駛的汽車上的應(yīng)用有一定局限性，這是因?yàn)槌暡ǖ膫鬏斔俣仁芴鞖庥绊戄^大，不同的天氣條件下傳播速度不一樣；另一方面是對于遠(yuǎn)距離的障礙物，由于反射波過于微弱，使得靈敏度下降。故超聲波測距一般應(yīng)用在短距離測距，最佳距離為4～5米，一般應(yīng)用在汽車倒車防撞系統(tǒng)上。

3.3激光測距

激光測距裝置是一種光子雷達(dá)系統(tǒng)，它具有測量時(shí)間短、量程大、精度高等優(yōu)點(diǎn)，在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。目前在汽車上應(yīng)用較廣的激光測距系統(tǒng)可分為非成象式激光雷達(dá)和成象式激光雷達(dá)。

3.3.1自適應(yīng)巡航控制（Adaptive Cruise Contro） 該裝置是通過裝在汽車前方的雷達(dá)傳感器，幫助司機(jī)保持適當(dāng)車速并控制與前方車輛的距離。當(dāng)需巡航控制時(shí)，可通過節(jié)氣門的控制和有限制動來調(diào)節(jié)車速，保持車輛前后之間的距離，并可減少手動變速的動作。

3.4防碰撞預(yù)警系統(tǒng)（COllision Warning Systems）

3.4.1 防碰撞預(yù)警探測系統(tǒng) 該系統(tǒng)采用76GHZ的微波雷達(dá)傳感器，能探測距離車輛前方150m以上的物體，不受車輛行駛速度的影響。它能根據(jù)所測出的障礙物與本車輛的距離，給司機(jī)發(fā)出不同的警告，如司機(jī)對發(fā)出的視覺閃光警告未作出反應(yīng)，能立即發(fā)出蜂鳴聲或響鈴報(bào)警。如車輛在行駛狀態(tài)時(shí)，即能自動工作，可減少前面碰撞的危險(xiǎn)。

3.4.2 防側(cè)面（左右兩邊）碰撞預(yù)警探測系統(tǒng) 該系統(tǒng)采用微波雷達(dá)探測行駛在盲區(qū)內(nèi)的車輛及警告司機(jī)注意車道左右兩旁的車輛和行人的距離等。當(dāng)車輛在正常行駛狀態(tài)時(shí)，該側(cè)面探測預(yù)警系統(tǒng)會自動工作，它不會對雷達(dá)探測器及其他電子系統(tǒng)造成干擾。

3.4.3 防后部碰撞預(yù)警探測系統(tǒng) 該系統(tǒng)采用微波雷達(dá)探測車輛后部司機(jī)看不到區(qū)域內(nèi)障礙物體（固定的或移動的），探測距離為5m以內(nèi)，當(dāng)車輛正常行駛時(shí)也會自動工作，能測出后面跟隨車輛的距離，提供警告預(yù)防后部車輛碰撞。它為倒車和停車泊位提供了幫助。

3.5 碰撞干預(yù)預(yù)警系統(tǒng)（ColIision Intervention Systems） 該系統(tǒng)通過微波雷達(dá)探測系統(tǒng)，向司機(jī)發(fā)出發(fā)出預(yù)警后，司機(jī)如未能及時(shí)采取措施，系統(tǒng)就能通過發(fā)動機(jī)的節(jié)氣門控制和有限制動，使車輛自動減速，直至車輛停駛。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄧湖明.汽車巡航雷達(dá)信號處理單元研究與實(shí)現(xiàn).西安：西安電子科技大學(xué)，2014.

[2]袁海軍，肖茂，謝云峰.汽車主動安全技術(shù)探討（J）.機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新.2014（01）：56.