基于毫米波雷達(dá)的汽車盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)研究

劉保祥 Liu Baoxiang

基于毫米波雷達(dá)的汽車盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)研究

劉保祥
Liu Baoxiang

（北京汽車集團(tuán)越野車有限公司 電子電器與空調(diào)部，北京 101300）

提出一套基于毫米波雷達(dá)的汽車盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。詳細(xì)論述了盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)的基本原理、測試方法，并將該系統(tǒng)裝配在實(shí)車上進(jìn)行驗(yàn)證測試，實(shí)車測試結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)可以對左右相鄰車道10 m以內(nèi)的目標(biāo)車進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，當(dāng)目標(biāo)車持續(xù)靠近裝有盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)的車輛時(shí)，盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)及時(shí)給駕駛員提供預(yù)警信息，避免發(fā)生汽車碰撞，極大提升了汽車的智能駕駛輔助水平。

汽車；毫米波雷達(dá)；盲區(qū)監(jiān)測；預(yù)警

1 汽車盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車保有量日益增多，汽車碰撞事故頻繁發(fā)生，其中一部分是由汽車左右后視鏡存在視野盲區(qū)造成的[1]。由于汽車外后視鏡本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，導(dǎo)致不可避免地存在后視鏡視野盲區(qū)。一般情況下，通過觀察外后視鏡，不能看到車輛周圍的全部信息，在車輛行駛過程中，如果駕駛員在變道之前看不到盲區(qū)的車輛，此時(shí)變道可能發(fā)生碰撞事故，盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)是為了降低這類風(fēng)險(xiǎn)。汽車外后視鏡盲區(qū)如圖1所示。

圖1 汽車外后視鏡盲區(qū)示意圖

盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)是當(dāng)代汽車的一種高科技駕駛輔助配置，主要功能是通過雷達(dá)、攝像頭等智能傳感器，對外后視鏡盲區(qū)中的行駛車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)后方行駛車輛靠近本車時(shí)，對駕駛者進(jìn)行提醒，汽車盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)示意圖如圖2所示。

圖2 盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)示意圖

傳感器是汽車感知周圍環(huán)境的硬件基礎(chǔ)，攝像頭、雷達(dá)等傳感器能夠獲取圖像、距離、速度等信息，扮演汽車的眼睛、耳朵角色?？煽康沫h(huán)境感知能力對盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)來說非常重要，同其他傳感器相比，毫米波雷達(dá)傳感器具有體積小、質(zhì)量輕和精度高的特點(diǎn)，并且不受目標(biāo)物體形狀、顏色的干擾，其波長介于厘米波和光波之間，穿透霧、煙、灰塵的能力強(qiáng)，傳輸距離遠(yuǎn)，具有全天候、全天時(shí)的特點(diǎn)，彌補(bǔ)了紅外、激光、超聲波、攝像頭等其他傳感器在車載應(yīng)用中所不具備的使用場景，在汽車盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。毫米波雷達(dá)向外發(fā)射電磁波，電磁波遇到障礙物被反射回來，反射回來的回波被雷達(dá)接收，經(jīng)過信號處理和運(yùn)算，得到障礙物的距離和速度等物理信息。按照毫米波雷達(dá)的工作頻率可以將其分為24 GHz毫米波雷達(dá)和77 GHz毫米波雷達(dá)[2]。

綜合考慮各種智能傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)，從可靠性、準(zhǔn)確性、開發(fā)成本以及開發(fā)周期等多方面綜合考慮，最終選取77 GHz毫米波雷達(dá)作為盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)的感知傳感器，提出基于毫米波雷達(dá)的汽車盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。該盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)主要由2個(gè)毫米波雷達(dá)、控制器、報(bào)警燈和相關(guān)線束等組成，如圖3所示。2個(gè)77 GHz毫米波雷達(dá)安裝在車身側(cè)后方，在行駛過程中對周圍物體進(jìn)行監(jiān)測，通過電磁波的回波信號計(jì)算物體的距離信息和速度信息，在可能發(fā)生碰撞風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，觸發(fā)相應(yīng)的報(bào)警功能，對駕駛員進(jìn)行提醒，有效提高車輛變道、轉(zhuǎn)彎的安全性。該系統(tǒng)由原車供電，通過CAN（Controller Area Network，控制器局域網(wǎng)絡(luò)）獲得整車相關(guān)信息，并輸出報(bào)警信息、控制信號和狀態(tài)信息給相應(yīng)模塊進(jìn)行報(bào)警提示。汽車盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)原理如圖4所示。

圖3 盲區(qū)監(jiān)測傳感器布置

圖4 盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)原理圖

該盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)中兩個(gè)雷達(dá)之間為主從關(guān)系，主雷達(dá)包含控制器，作為控制決策中心，并通過CAN總線與車輛進(jìn)行通信，并向車輛其他模塊提供相關(guān)信號，從雷達(dá)只承擔(dān)感知作用，并通過私有CAN總線將目標(biāo)信息發(fā)送給主雷達(dá)。汽車盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)流程如圖5所示。

圖5 盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)流程圖

2 汽車盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)測試方法

2.1 車輛盲區(qū)監(jiān)測范圍

根據(jù)ISO 17387—2008《智能交通系統(tǒng)-變道決策輔助系統(tǒng)-性能要求和測試程序》，車輛盲區(qū)監(jiān)測范圍如圖6所示。圖中的所有尺寸均為相對試驗(yàn)車輛而言。

圖6 車輛盲區(qū)監(jiān)測范圍示意圖

注：1為試驗(yàn)車輛；2為第95百分位眼橢圓的中心，應(yīng)符合GB/T 36606—2018的要求，以N1類車輛為參考；3為由線F、C、G、B圍成的區(qū)域?yàn)橹本€工況下的車輛左側(cè)盲區(qū)監(jiān)測范圍；4為由線K、C、L、B圍成的區(qū)域?yàn)橹本€工況下的車輛右側(cè)盲區(qū)監(jiān)測范圍；線A平行于試驗(yàn)車輛后緣，并位于試驗(yàn)車輛后緣后部30.0 m處；線B平行于試驗(yàn)車輛后緣，并位于試驗(yàn)車輛后緣后部3.0 m處；線C平行于試驗(yàn)車輛前緣，并位于第95百分位眼橢圓的中心；線D為試驗(yàn)車輛前緣的雙向延長線；線E平行于試驗(yàn)車輛的中心線，并位于試驗(yàn)車輛車身（不包括外后視鏡）左側(cè)的最外緣；線F平行于試驗(yàn)車輛的中心線，并位于試驗(yàn)車輛車身左側(cè)最外緣的左邊，與左側(cè)最外緣相距0.5 m；線G平行于試驗(yàn)車輛的中心線，并位于試驗(yàn)車輛車身左側(cè)最外緣的左邊，與左側(cè)最外緣相距3.0 m；線H平行于試驗(yàn)車輛的中心線，并位于試驗(yàn)車輛車身左側(cè)最外緣的左邊，與左側(cè)最外緣相距6.0 m；線J平行于試驗(yàn)車輛的中心線，并位于試驗(yàn)車輛車身（不包括外后視鏡）右側(cè)的最外緣；線K平行于試驗(yàn)車輛的中心線，并位于試驗(yàn)車輛車身右側(cè)最外緣的右邊，與右側(cè)最外緣相距0.5 m；線L平行于試驗(yàn)車輛的中心線，并位于試驗(yàn)車輛車身右側(cè)最外緣的右邊，與右側(cè)最外緣相距3.0 m；線M平行于試驗(yàn)車輛的中心線，并位于試驗(yàn)車輛車身右側(cè)最外緣的右邊，與右側(cè)最外緣相距6.0 m；線N為試驗(yàn)車輛后緣的雙向延長線；線O平行于試驗(yàn)車輛后緣，并位于試驗(yàn)車輛后緣后部10.0 m處。

2.2 車輛盲區(qū)監(jiān)測試驗(yàn)方法

試驗(yàn)車輛以（50±2）km/h勻速直線行駛，目標(biāo)車輛以高于試驗(yàn)車輛的速度勻速行駛并超越目標(biāo)車輛，如圖7所示。

圖7 直線道路目標(biāo)車輛超越試驗(yàn)車輛測試示意圖

起初，目標(biāo)車輛按照表1規(guī)定場景的車速，在試驗(yàn)車輛的后邊行駛。當(dāng)目標(biāo)車輛的前緣超越圖6所示的A線時(shí)，試驗(yàn)開始；當(dāng)目標(biāo)車輛的前緣超越圖6所示的C線3 m時(shí)，試驗(yàn)結(jié)束。

測試完成后應(yīng)在試驗(yàn)車輛另一側(cè)重復(fù)進(jìn)行該試驗(yàn)。

表1 目標(biāo)車輛超越試驗(yàn)車輛場景試驗(yàn)方案參數(shù)

以場景1為例，試驗(yàn)車輛速度為50 km/h，目標(biāo)車輛速度為60 km/h，目標(biāo)車輛緩慢超越試驗(yàn)車輛。圖8中1為試驗(yàn)車輛，2為目標(biāo)車輛。通過監(jiān)控分別記錄左、右側(cè)預(yù)警燈，將建立預(yù)警時(shí)與解除預(yù)警時(shí)目標(biāo)車輛與試驗(yàn)車輛之間的距離記錄在測試結(jié)果中。

圖8 目標(biāo)車輛超越試驗(yàn)車輛測試過程

在試驗(yàn)車輛的相鄰車道分3個(gè)區(qū)，如圖9所示，當(dāng)目標(biāo)車輛行駛至Ⅲ號區(qū)域內(nèi)的任意位置時(shí)，如果預(yù)警燈亮起（即建立預(yù)警），則視為合格；當(dāng)目標(biāo)車輛行駛至Ⅱ號區(qū)域內(nèi)時(shí)，如果預(yù)警燈常亮（即穩(wěn)定預(yù)警），則視為合格；當(dāng)目標(biāo)車輛行駛至I號區(qū)域內(nèi)的任意位置時(shí)，如果預(yù)警燈熄滅（即解除預(yù)警），則視為合格；Ⅱ號區(qū)域?yàn)槠嚸^(qū)監(jiān)測范圍。

圖9 試驗(yàn)車輛相鄰車道分區(qū)示意圖

3 實(shí)車測試效果驗(yàn)證

將盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)安裝在實(shí)車上，如圖10所示，兩個(gè)毫米波雷達(dá)分別安裝在汽車尾部的兩側(cè)，系統(tǒng)報(bào)警燈安裝在左、右外后視鏡上，將以上各部分通過線束連接好，并按照上述測試方法進(jìn)行實(shí)車路試。

圖10 盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)安裝示意圖

路試結(jié)果表明，當(dāng)試驗(yàn)車后方相鄰車道10m以內(nèi)出現(xiàn)目標(biāo)車時(shí)，盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)對駕駛員進(jìn)行預(yù)警。在試驗(yàn)車向前正常行駛過程中，當(dāng)有目標(biāo)車從試驗(yàn)車后方進(jìn)入圖6中的盲區(qū)監(jiān)測區(qū)域時(shí)，系統(tǒng)將觸發(fā)一級報(bào)警（報(bào)警燈常亮提示），若此時(shí)打轉(zhuǎn)向燈，立刻升級成二級報(bào)警（報(bào)警燈閃爍提示），當(dāng)目標(biāo)車駛出圖6中的盲區(qū)監(jiān)測區(qū)域時(shí)，系統(tǒng)立刻解除報(bào)警。

4 總 結(jié)

研究了基于毫米波雷達(dá)的汽車盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)的組成，并對盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)車測試，其預(yù)警功能基本滿足設(shè)計(jì)要求，有效降低了碰撞發(fā)生的概率，對于提高汽車的駕駛輔助水平以及產(chǎn)品競爭力有重要意義。毫米波雷達(dá)發(fā)射的是電磁波，電磁波在穿過不同介電常數(shù)的物質(zhì)時(shí)會發(fā)生一定的折射與反射，這就對汽車后保險(xiǎn)杠的材質(zhì)與形狀有一定的要求。后續(xù)將對覆蓋毫米波雷達(dá)的塑料件進(jìn)行研究，在滿足汽車外造型的同時(shí)，努力提升盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)的性能水平。

[1]陳琳琳. 基于微波雷達(dá)的汽車盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D]. 衡陽：南華大學(xué)， 2018.

[2]劉忠臣. 基于毫米波雷達(dá)的汽車并線輔助系統(tǒng)研究[D]. 長沙：湖南大學(xué)，2017.

2019-04-22

TN959.5：U463.6

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2019.05.007

1002-4581（2019）05-0021-04