汽車智能化下新型自適應(yīng)巡航傳感器可調(diào)節(jié)支架

章翡飛

摘 要： 隨著汽車技術(shù)的快速發(fā)展，自適應(yīng)自動巡航系統(tǒng)（ACC） 在汽車上得到了越來越廣泛的應(yīng)用。為保證ACC 雷達(dá)功能的實(shí)現(xiàn)，除了雷達(dá)自身系統(tǒng)的穩(wěn)健性外，雷達(dá)傳感器相對于整車姿態(tài)的傾角也至關(guān)重要。本文通過雷達(dá)傾角的要求分析，雷達(dá)固定方案的比較，創(chuàng)新地提出可調(diào)節(jié)支架的方案，該支架能夠簡單、快捷地調(diào)整傳感器角度，適配零件老化和公差帶來的傳感器角度變化，避免后期行車安全風(fēng)險(xiǎn)，對后續(xù)其他車型的開發(fā)有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：ACC 雷達(dá) 可調(diào)節(jié)支架 ACC 傾角

1 前言

在汽車高級駕駛輔助中，自適應(yīng)自動巡航系統(tǒng)（ACC， Adaptive Cruise Control）作為汽車駕駛控制系統(tǒng)的其中一種，對汽車安全控制起著非常重要的作用。在車輛行駛過程中，自適應(yīng)巡航功能的核心部件之一是自適應(yīng)巡航傳感器，或者說是一個(gè)車載雷達(dá)。安裝在車輛前方的自適應(yīng)巡航傳感器檢測在本車前進(jìn)道路上是否存在速度更慢的車輛。若存在速度更慢的車輛，ACC 系統(tǒng)會降低車速并控制與前方車輛的間隙或時(shí)間間隙。若系統(tǒng)檢測到前方車輛車速較快，或者本車行駛道路上沒有前方車輛時(shí)將加快本車速度使之回到之前所設(shè)定的速度。此操作實(shí)現(xiàn)了在無駕駛員干預(yù)下的自主減速或加速。ACC 控制車速的主要方式是基于自適應(yīng)巡航傳感器檢測的檢測結(jié)果，通過發(fā)動機(jī)油門控制和適當(dāng)?shù)闹苿觼碚{(diào)節(jié)車速[1]。

自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)是一種智能化的自動控制系統(tǒng)，它是在早已存在的巡航控制技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。為保證ACC 雷達(dá)功能的實(shí)現(xiàn)，除了ACC 雷達(dá)自身系統(tǒng)的穩(wěn)健性外，ACC 雷達(dá)傳感器相對于整車姿態(tài)的照射角度也會有較大影響[2]，雷達(dá)位置在使用中發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的改變，容易造成雷達(dá)誤報(bào)警或不報(bào)警等功能問題，嚴(yán)重影響客戶使用體驗(yàn)和品牌價(jià)值。

本文基于本公司一款全新開發(fā)的車型，針對ACC 雷達(dá)傳感器安裝方式，整車尺寸公差等影響因素，通過額外安裝支架來調(diào)整ACC 雷達(dá)傳感器的照射傾角，提高傳感器的穩(wěn)定性。

2 ACC 雷達(dá)照射傾角以及安裝方案

2.1 ACC 雷達(dá)傳感器傾角要求

現(xiàn)代的ACC 雷達(dá)基本都有一定的照射傾角補(bǔ)償能力，但這個(gè)調(diào)節(jié)范圍也是有限的，如圖1 所示。目前，自適應(yīng)巡航傳感器通常是直接固定在散熱器格柵上。以固定方式安裝的自適應(yīng)巡航傳感器不具有角度調(diào)節(jié)功能，安裝完畢后自適應(yīng)巡航傳感器面向前方并且呈一固定的傾斜角度。該傾斜角度基本是使得自適應(yīng)巡航傳感器處于水平的狀態(tài)，一般而言，自適應(yīng)巡航傳感器的傾角度是水平線+1°～ -5°的范圍內(nèi)，在該范圍內(nèi)，自適應(yīng)巡航傳感器能夠正常且安全地工作。如果雷達(dá)傾角超過+1°～ -5°范圍，ACC 雷達(dá)則會出現(xiàn)誤報(bào)警或不報(bào)警的功能問題。因此如何保證雷達(dá)傾角偏差控制在+1°～ -5°范圍內(nèi)則成為了本文優(yōu)化的主要目標(biāo)。

2.2 ACC 雷達(dá)固定方案

ACC 雷達(dá)主要固定方案有兩種：其一，通過額外的金屬支架安裝在前保防撞橫梁上，傳感器固定剛度和可靠性得到極大提升，如圖2 所示。但是橫梁前部被保險(xiǎn)杠蒙皮或者下格柵所覆蓋，也會有其他不可規(guī)避的風(fēng)險(xiǎn)。雷達(dá)安裝在蒙皮后部，由于蒙皮噴涂金屬噴漆，油漆中的金屬粒子嚴(yán)重影響ACC 雷達(dá)透波率從而影響雷達(dá)信號正確接收。雷達(dá)安裝在下格柵后部，為了保持整車進(jìn)風(fēng)的要求，通常會按照雷達(dá)信號包絡(luò)面進(jìn)行切割，從而影響美觀，也不利于傳感器的防盜保護(hù)。其二，通過塑料支架安裝在散熱器格柵后部，傳感器透波率以及防盜方面具有優(yōu)勢，但是由于固定在塑料件上，傳感器固定剛度和可靠性隨著時(shí)間的推移會有風(fēng)險(xiǎn)，如圖3 所示。兩種固定方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，本車型通過技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)性綜合分析最終安裝在散熱器格柵上。該方案的優(yōu)點(diǎn)是無需開孔或增加額外的蓋板以保證ACC 雷達(dá)的透波性要求，此外在車輛輕微的碰撞甚至追尾時(shí)保證昂貴的ACC 雷達(dá)傳感器不受損傷。在車輛長期行駛和陽光暴曬過程中，保險(xiǎn)杠和散熱器格柵的卡扣力和材料性能會有不同程度損耗，由此會造成格柵的下沉和偏轉(zhuǎn)，以此帶來自適應(yīng)巡航控制傳感器角度的變化，進(jìn)而影響自適應(yīng)巡航控制傳感器的性能甚至使得自適應(yīng)巡航控制功能失效。

3 ACC 雷達(dá)方案風(fēng)險(xiǎn)分析和一般措施

3.1 ACC 雷達(dá)固定在散熱器格柵上的風(fēng)險(xiǎn)

在車輛長期行駛和陽光暴曬過程中，保險(xiǎn)杠和散熱器格柵的卡扣力和材料性能會有不同程度損耗，由此會造成格柵的下沉和偏轉(zhuǎn)。因此，在長期使用后，自適應(yīng)巡航傳感器會出現(xiàn)向下傾斜的情況，試驗(yàn)結(jié)果表明，在長期使用后，自適應(yīng)巡航傳感器的傾斜角度會向下增加到-5°～ -10°。此時(shí)由于自適應(yīng)巡航傳感器的傾斜角度出現(xiàn)變化，其采集的前方車輛的速度數(shù)據(jù)會出現(xiàn)偏差。因?yàn)楹笈_計(jì)算時(shí)是假設(shè)自適應(yīng)巡航傳感器在+1°～ -5°的范圍內(nèi)，而實(shí)際采集的數(shù)據(jù)是自適應(yīng)巡航傳感器在-5°～ -10°的所獲得的數(shù)據(jù)。所以會出現(xiàn)數(shù)據(jù)偏差，該數(shù)據(jù)偏差會影響自適應(yīng)巡航的控制過程，可能出現(xiàn)不恰當(dāng)?shù)能囁僬{(diào)節(jié)或者制動作在以較高的車速進(jìn)行自適應(yīng)巡航時(shí)，這種數(shù)據(jù)偏差會引發(fā)潛在的駕駛風(fēng)險(xiǎn)，存在行車安全隱患。

3.2 零件更換方案

為了解決自適應(yīng)巡航傳感器傾斜角度增大的問題，現(xiàn)有的做法是定期檢查自適應(yīng)巡航傳感器的傾斜角度，當(dāng)發(fā)現(xiàn)傾斜角度超出規(guī)定范圍時(shí)，采用更換散熱器格柵的方式進(jìn)行恢復(fù)。因?yàn)槌霈F(xiàn)老化的部件是散熱器格柵，因此進(jìn)行修復(fù)的過程也是對散熱器格柵進(jìn)行更換，但該方式增加了不必要的成本開支。散熱器格柵的輕度老化并不影響使用，僅僅影響到自適應(yīng)巡航的功能，由于這個(gè)原因就對散熱器格柵進(jìn)行更換，會使得車輛的維護(hù)保養(yǎng)成本增加，不利于車輛的銷售和使用，也從另一方面損害了品牌形象。

4 可調(diào)節(jié)支架方案

4.1 可調(diào)節(jié)支架組成部分和理念

自適應(yīng)巡航傳感器的可調(diào)節(jié)支架包括：支架本體、滑移部，螺釘，固定部件和壓緊部件。支架本體上具有螺孔，螺釘穿過螺孔并擰緊在散熱器格柵上，以將支架本體固定在散熱器格柵上。滑移部件位于支架本體上，滑移部件與散熱器格柵配合，滑移部件使得支架本體沿散熱器格柵前后移動。固定部件位于支架本體上固定自適應(yīng)巡航傳感器，自適應(yīng)巡航傳感器朝向前方并且具有一傾斜角度?？烧{(diào)節(jié)支架還包括壓緊部件，壓緊部件位于支架本體上，壓緊部件與散熱器格柵接觸。壓緊部件是拱形結(jié)構(gòu)，支架本體安裝在散熱器格柵上，拱形結(jié)構(gòu)被壓緊形變，從而使得支架本體能夠很好地維持在既定位置，如圖4 所示。

在使用螺栓將支架本體固定在散熱器格柵上之前，支架本體通過滑移部件相對于散熱器格柵前后移動，以調(diào)節(jié)自適應(yīng)巡航傳感器的傾斜角度。在自適應(yīng)巡航傳感器的傾斜角度調(diào)節(jié)到位后，支架本體相對于散熱器格柵的位置固定。此時(shí)旋緊螺栓，將支架本體固定在散熱器格柵上。相應(yīng)的，支架本體通過滑移部件相對于散熱器格柵前后移動，自適應(yīng)巡航傳感器的傾斜角度在相對于水平線+1°～ -5°之間變化，以調(diào)節(jié)自適應(yīng)巡航傳感器的傾斜角度。

4.2 可調(diào)節(jié)支架調(diào)節(jié)過程

可調(diào)節(jié)支架可以通過滑移部件，在滑槽里面滑動從而帶動ACC 傳感器調(diào)整傾角。首先安裝支架通過螺釘被安裝到散熱器格柵上。自適應(yīng)巡航傳感器通過固定部件安裝到安裝支架上，自適應(yīng)巡航傳感器朝向前方并且具有一傾斜角度。當(dāng)安裝支架相對于散熱器格柵移動到最靠前的位置時(shí)，自適應(yīng)巡航傳感器具有最大的向下傾斜角度，大約是-5°，即向下傾斜5°。當(dāng)安裝支架相對于散熱器格柵移動到居中的位置時(shí)，自適應(yīng)巡航傳感器具有中間的向下傾斜角度，大約是-2°，即向下傾斜2°。當(dāng)安裝支架相對于散熱器格柵移動到最靠后的位置時(shí)，自適應(yīng)巡航傳感器具有略向上的傾斜角度，大約是+1°，即向上傾斜1°。這樣，就實(shí)現(xiàn)了支架本體通過滑移部件相對于散熱器格柵前后移動，以調(diào)節(jié)自適應(yīng)巡航傳感器的傾斜角度在+1°～ -5°變化的目的，如圖5 所示。通過上述調(diào)節(jié)步驟在車輛長期使用后，如果散熱器格柵出現(xiàn)老化、下沉和偏轉(zhuǎn)，可以移動可調(diào)節(jié)支架的前后位置，來調(diào)整自適應(yīng)巡航傳感器的傾斜角度，使之恢復(fù)到規(guī)定的范圍內(nèi)。

4.3 可調(diào)節(jié)支架的優(yōu)點(diǎn)

可調(diào)節(jié)支架的方案能夠從根本上解決和規(guī)避ACC 雷達(dá)安裝在散熱器格柵后部帶來的行車風(fēng)險(xiǎn)。可調(diào)節(jié)支架不僅僅能解決相關(guān)技術(shù)問題還有其他不可替代的優(yōu)點(diǎn)。其優(yōu)點(diǎn)如下：（1）自適應(yīng)巡航控制傳感器可調(diào)節(jié)支架可以修正自適應(yīng)巡航控制傳感器的角度變化，安全，簡單，可靠;（2）相比重新更換散器格柵具有極大的成本優(yōu)勢;（3）生產(chǎn)線上無需增加額外工序;（4）只需要一個(gè)零件就可以滿足所有車型的要求，無需因?yàn)椴煌囆投_發(fā)不同的機(jī)構(gòu)和方案。

5 總結(jié)

本文通過明確雷達(dá)傾角的要求，比較雷達(dá)安裝方式以及提出可調(diào)節(jié)支架概念，并設(shè)計(jì)可調(diào)節(jié)支架來調(diào)整自適應(yīng)巡航傳感器的傾斜角度，使之恢復(fù)到規(guī)定的范圍內(nèi)。在軟硬件沒有質(zhì)的提升下，該自適應(yīng)巡航傳感器的可調(diào)節(jié)支架適應(yīng)性強(qiáng)，可以適用于多種車型，因此實(shí)現(xiàn)成本較低，而效果顯著且該安裝支架能夠簡單、快捷地調(diào)整自適應(yīng)巡航傳感器角度，適配零件老化和公差帶來的自適應(yīng)巡航傳感器角度變化，避免后期行車安全風(fēng)險(xiǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 洪宗輝. 環(huán)境噪聲控制工程.[M] 北京：高等教育出版社，2002.

[2] 白燕超. 汽車ACC 雷達(dá)姿態(tài)控制的尺寸分析及優(yōu)化.[M] 測試試驗(yàn)，2019（6）：84-86.