汽車駕駛輔助裝置詳解(上)

◆文/北京 李玉茂

一、預(yù)備知識

1.國際汽車工程師學(xué)會于2014年發(fā)布，自動駕駛技術(shù)分為L0至L5共6個級別：L0—非自動化，L1—輔助駕駛，L2—部分自動化，L3—有條件的自動駕駛，L4—高度自動化，L5—全自動化。現(xiàn)在世界上最先進(jìn)的車輛是L3級，汽車裝備的各種駕駛輔助裝置，就是為了邁向L5級。

2.測距傳感器利用機(jī)械波、電磁波等進(jìn)行工作。機(jī)械波，由機(jī)械振動產(chǎn)生，只能在空氣中傳播，機(jī)械波包括聲浪、超聲波。聲波，人耳能聽到的頻率為20Hz～20kHz，汽車用于揚(yáng)聲器、蜂鳴器。超聲波，頻率高于20kHz，人耳聽不到，方向性好，反射能力強(qiáng)，用于前/后駐車、泊車輔助、涉水深度傳感器，相關(guān)裝置安裝在保險杠等處，從車輛外觀可以看到。電磁波，具有電磁輻射特性，在空氣和真空中傳播，頻率由低到高排列：無線電波-微波-紅外線-可見光-紫外線……無線電波，頻率300kHz～300MHz，用于胎壓傳感器、汽車鑰匙。微波，頻率300MHz～3000GHz，包括分米、厘米、毫米、亞毫米波段，穿透性強(qiáng)，用于ACC、盲點(diǎn)監(jiān)測、倒車車側(cè)傳感器，安裝在車標(biāo)或保險桿里面，從車輛外觀看不到。紅外線，用于汽車烤漆和測溫儀?？梢姽猓搜鄹兄l率為380～750THz。紫外線，用于汽車空調(diào)殺菌。

二、ACC自適應(yīng)巡航系統(tǒng)

ACC的中文是自適應(yīng)巡航系統(tǒng)，多裝備在中高檔及以上乘用車上。ACC是CCS(巡航系統(tǒng))的升級版，設(shè)有單獨(dú)的ACC控制單元，是一種智能化的自動控制系統(tǒng)，屬于自動駕駛技術(shù)的L2級。大眾帕薩特前車標(biāo)后面裝有雷達(dá)傳感器(圖1)，頻率76.5GHz，有效探測范圍150m，水平視角12°，垂直視角±4°，車速范圍30～210km/h，通過多普勒效應(yīng)進(jìn)行速度比較。

圖1 雷達(dá)傳感器

傳感器持續(xù)掃描前方道路，輪速傳感器提供車速信號，與前車之間的距離過小時，ACC控制單元通知發(fā)動機(jī)、制動等控制單元，降低發(fā)動機(jī)輸出功率，適當(dāng)采取車輪制動，依據(jù)駕駛?cè)说脑O(shè)定，自動控制跟車距離。當(dāng)前方車輛突然緊急制動，ACC控制單元發(fā)出聲光信號，通知駕駛?cè)肆⒓床戎苿犹ぐ濉１拒嚺c前車之間增加到安全距離時，ACC控制單元按設(shè)定的車速巡航。

ACC系統(tǒng)激活，組合儀表顯示“主動狀態(tài)”或“被動狀態(tài)”，主動狀態(tài)是系統(tǒng)監(jiān)測前方移動物體的相對速度，依據(jù)駕駛?cè)嗽O(shè)定的安全距離自動控制車距。被動狀態(tài)是系統(tǒng)監(jiān)測前方移動物體的相對速度，不進(jìn)行車距控制，必須由駕駛?cè)丝刂栖嚲唷CC由主動狀態(tài)轉(zhuǎn)為被動狀態(tài)的條件：按“巡航取消”鍵、踩制動踏板、長時間踩加速踏板、ABS、ESP、TCS功能介入工作。

三、IACC集成式自適應(yīng)巡航系統(tǒng)

IACC的中文是集成式自適應(yīng)巡航系統(tǒng)，裝備在新款乘用車上，例如長安CS75，該車是A+級SUV車。IACC采用多傳感器融合技術(shù)，融合毫米波雷達(dá)、多功能攝像頭和導(dǎo)航地圖(與高德合作)，感知道路環(huán)境，通過發(fā)動機(jī)、制動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)，自動加速系統(tǒng)、減速及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，將車輛保持在車道內(nèi)或跟隨前方目標(biāo)車軌跡自動駕駛。IACC激活后，有以下功能。

1.單車道輔助駕駛，車輛自動保持在車道內(nèi)行駛。

2.偏離車道輔助駕駛，車速65km/h以上，車輛即將偏離車道時，儀表發(fā)出糾偏提示，并自動將車輛糾正到車道內(nèi)。

3.交通擁堵輔助駕駛，堵車情況下，車輛自動保持在車道內(nèi)行駛或跟隨前車行駛。

4.彎道輔助，攝像頭識別出前方彎道，如果當(dāng)前車速過高，自動減速進(jìn)入彎道，出彎道后自動加速到設(shè)定車速。

5.預(yù)警輔助，高速行駛時距前車距離過近，提醒駕駛?cè)俗⒁廛嚲?；與前車存在碰撞危險，警示駕駛?cè)瞬扇≈苿?；碰撞即將發(fā)生且駕駛?cè)宋粗苿樱囕v主動制動。

6.語音設(shè)定巡航速度，也可以手動設(shè)定。

7.智能限速輔助，巡航車速大于識別到的限速標(biāo)志牌，IACC自動將標(biāo)志牌限速設(shè)定為巡航速度。

8.IACC增加“L2級自動駕駛”鍵(圖2)。

圖2 L2級自動駕駛鍵

四、預(yù)碰撞安全系統(tǒng)

大眾汽車公司將預(yù)碰撞安全系統(tǒng)命名為Front Assist，中文是前部輔助系統(tǒng)，俗稱“碰撞報警/主動剎車”。該系統(tǒng)與ACC協(xié)調(diào)工作，ACC在巡航狀態(tài)或關(guān)閉狀態(tài)該系統(tǒng)均工作，防止碰撞前車，將制動距離縮至最短。前車標(biāo)后面的雷達(dá)傳感器，監(jiān)測前方移動和靜止目標(biāo)的距離，分步完成預(yù)處理車輛、警告駕駛?cè)恕⒅鲃又苿痈深A(yù)。設(shè)有2個子系統(tǒng)，HBA(液壓制動輔助系統(tǒng))和ATB(自動部分制動)。

1.預(yù)處理車輛，車速5～210 km/h，系統(tǒng)感知碰撞危險性略高，HBA預(yù)充制動液壓力，并自動降低觸發(fā)閾值。

2.警告駕駛?cè)?，車?0～210 km/h，感知碰撞危險性較高，分兩步警告駕駛?cè)耍?1)預(yù)警告，發(fā)出警告音及圖標(biāo)；(2)主警告，發(fā)出制動聳車警告。

圖3 城市緊急制動

3.主動制動干預(yù)，車速5～210km/h，感知碰撞危險性最高，如果駕駛?cè)宋床扇≈苿樱?1)HBA預(yù)充制動液壓力升高；(2)ATB自動制動，車速小于30km/h執(zhí)行“城市緊急制動”，車速大于30km/h執(zhí)行“自動部分制動”。

城市緊急制動(圖3)：(1)感知碰撞危險性略高，HBA預(yù)充制動液壓力，執(zhí)行“較高敏感度”閾值，不發(fā)出警告；(2)感知危險性較高，HBA切換到“高靈敏度”閾值；(3)感知危險性最高，ATB以6.0m/s2減速度制動，此時駕駛?cè)吮仨毦o急制動，否則會發(fā)生碰撞事故。

自動部分制動(圖4)：(1)感知碰撞危險性略高，發(fā)出圖像及聲音警告，HBA預(yù)充制動液壓力，切換至“較高敏感度”；(2)感知危險性較高，如果駕駛?cè)宋粗苿樱l(fā)出短時制動聳車警告，切換至“高敏感度”；(3)感知危險性最高，如果駕駛?cè)巳晕粗苿?，ATB以1.0m/s2減速度制動；(4)如果駕駛?cè)巳匀恢弥焕?，ATB以3.5m/s2減速度制動，此時駕駛?cè)吮仨毦o急制動，否則發(fā)生碰撞事故。

圖4 自動部分制動

五、車道偏離系統(tǒng)

車道偏離系統(tǒng)的功用是行車中識別偏離車道，通過顯示屏、蜂鳴器、轉(zhuǎn)向盤振動發(fā)出報警，適于長途及疲勞駕駛。有些車型只作警示，有些車型通過助力電機(jī)自動修正行駛方向。大眾CC車道偏離系統(tǒng)(圖5)，主要由安裝在后視鏡底座的攝像頭和偏離預(yù)警控制單元、電動助力轉(zhuǎn)向控制單元、助力電機(jī)、轉(zhuǎn)向柱控制單元、轉(zhuǎn)向盤、組合儀表組成。

圖5 車道偏離系統(tǒng)

攝像頭掃描道路前方20～60m范圍，每秒鐘拍攝25幀圖像，當(dāng)車輛輕微偏離車道，如圖6所示，液晶屏顯示“道路輔助，請控制轉(zhuǎn)向”、蜂鳴器發(fā)出鑼音，轉(zhuǎn)向盤振動(奧迪車有此功能)，該系統(tǒng)通過轉(zhuǎn)向系統(tǒng)自動修正行駛方向。

圖6 車道偏離報警

工作原理：

1.識別車道線，攝像頭拍攝前方路面，根據(jù)標(biāo)線與路面的灰階對比值確定標(biāo)記點(diǎn)。

2.計(jì)算車道，彎道半徑大于250m自動切換為被動模式。被動模式只是監(jiān)測，主動模式監(jiān)測、報警、修正。

3.偏離修正，(1)未開轉(zhuǎn)向燈出現(xiàn)偏離，系統(tǒng)認(rèn)為是客觀偏離，轉(zhuǎn)向盤修正力矩小于3N·m，修正時間小于100s；如偏離過大，說明駕駛?cè)送_轉(zhuǎn)向燈而變換車道。(2)開轉(zhuǎn)向燈出現(xiàn)偏離，系統(tǒng)認(rèn)為是主觀偏離，由主動模式自動切換至被動模式，變道完成后自動恢復(fù)主動模式。

4.主動模式條件，車速小于65km/h，道路寬2.45～4.60m，攝像頭視野清晰必須能夠識別出道路邊界，車道標(biāo)志線虛長不超過實(shí)長的2倍。

5.車道偏離指示燈有3種狀態(tài)，關(guān)閉偏離開關(guān)指示燈熄滅，打開偏離開關(guān)處于主動模式為綠色，處于被動模式為黃色(圖7)。

6.轉(zhuǎn)向盤振動，轉(zhuǎn)向盤上裝有振動電機(jī)，握住轉(zhuǎn)向盤雙手感覺振動。

圖7 車道偏離指示燈

7.如果車道偏離功能與ACC功能同時啟用，ACC功能優(yōu)先。

六、并線輔助系統(tǒng)

1.沃爾沃將并線輔助系統(tǒng)命名為BLIS，中文是盲點(diǎn)信息系統(tǒng)。車身兩側(cè)后部裝有雷達(dá)傳感器，探測車外后視鏡盲區(qū)內(nèi)的車輛(圖8)。駕駛?cè)嗽谧儞Q車道時，BLIS提醒駕駛?cè)俗⒁饷^(qū)內(nèi)同方向行駛的車輛，在多車道、大交通流量的道路上最能發(fā)揮作用。

圖8 BLIS監(jiān)測范圍

主要由盲點(diǎn)監(jiān)測開關(guān)、攝像機(jī)模塊、雷達(dá)模塊、盲點(diǎn)監(jiān)測警示燈等組成。盲點(diǎn)監(jiān)測開關(guān)(圖9)集成在中控臺控制面板，盲點(diǎn)監(jiān)測開關(guān)信號首先進(jìn)入自動空調(diào)控制單元，再由其發(fā)送到CAN總線。

圖9 盲點(diǎn)監(jiān)測開關(guān)

攝像機(jī)模塊與電動后視鏡集成在一起(圖10)，攝像機(jī)模塊對拍攝的照片進(jìn)行處理，同時通過LIN線獲取車速信號，識別本車是否正在超越其他車輛，或被其他車輛超越。

兩個雷達(dá)模塊安裝在后保險杠兩側(cè)的內(nèi)部(圖11)，當(dāng)雷達(dá)傳感器探測到物體時，通過盲點(diǎn)監(jiān)測警示燈警示駕駛?cè)恕?/p>

兩個盲點(diǎn)監(jiān)測LED警示燈安裝在兩個前門三角窗(圖12)，若盲區(qū)內(nèi)有車輛，LED點(diǎn)亮呈橘黃色并閃爍。

2.奧迪汽車公司將并線輔助系統(tǒng)命名為Audi Side Assist，中文是側(cè)向輔助系統(tǒng)，兩個倒車鏡分別裝有頻率為24kHz的超聲波傳感器，監(jiān)測汽車側(cè)后方70m范圍內(nèi)的情況。車速大于60km/h，側(cè)向輔助系統(tǒng)激活，當(dāng)檢測到盲區(qū)內(nèi)有汽車出現(xiàn)，系統(tǒng)進(jìn)入“提示”階段，倒車鏡上的LED黃色燈點(diǎn)亮(圖13)。LED點(diǎn)亮不會干擾駕駛?cè)?，因?yàn)轳{駛?cè)酥币暤管囩R才能看到LED。

圖10 攝像機(jī)模塊

圖11 雷達(dá)模塊

圖12 盲點(diǎn)監(jiān)測警示燈

駕駛?cè)舜蜷_轉(zhuǎn)向燈準(zhǔn)備變換車道，當(dāng)檢測到盲區(qū)內(nèi)有汽車出現(xiàn)，LED亮度增強(qiáng)并增加閃爍頻率，系統(tǒng)進(jìn)入“警示”階段，駕駛?cè)瞬粫鲆?，因?yàn)轳{駛?cè)酥灰^察倒車鏡，就能看到LED閃爍。警示燈的亮度隨環(huán)境亮度而變化，也可以通過MMI(多媒體交互系統(tǒng))設(shè)置LED燈亮度。

圖13 警示燈點(diǎn)亮

七、疲勞駕駛識別系統(tǒng)

1.大眾汽車公司將疲勞駕駛識別系統(tǒng)命名為MKE，中文是疲勞駕駛識別系統(tǒng)。車速65～200km/h，MKE監(jiān)控駕駛?cè)说鸟{駛動作和車輛行駛中的相關(guān)信息，分析駕駛?cè)说钠诔潭龋?dāng)判斷駕駛?cè)顺霈F(xiàn)疲勞，液晶屏顯示“咖啡”標(biāo)識(圖14)，同時發(fā)出一聲“鑼音”。

圖14 “咖啡”標(biāo)識

下列情況MKE將疲勞估計(jì)值復(fù)位：關(guān)閉點(diǎn)火開關(guān)、駕駛?cè)私忾_安全帶且打開駕駛?cè)塑囬T、停車時間大于15min、長時間低速行駛。如果緊接著快速行駛，MKE重新計(jì)算行駛狀況。下列情況MKE功能受限：車速小于65km/h、車速大于200km/h、惡劣天氣、運(yùn)動風(fēng)格駕駛。

(未完待續(xù))