基于毫米波雷達(dá)的某載貨車盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李敬斌

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司， 安徽 合肥230601）

隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，中國商用載貨車保有量越來越多，由于載貨車盲區(qū)較多，極易造成交通事故，一旦與載貨車發(fā)生交通事故，造成的后果極其嚴(yán)重。載貨車盲區(qū)是指車輛靜止或行車過程中，由于載貨車高度及長度尺寸較大，導(dǎo)致駕駛員視野受到遮擋所形成的區(qū)域，如果盲區(qū)內(nèi)有其他車輛、行人或障礙物體存在時(shí)，視野受限的駕駛員無法做出正確的判斷和選擇操作，從而可能釀成嚴(yán)重事故。同時(shí)GB/T 39265—2020《道路車輛盲區(qū)監(jiān)測（BSD） 系統(tǒng)性能要求及試驗(yàn)方法》［1］要求：車后3m后視鏡左右3m為盲區(qū)范圍，后視鏡右4.5m為右轉(zhuǎn)彎的盲區(qū)（圖1）。車輛在行駛或轉(zhuǎn)向過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測駕駛員轉(zhuǎn)向盲區(qū)，并在其盲區(qū)內(nèi)出現(xiàn)其它道路使用者時(shí)發(fā)出警告信息，因此，消除載貨車盲區(qū)問題亟待解決。

圖1 盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測區(qū)域示意圖

1 盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

本文載貨車毫米波汽車盲區(qū)監(jiān)測雷達(dá)系統(tǒng)通過雷達(dá)傳感器來監(jiān)控本車側(cè)后方的區(qū)域，可以在一定范圍內(nèi)探測到鄰近車道上其它車輛的當(dāng)前位置、行駛速度、行駛方向。如果一輛車處于視角盲區(qū)位置或以很快的速度從后面接近本車，那么車外后視鏡上的報(bào)警指示燈點(diǎn)亮來提醒駕駛員。如果此時(shí)駕駛員打開轉(zhuǎn)向燈，那么車外后視鏡上的指示燈閃爍，提醒駕駛員有撞車的危險(xiǎn)。根據(jù)載貨車的車身結(jié)構(gòu)以及盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)國標(biāo)要求，系統(tǒng)采用左右單側(cè)各2個(gè)毫米波雷達(dá)［2］系統(tǒng)方案，系統(tǒng)組成見表1。

表1 盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)零部件組成

1.1 雷達(dá)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用77GHz毫米波雷達(dá)方案，雷達(dá)外形圖及結(jié)構(gòu)框圖如圖2、圖3所示，包括加特蘭二代Soc77GHz 射頻收發(fā)組件、中頻處理模塊、雷達(dá)基帶信號(hào)處理模塊3 個(gè)主要部分。77GHz射頻前端集控制與收發(fā)功能于一體，射頻前端發(fā)射的調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)經(jīng)過頻率調(diào)制，產(chǎn)生調(diào)頻連續(xù)波射頻信號(hào)，經(jīng)過發(fā)射天線發(fā)射出去，發(fā)射信號(hào)遇到目標(biāo)后被反射回來，反射信號(hào)經(jīng)過接收天線進(jìn)入混頻器，與本振信號(hào)差頻后輸出一個(gè)中頻信號(hào)，中頻信號(hào)夾雜著雜波信號(hào)，經(jīng)過中頻信號(hào)處理電路進(jìn)行濾波放大，再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC） 將中頻數(shù)字信號(hào)送給基帶信號(hào)處理電路，經(jīng)過數(shù)字信號(hào)處理后得出中頻信息，進(jìn)而根據(jù)理論公式計(jì)算出目標(biāo)距離，得出距離速度信息，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)識(shí)別、跟蹤，最后實(shí)現(xiàn)預(yù)報(bào)警及目標(biāo)距離速度顯示功能，具體參數(shù)列表見表2。

表2 盲區(qū)監(jiān)測雷達(dá)基本性能參數(shù)列表

圖2 毫米波雷達(dá)外形圖

圖3 毫米波雷達(dá)結(jié)構(gòu)框圖

1.2 系統(tǒng)開關(guān)

當(dāng)車內(nèi)電源被接通，系統(tǒng)完成自檢后默認(rèn)開啟，可通過車輛內(nèi)部的開關(guān)對(duì)盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行開啟和關(guān)閉操作。本方案系統(tǒng)開關(guān)采用硬線開關(guān)形式，如圖4所示。當(dāng)該開關(guān)被按下時(shí)，盲區(qū)監(jiān)測雷達(dá)系統(tǒng)所有功能將被關(guān)閉或開啟。

圖4 系統(tǒng)功能開關(guān)示意圖

1.3 報(bào)警指示

根據(jù)一般駕駛員的駕駛習(xí)慣，當(dāng)駕駛員有變道的意愿時(shí)，會(huì)首先觀察變道一側(cè)的后視鏡，因而盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)采用指示燈的方式，并且將指示燈集成在后視鏡上（圖5） 或望向后視鏡視野方向的位置，方便駕駛員變道前確認(rèn)盲區(qū)是否存在目標(biāo)。盲區(qū)監(jiān)測功能的報(bào)警類型有標(biāo)準(zhǔn)型報(bào)警和增強(qiáng)型報(bào)警兩種。

圖5 外后視鏡指示燈及驅(qū)動(dòng)方式

1） 標(biāo)準(zhǔn)型報(bào)警：當(dāng)有一側(cè)盲區(qū)報(bào)警信息產(chǎn)生且本車該側(cè)轉(zhuǎn)向燈未點(diǎn)亮?xí)r，為標(biāo)準(zhǔn)型報(bào)警。此時(shí)，外后視鏡處的報(bào)警指示燈長亮。

2） 增強(qiáng)型報(bào)警：當(dāng)有一側(cè)盲區(qū)報(bào)警信息產(chǎn)生且本車該側(cè)轉(zhuǎn)向燈點(diǎn)亮?xí)r，為增強(qiáng)型報(bào)警。此時(shí)，外后視鏡處的報(bào)警指示燈閃爍。

1.4 網(wǎng)絡(luò)交互

盲區(qū)檢測系統(tǒng)需要與整車進(jìn)行交互，系統(tǒng)與整車部件拓?fù)淙鐖D6所示。

圖6 盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)與車輛部件拓?fù)?/p>

盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)需要通過車輛CAN總線獲取車輛的部分信息，作為功能應(yīng)用的輸入；報(bào)警指示可以是光學(xué)或聲學(xué)的指示器，也可通過網(wǎng)絡(luò)廣播到整車總線以便做更多形式的報(bào)警；同時(shí)可以將整個(gè)預(yù)警系統(tǒng)的相關(guān)診斷、故障信息上報(bào)等。根據(jù)系統(tǒng)與整車的拓?fù)?，毫米波雷達(dá)預(yù)警性系統(tǒng)通過V-CAN接入到車身CAN網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與整車的信息交互。通過獲取車輛的實(shí)時(shí)參數(shù)，作為預(yù)警系統(tǒng)的報(bào)警初始條件，同時(shí)，在符合規(guī)范的前提下，系統(tǒng)可以上報(bào)雷達(dá)的當(dāng)前報(bào)警狀態(tài)以及系統(tǒng)的狀態(tài)和診斷信息等，供車輛進(jìn)行二次應(yīng)用開發(fā)。系統(tǒng)對(duì)車身參數(shù)的需求以及上報(bào)的信息如表3所示。

表3 CAN信息交互信號(hào)列表

2 盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)布置方案

本文采用單側(cè)雙毫米波雷達(dá)設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)雷達(dá)最優(yōu)探測性能及滿足國標(biāo)要求為前提，結(jié)合車輛的數(shù)模以及實(shí)車測試，將系統(tǒng)安裝在前輪擋泥板金屬支撐桿側(cè)面，通過雷達(dá)支架固定在金屬支撐桿上，其安裝位置如圖7所示。

圖7 盲區(qū)監(jiān)測雷達(dá)安裝位置示意圖

系統(tǒng)覆蓋范圍需滿足國標(biāo)要求，具體覆蓋區(qū)域（淡綠色的區(qū)域?yàn)槔走_(dá)有效探測區(qū)域） 如圖8所示，雙雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)單側(cè)的目標(biāo)檢測覆蓋無死角，可以實(shí)現(xiàn)國標(biāo)要求區(qū)域的目標(biāo)探測，可通過設(shè)計(jì)優(yōu)化的安裝角來實(shí)現(xiàn)對(duì)側(cè)后方和側(cè)前方目標(biāo)的有效探測（安裝角度較小，對(duì)側(cè)后方或前方目標(biāo)輻射能量較強(qiáng)，有利于目標(biāo)的檢測），且對(duì)于側(cè)向目標(biāo)檢測，對(duì)后期開發(fā)實(shí)現(xiàn)除去BSD功能的LCMA、RCTA、FCTA等功能，高有效性的檢測結(jié)果是必不可少的。

圖8 盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)覆蓋范圍

在行車狀態(tài)下，盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)對(duì)本車的駕駛員兩側(cè)車道視野盲區(qū)進(jìn)行監(jiān)測。車后3m及后視鏡左右3m為盲區(qū)范圍，后視鏡右4.5m為右轉(zhuǎn)彎的盲區(qū)，車輛在行駛或轉(zhuǎn)向過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測駕駛員轉(zhuǎn)向盲區(qū)，當(dāng)有目標(biāo)車輛出現(xiàn)在該區(qū)域且滿足報(bào)警條件時(shí)，系統(tǒng)將對(duì)駕駛員做出報(bào)警指示。盲區(qū)監(jiān)測功能報(bào)警區(qū)域（淡紅色區(qū)域） 如圖9所示。

圖9 載貨車盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)報(bào)警區(qū)域示意圖

3 系統(tǒng)工作

3.1 系統(tǒng)自檢

系統(tǒng)自檢項(xiàng)目包括雷達(dá)系統(tǒng)關(guān)鍵電子元器件和模塊狀態(tài)是否正常、系統(tǒng)的初始化參數(shù)是否正常、車身交互信息是否正常等。當(dāng)盲區(qū)監(jiān)測雷達(dá)成功上電后，立即進(jìn)行自檢，此時(shí)外后視鏡的指示燈點(diǎn)亮且持續(xù)時(shí)間小于3s，儀表盤上系統(tǒng)狀態(tài)指示燈點(diǎn)亮，當(dāng)自檢結(jié)果正常時(shí)，車內(nèi)儀表盤和外后視鏡的指示燈都熄滅，雷達(dá)進(jìn)入工作狀態(tài)；當(dāng)自檢發(fā)現(xiàn)故障時(shí)，外后視鏡的指示燈熄滅，而車內(nèi)儀表盤的指示燈保持點(diǎn)亮，待問題處理完畢后系統(tǒng)恢復(fù)正常。系統(tǒng)上電自檢流程如圖10所示。

圖10 系統(tǒng)上電自檢流程圖

3.2 系統(tǒng)工作狀態(tài)

盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)包括系統(tǒng)關(guān)閉、系統(tǒng)待機(jī)、系統(tǒng)激活及系統(tǒng)故障4種狀態(tài)，系統(tǒng)工作狀態(tài)示意圖如圖11所示。

圖11 系統(tǒng)工作狀態(tài)示意圖

1） 系統(tǒng)關(guān)閉：系統(tǒng)開關(guān)關(guān)閉時(shí)，系統(tǒng)處于關(guān)閉狀態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)不能工作。

2） 系統(tǒng)待機(jī)：系統(tǒng)開關(guān)開啟后，系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，此時(shí)可以監(jiān)測系統(tǒng)覆蓋探測區(qū)域目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，系統(tǒng)不能進(jìn)行盲區(qū)監(jiān)測預(yù)警工作。

3） 系統(tǒng)激活：系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)，若本車行駛速度不低于15km/h且車輛不處于倒擋狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入激活狀態(tài)，此時(shí)，系統(tǒng)實(shí)時(shí)對(duì)盲區(qū)范圍進(jìn)行監(jiān)測，對(duì)進(jìn)入該區(qū)域的目標(biāo)進(jìn)行報(bào)警提示。系統(tǒng)滿足激活條件時(shí)，盲區(qū)監(jiān)測的報(bào)警功能在以下情況任意一種發(fā)生時(shí)生效：①當(dāng)有目標(biāo)車輛的任意部位從后方進(jìn)入報(bào)警區(qū)域時(shí)，立即進(jìn)行報(bào)警；②當(dāng)本車以一定速度超越目標(biāo)車輛，目標(biāo)車輛進(jìn)入報(bào)警區(qū)域時(shí)，可以設(shè)定滿足國標(biāo)要求的延時(shí)，若目標(biāo)仍處于盲區(qū)范圍，則進(jìn)行報(bào)警，反之，則不報(bào)警。

當(dāng)本車行駛速度小于15km/h或車輛處于倒擋狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。

4） 系統(tǒng)故障：當(dāng)系統(tǒng)檢測到故障無法繼續(xù)工作時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入故障狀態(tài)，待故障清除后系統(tǒng)可進(jìn)入激活狀態(tài)。

4 結(jié)束語

本文以布置在載貨車前輪擋泥板上4個(gè)77GHz毫米波雷達(dá)為主體，實(shí)現(xiàn)盲區(qū)監(jiān)測功能，通過探測車輛盲區(qū)中的目標(biāo)車輛對(duì)駕駛員予以提醒，從而有效避免變道過程中由于后視鏡盲區(qū)而發(fā)生的事故，提高了駕駛輔助作用，對(duì)后續(xù)開發(fā)ADAS相關(guān)功能奠定了基礎(chǔ)。