汽車安全性能是汽車技術(shù)發(fā)展的一個重要課題。為了提高車輛的行車安全性能，各種先進(jìn)技術(shù)被應(yīng)用在汽車上。下面介紹汽車?yán)走_(dá)在新型主動安全系統(tǒng)車輛上的應(yīng)用，對其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作原理及設(shè)計思路進(jìn)行闡述；希望能對今后主動安全性能研究開發(fā)起到一定的指導(dǎo)作用。

汽車的主動安全技術(shù)可以將意外事故防范于未然，越來越受到各大車企及消費(fèi)者的重視，更多的先進(jìn)技術(shù)也被應(yīng)用到其中。以雷達(dá)測距技術(shù)為核心的預(yù)碰撞安全系統(tǒng)及自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)成為近幾年主動安全系統(tǒng)新向標(biāo)。

預(yù)碰撞安全系統(tǒng)

預(yù)碰撞安全系統(tǒng)簡稱PCSS，它主要由實(shí)時監(jiān)測雷達(dá)、各種傳感器、信號處理模塊、報警模塊及執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成；該系統(tǒng)的核心技術(shù)是利用安裝在車輛前端的雷達(dá)裝置對前方動態(tài)車輛及障礙物進(jìn)行測距，并將測得的車輛及障礙物信息反饋給系統(tǒng)信號處理模塊。

信號處理模塊將雷達(dá)反饋信息與車輛各個傳感器信息統(tǒng)合計算，計算出帶有PCSS系統(tǒng)車輛與前方障礙物的相對距離和相對速度。在距離與速度無法滿足系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定的最小安全值時，執(zhí)行機(jī)構(gòu)將會啟動車輛上安全裝置輔助駕駛者對車輛行駛進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)主動防碰撞的目標(biāo)。

執(zhí)行機(jī)構(gòu)針對安全危害級別所做出輔助控制如下：第一調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)節(jié)氣門開度，減小車輛動力輸出；第二操作制動器對車輛制動，避免車輛的碰撞或減輕碰撞程度；第三收緊安全帶，防止乘車人員受傷害。

自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)

自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)簡稱ACC，該系統(tǒng)與預(yù)碰撞安全系統(tǒng)工作原理基本相同。在車輛行駛過程中，安裝在車輛前部的車距傳感器持續(xù)掃描車輛前方道路狀況，同時輪速傳感器采集車輪轉(zhuǎn)速信號。當(dāng)ACC系統(tǒng)車輛前方道路暢通時，巡航速度控制按駕駛者意愿設(shè)定車速并保持等速行駛；當(dāng)前方出現(xiàn)障礙車輛或與前車之間距離過小時，ACC控制單元可通過與制動防抱死系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)動作，使車輪適當(dāng)制動，并使發(fā)動機(jī)的輸出功率下降，以使車輛與前方車輛始終保持安全距離。自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)在控制車輛制動時，通常會將制動減速度限制在不影響舒適的程度，當(dāng)需要更大的減速度時，ACC控制單元會發(fā)出聲光信號通知駕駛者主動采取制動操作。當(dāng)與前車之間的距離增加到安全距離時，ACC控制單元控制車輛按照設(shè)定的車速行駛。

雷達(dá)的分類及概況

按雷達(dá)的測量介質(zhì)不同，可將車用雷達(dá)分為超聲波雷達(dá)、紅外線雷達(dá)、激光雷達(dá)及微波雷達(dá)。由于超聲波雷達(dá)、紅外線雷達(dá)的探測距離相對較短，目前主要應(yīng)用在車輛倒車控制系統(tǒng)中。而激光雷達(dá)和微波雷達(dá)具有測距遠(yuǎn)、精度高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于汽車主動安全系統(tǒng)上。

激光雷達(dá)按測量原理不同可分為脈沖式和相位式。激光雷達(dá)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)相對簡單，具有高精度、高方向性、探測距離遠(yuǎn)、能識別道路狀況及產(chǎn)品價格便宜等特點(diǎn)。采用激光雷達(dá)的預(yù)碰撞系統(tǒng)先從激光掃描雷達(dá)所獲得的車距與方位數(shù)據(jù)中抽取有用的數(shù)據(jù)，依據(jù)后車的動力學(xué)特性進(jìn)行車輛路徑的估算，行車路徑估算的半徑R是根據(jù)車速和轉(zhuǎn)角第一次估算的半徑R1與根據(jù)車速和橫向擺動速率第二次估算的半徑R2來確定的。

不過激光雷達(dá)的光學(xué)性能易受環(huán)境因素的影響，在雨、霧、風(fēng)沙及雪的天氣情況下，其測量性能會有所下降。由于激光雷達(dá)接受的目標(biāo)物信號會含有干擾源，在預(yù)碰撞系統(tǒng)上應(yīng)用時只能傳輸相對車距信息，并通過信號處理模塊對距離信息準(zhǔn)確快速的計算，得出相對車輛速度信息。

微波雷達(dá)按測量原理不同可分為脈沖調(diào)頻式和調(diào)頻連續(xù)波式。微波雷達(dá)采用毫米電磁波作為探測介質(zhì)，其波長均為毫米級，故也可稱為毫米波雷達(dá)。微波具有探測距離遠(yuǎn)、穿頭能力強(qiáng)、運(yùn)行可靠以及實(shí)時性佳等優(yōu)點(diǎn)。并且測量性能受環(huán)境及天氣等外界因素的影響較小，可直接探測獲得PCSS系統(tǒng)車輛與前方目標(biāo)車的距離和相對速度信息。在主動安全系統(tǒng)中雷達(dá)所使用的微波頻率主要集中在三個頻段，分別是23GHz~24GHz、60GHz~61GHz、76GHz~77GHz。在這三個特定頻段上的微波輻射能量衰減特性較大，使雷達(dá)信號的傳播限制在一個較為合理的范圍之內(nèi)，從而降低對其它車輛雷達(dá)及無線通訊設(shè)備的影響，并減少對周圍人體的輻射。

雷達(dá)的布置要求
 

為了滿足PCSS及ACC系統(tǒng)功能的正常使用，雷達(dá)一般布置在車輛前端離地面300mm~1000mm之間，并在車輛水平中軸線方向±500mm范圍內(nèi)的空間區(qū)域。此區(qū)域雷達(dá)前端可能存在的覆蓋件，例如保險杠、雷達(dá)天線屏蔽器、散熱器格柵或車輛品牌標(biāo)徽等。理想的微波雷達(dá)布置位置是前方?jīng)]有覆蓋件或只有塑料材質(zhì)的覆蓋件，因為金屬材質(zhì)的覆蓋件會影響微波雷達(dá)的信息反潰如果雷達(dá)必須安裝在一些覆蓋件的后方，為使雷達(dá)完全發(fā)揮其原有的功效，需特別注意覆蓋件的材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計以及和其它周邊零件相對位置。在系統(tǒng)車輛使用過程中，雷達(dá)前部覆蓋件表面的水滴、水膜和積雪都可能引起額外的信號衰減并進(jìn)一步導(dǎo)致性能和功能受限。

雷達(dá)前端車身覆蓋件的材料選擇

覆蓋件原則上不應(yīng)該使用傳導(dǎo)性良好的材質(zhì)，因為金屬件的介電常數(shù)較大，對雷達(dá)波的反射信號會產(chǎn)生嚴(yán)重的損耗。一般用塑料材質(zhì)作為雷達(dá)覆蓋件，其介電常數(shù)都小于4，對雷達(dá)波的反射信號影響較小。在以保險杠或散熱器格柵作為雷達(dá)前端覆蓋件時，應(yīng)盡量選用單一材質(zhì)，并且在雷達(dá)輻射透射區(qū)域內(nèi)避免采用涂裝、電鍍等表面處理工藝。

雷達(dá)前端車身覆蓋件的結(jié)構(gòu)設(shè)計

覆蓋件在雷達(dá)波輻射區(qū)域需要是簡單平滑的曲面，此曲面在水平方向和垂直方向上的曲面半徑都應(yīng)該大于400mm，盡量避免復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)。同時雷達(dá)的輻射角與覆蓋件的外表曲面應(yīng)垂直。考慮到車輛前方雷達(dá)的匹配，此角度允許有20°的最大偏離。在雷達(dá)布置前期考慮到雷達(dá)的售后維修及校正等方面的需求，在覆蓋件結(jié)構(gòu)設(shè)計時留有可方便拆卸的裝配結(jié)構(gòu)。

雷達(dá)與車身前端周邊零件的相對位置要求

雷達(dá)屬于高敏性電子器械，對自身的工作環(huán)境要求相對較高，除了與前端覆蓋件要求有10mm以上距離間隙外，對其它周邊零部件也有特定的距離要求。因車輛喇叭的聲波會對雷達(dá)信號產(chǎn)生干擾，在雷達(dá)的后方及周圍各向300mm范圍內(nèi)不應(yīng)有喇叭安裝。通常微波雷達(dá)的工作環(huán)境溫度都小于90℃，所以雷達(dá)的布置應(yīng)與發(fā)動機(jī)水箱散熱器、油冷器及空調(diào)冷凝器等高溫工作

零部件保持特定的距離間隙；以防止零部件之間熱傳遞，從而導(dǎo)致雷達(dá)工作失效。同樣雷達(dá)的輻射區(qū)域也有相對位置要求，雷達(dá)的輻射波區(qū)域前端不應(yīng)被前牌照所遮擋，雷達(dá)的輻射波范圍與前牌照必須有10mm以上相對距離間隙。

結(jié)論

隨著現(xiàn)代汽車向節(jié)能、環(huán)保與安全的方向發(fā)展，車用雷達(dá)作為新型的主動安全系統(tǒng)關(guān)鍵組件之一，必將擁有廣闊的市場前景。而車用雷達(dá)及其安全系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的研究，對于促進(jìn)汽車交通安全的發(fā)展具有重要意義。