雷達在汽車主動安全系統(tǒng)中的應(yīng)用知識介紹

雷達在汽車主動安全系統(tǒng)中的應(yīng)用知識介紹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，各種先進技術(shù)被應(yīng)用在汽車上。下面介紹汽車雷達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者的重視，更多的先進技術(shù)也被應(yīng)用到其中。以雷達測距技術(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。預(yù)碰撞安全系統(tǒng)預(yù)碰撞安全系統(tǒng)簡稱PCSS，它主要由實時監(jiān)測雷達、各種傳感器、信號處理模塊、報警模塊及執(zhí)行機構(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裝置對前方動態(tài)車輛及障礙物進行測距，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)行機構(gòu)將會啟動車輛上安全裝置輔助駕駛者對車輛行駛進行控制，以實現(xiàn)主動防碰撞的目標。執(zhí)行機構(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。雷達的分類及概況按雷達的測量介質(zhì)不同，可將車用雷達分為超聲波雷達、紅外線雷達、激光雷達及微波雷達。由于超聲波雷達、紅外線雷達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。而激光雷達和微波雷達具有測距遠、精度高等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于汽車主動安全系統(tǒng)上。激光雷達按測量原理不同可分為脈沖式和相位式。激光雷達的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)相對簡單，具有高精度、高方向性、探測距離遠、能識別道路狀況及產(chǎn)品價格便宜等特點。采用激光雷達的預(yù)碰撞系統(tǒng)先從激光掃描雷達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。由于激光雷達接受的目標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確快速的計算，得出相對車輛速度信息。微波雷達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。微波具有探測距離遠、穿頭能力強、運行可靠以及實時性佳等優(yōu)點。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)車輛與前方目標車的距離和相對速度信息。在主動安全系統(tǒng)中雷達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及無線通訊設(shè)備的影響，并減少對周圍人體的輻射。雷達的布置要求

為了滿足PCSS及ACC系統(tǒng)功能的正常使用，雷達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)域雷達前端可能存在的覆蓋件，例如保險杠、雷達天線屏蔽器、散熱器格柵或車輛品牌標徽等。理想的微波雷達布置位置是前方?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的信息反潰如果雷達必須安裝在一些覆蓋件的后方，為使雷達完全發(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一步導(dǎo)致性能和功能受限。雷達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，對雷達波的反射信號會產(chǎn)生嚴重的損耗。一般用塑料材質(zhì)作為雷達覆蓋件，其介電常數(shù)都小于4，對雷達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前端覆蓋件時，應(yīng)盡量選用單一材質(zhì)，并且在雷達輻射透射區(qū)域內(nèi)避免采用涂裝、電鍍等表面處理工藝。雷達前端車身覆蓋件的結(jié)構(gòu)設(shè)計覆蓋件在雷達波輻射區(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)。同時雷達的輻射角與覆蓋件的外表曲面應(yīng)垂直?？紤]到車輛前方雷達的匹配，此角度允許有20°的最大偏離。在雷達布置前期考慮到雷達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)。雷達與車身前端周邊零件的相對位置要求雷達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信號產(chǎn)生干擾，在雷達的后方及周圍各向300mm范圍內(nèi)不應(yīng)有喇叭安裝。通常微波雷達的工作環(huán)境溫度都小于90℃，所以雷達的布置應(yīng)與發(fā)動機水箱散熱器、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)致雷達工作失效。同樣雷達的輻射區(qū)域也有相對位置要求，雷達的輻射波區(qū)