启飞汽车

原作者：张颖杰  来源：大众汽车.学术版
 
摘要
 
    随着汽车的普及，消费者对车辆的安全性越来越重视。由于安全气囊等被动安全技术已非常成熟，如何进一步保障行车安全，提前规避风险，汽车界提出了主动安全的概念。作为主动安全的自适应巡航技术成为各车企争先搭载的配置。本文从系统结构、原理、周边系统、算法等不同方面进行了分析，对自适应巡航技术的研究提供参考和借鉴。

一、系统结构
 
　　ACC系统主要包括控制模块、信息收集单元、执行机构、人机交互等零部件组成，ACC功能的实现不是单独依靠雷达，依靠的是对多系统的融合，这也成为重点研究方向。 
　　（一）控制模块： ACC系统的计算模块一般集成在雷达本体中，雷达探测到周边环境等信息，决策计算出车辆的控制作用，输出给执行机构。 
　　（二）信息收集单元：作为探测周边环境的关键零部件，雷达的相关参数直接影响ACC系统的功能和性能。通过对探测距离、分比率、环境适应度等参数分析，与激光雷达、超声波雷达、红外雷达、摄像头等传感器相比，毫米波雷达具有恶劣环境适应性强、毫秒级响应速度、超远探测距离、低成本等多项优势。目前，沃尔沃XC60、奔驰S、奥迪A6等车型均采用毫米波雷达传感器。随着技术的发展，多传感器技术融合成为未来研究的方向。 
　　（三）执行机构：ACC主要输出制动请求和扭矩请求，执行零部件分别为ESP（Electronic Stability Program）电子稳定程序和发动机ECM电子控制模块。ACC系统对ESP和ECU的相应执行模块的触发门限、响应速度、响应扭矩和减速度误差等参数都有具体的要求。目前，市场上汽车搭载的ESP和ECM多为外资产品，具有一定垄断性。 
　　（四）辅助传感器：要实现车辆的纵向控制，单纯依靠雷达对环境的探测是不够的，还需要综合车辆状态和驾驶意图的判定，这就需要车速、车辆状态、方向盘转角及转速、横摆角等多种信号的输入。同时，ACC运行的过程中，如果驾驶员解开安全带，这种情况下，ACC是需要退出车辆的控制，要求驾驶员接管车辆。所以ACC还需要包括驾驶员侧安全带、车门开启、雨刮等信号的输入，实现对ACC功能的限制。 
　　（五）人机交互：人机交互界面主要用于驾驶员对ACC系统的功能选择和参数设定，一般包括OFF/ON、Cancel、Set+、Set-、Resume、Headeway Time几个按键。同时ACC通过图像、声音、震动等方式提示系统状态、故障等信息。控制模块根据不同报警级别，采用不同的报警形式，如果前方情况不紧急，一般采用图像报警；如果前方路况一般紧急，则采用声音报警；如果前方路况非常紧急，则系统不进行报警，直接要求ESP对车辆进行制动。因为既要给驾驶员预留反应时间，也要保证报警的有效，所以报警门限的合理选择也是重点研究的方向。
 
二、ACC系统工作原理
 
　　在ACC系统的实际应用中，主要包括定速巡航、匀速跟车、换道插入/驶离、紧急刹车这五种典型的交通场景。当无车辆时，主车将处于普通的巡航状态，ACC系统按照驾驶员设定的车速对车辆进行匀速控制。当主车前方有目标车辆，且目标车辆的行驶速度小于主车的速度时，ACC系统将控制主车进行减速，确保两车间的距离为设定的安全距离。当ACC系统将主车减速至理想的目标值后采用跟随控制，与目标车辆以相同的速度行驶。当前方的目标车辆移车道行驶，或主车移车道行驶使得主车前方又无车辆时，ACC系统将对主车进行加速控制，使主车恢复至设定的行驶速度。在恢复行驶速度后，ACC系统又转入对主车匀速控制。当驾驶员参与车辆驾驶后ACC系统将自动退出对车辆的控制。
 
三、安全车间距模型及防撞报警算法 

　　ACC控制模块中的间距策略和控制算法是核心组成部分。间距策略依据驾驶环境确定期望的安全车间距，为ACC控制算法提供输入值；ACC控制算法则输出扭矩或减速度请求，实现期望的安全间距。 
　　（一）如何创建安全车间距模型 
　　如果两辆汽车保持的是前后距离，有时候会因为后面的车速高于前者而出现相撞的事故。而为了能够防止这一现象，就要通过汽车自适应巡航系统来进行判断，需先创建安全车间距模型。 
　　通常，都是采用前车不动，然后再把驾驶员所作出反应的时间分隔开，这样就能判断出驾驶员的纯反应时间，以此来设立安全车间距模型。之所以采用这种方式，是因为出现追尾的现象主要是由于驾驶员反应不及时所造成的。不过采用这种方法，也同时引出了两种报警距离，提醒报警距离和刹车报警距离。前者是需要根据驾驶员的反应时间来对报警距离作出准确的计算，而后者则不需要。 
　　安全距离的一般计算公式为： 
　　ds=Th-V 
　　Th为车辆间隔时间（headway time），可以为常量，也可以由驾驶员根据不同的交通工况进行设定；V为车辆速度 
　　（二）防撞报警算法 
　　交通流、路面实际状况以及驾驶员等是在制定防撞报警算法时候必须要涉及到的几个因素。首先让驾驶员不要受到报警系统的影响，以免由于被吸引注意力而发生意外状况；要根据驾驶员的习惯来确定防撞报警算法；报警系统应该在驾驶员操作完毕后要得到控制。 
　　在汽车自适应巡航系统中，防撞报警法是其重要的组成部分，此算法的运用，无论车处于什么状态下，都可以为司机及时的传出警报信息。而采用无量纲的警告值是汽车自适应巡航系统的特点之一。 
　　它的公式为： 
　　w=dw-db/d-db， 
　　d是车辆间的的实际距离，db是刹车报警距离，dw是提醒报警距离。当W>1对应着d>dw时，此时绿色指示灯亮，系统不报警，表明车辆保持安全距离。 

结束语
 
　　汽车自适应巡航控制系统是一种先进的汽车控制系统，它对于提高驾驶安全起到了很好的作用。如果将来所有车辆都使用了汽车自适应巡航控制系统，就可以有效的提高车速和较小安全距离，从而提高了公路容量和运输效率。
 

福利：做任何事情，都有方法。比如汽车行业如何最短时间内获取高薪，其实，是一件很容易的事情，结合汽车行业十多年工作经历，我做了一次系统全面总结无偿分享大家，文章共计十篇。帮助更多的网友在汽车行业快速发展。同时，我业余时间整理一套免费经典的CATIA视频教程， 汽车设计领域必备软件工具，大家有需要的，可以给我留言，请加qq:1011852705，微信qifei1799。提“启飞”就可以获取下载链接:汽车行业快速突破月薪过万绝密分享和catia视频精品一套。明确方向，精准学习，为以后在汽车行业职场做好铺垫。
 

让启飞为“你的未来”助力！