雷達技術在汽車防撞安全系統的應用

劉建俊 王新星

摘 要：由于汽車工業的快速發展和私家車數量的“井噴式”增加，汽車相撞引發的安全交通事故頻繁出現，給人們的生命財產安全帶來了巨大的威脅。而據一項實驗統計報告數據顯示，如果汽車駕駛員在碰撞“發生”的前一秒中得到安全預警的話，能夠減少九成的汽車碰撞安全事故。雷達技術對于位置信息的判斷和分析具有高精確度，因而將雷達技術用于汽車行駛過程中，對于汽車行駛的位置信息具有更加清楚地認識，對于具有危險性的行使距離提出預警，能夠有效減少汽車碰撞安全事故的發生。

關鍵詞：雷達技術；汽車防撞；安全系統

1. 我國雷達技術在汽車防撞安全系統的應用現狀

由于受到社會經濟和技術發展的影響和制約，我國對于雷達技術在汽車防撞安全系統的應用還處于起步階段，從技術水平到產品研發上還相對落后。

當前我國的汽車防撞安全系統中主要的研制內容在于微電子和毫米波技術，有很多研究機構重點關注微電子和毫米波的天線的研制和研發[1]。在汽車防撞安全系統中，喇叭天線和波導結構的收發前端已經逐步進入到實用化的階段，在很多汽車中得到了推廣和應用，同時也為毫米波雷達技術的研究打下堅實的基礎。而像平面天線、前端集成化的研究在逐步展開，網絡數據庫存儲和處理技術的發展為雷達信號的接收、處理和減少噪聲的干擾提供了有力的保證。從總體上說，我國的雷達技術還較為落后，但早汽車防撞安全系統應用發展迅速。

2. 汽車主動防撞預警系統構成

汽車主動防撞預警系統所采集的信息包括自車信息和前方目標信息。自車信息包括：自車車速、方向盤角度、制動踏板位置、節氣門開度和路面附著狀況等信息；目標信息包括：利用毫米波雷達傳感器對前方目標進行精確定位和分類信息。將自車信息和目標信息發送到CAN總線上，傳遞到車輛電子控制單元（ECU）的防撞系統控制模塊，防撞系控制模塊根據所采集的信息，作為輸入信號輸入到模塊的規避控制模塊，對所檢測目標進行危險等級分類。根據危險等級的不同，ECU發出三類不同危險程度的指令，控制執行機構的動作。臨界危險目標發出報警信號，報警系統工作；危險目標發出減速信號，減速系統工作；極限危險目標發出制動信號，制動系統工作。最終達到提醒或協助駕駛員做出合理的駕駛行為，對車輛的控制還是由駕駛員自己決定。

在汽車主動防撞預警系統中，毫米波雷達測量前方車輛、護欄、人員的距離和速度，分辨出不同的目標，哪些是危險目標、哪些是安全距離目標等是防撞預警系統的關鍵技術，目標識別的正確與否可大幅降低虛警的數量，避免影響汽車的正常行駛，因此，車用測距雷達是各大整車企業、研發機構正在努力突破的關鍵技術。

3. 雷達技術在汽車防撞安全系統中的應用

3.1毫米波雷達長距離測距

為了更好的適應道路交通狀況，解決盲區視野問題，在日本和美國開展了大量的工作。如應用毫米波雷達CCD攝像檢測交通狀況，根據危險程度改變直觀信號的音調、顏色和位置，并在顯示器中顯示。實現高度智能化，極大的改善車輛的安全性。雷達是利用目標對電磁波反射來發現目標并測定其位置的。汽車上應用的雷達采用的是30GHz以上的毫米波雷達。毫米波頻率高、波長短，一方面可縮小從天線輻射的電磁波射束角幅度，從而減少由于不需要的反射所引起的誤動作和干擾，另一方面由于多普勒頻移大，相對速度的測量精度高。在汽車上應用毫米波雷達測距，探測性能穩定，環境適應性能好。

3.2超聲波距離測距

它利用超聲探測原理，在司機倒車時，能正確的從數碼顯示器上了解汽車尾部與障礙物之間的距離。當測距顯示小于報警距離時，還能準確報警，及時提醒司機剎車。超聲波一般指頻率在20kHz以上的機械波，具有穿透性較強、衰減小、反射能力強等特點。超聲波測距儀器一般由發射器、接收器和信號處理裝置三部分組成。工作時，超聲波發射器不斷發出一系列連續的脈沖，并給測量邏輯電路提供一個短脈沖。超聲波接收器則在接收到遇障礙物反射回來的反射波后，也向測量邏輯電路提供一個短脈沖。最后由信號處理裝置對接收的信號依據時間差進行處理，自動計算出車與障礙物之間的距離。超聲波測距原理簡單，成本低、制作方便，但其在高速行駛的汽車上的應用有一定局限性，這是因為超聲波的傳輸速度受天氣影響較大，不同的天氣條件下傳播速度不一樣；另一方面是對于遠距離的障礙物，由于反射波過于微弱，使得靈敏度下降。故超聲波測距一般應用在短距離測距，最佳距離為4～5米，一般應用在汽車倒車防撞系統上。

3.3激光測距

激光測距裝置是一種光子雷達系統，它具有測量時間短、量程大、精度高等優點，在許多領域得到了廣泛應用。目前在汽車上應用較廣的激光測距系統可分為非成象式激光雷達和成象式激光雷達。

3.3.1自適應巡航控制（Adaptive Cruise Contro） 該裝置是通過裝在汽車前方的雷達傳感器，幫助司機保持適當車速并控制與前方車輛的距離。當需巡航控制時，可通過節氣門的控制和有限制動來調節車速，保持車輛前后之間的距離，并可減少手動變速的動作。

3.4防碰撞預警系統（COllision Warning Systems）

3.4.1 防碰撞預警探測系統 該系統采用76GHZ的微波雷達傳感器，能探測距離車輛前方150m以上的物體，不受車輛行駛速度的影響。它能根據所測出的障礙物與本車輛的距離，給司機發出不同的警告，如司機對發出的視覺閃光警告未作出反應，能立即發出蜂鳴聲或響鈴報警。如車輛在行駛狀態時，即能自動工作，可減少前面碰撞的危險。

3.4.2 防側面（左右兩邊）碰撞預警探測系統 該系統采用微波雷達探測行駛在盲區內的車輛及警告司機注意車道左右兩旁的車輛和行人的距離等。當車輛在正常行駛狀態時，該側面探測預警系統會自動工作，它不會對雷達探測器及其他電子系統造成干擾。

3.4.3 防后部碰撞預警探測系統 該系統采用微波雷達探測車輛后部司機看不到區域內障礙物體（固定的或移動的），探測距離為5m以內，當車輛正常行駛時也會自動工作，能測出后面跟隨車輛的距離，提供警告預防后部車輛碰撞。它為倒車和停車泊位提供了幫助。

3.5 碰撞干預預警系統（ColIision Intervention Systems） 該系統通過微波雷達探測系統，向司機發出發出預警后，司機如未能及時采取措施，系統就能通過發動機的節氣門控制和有限制動，使車輛自動減速，直至車輛停駛。

參考文獻：

[1]鄧湖明.汽車巡航雷達信號處理單元研究與實現.西安：西安電子科技大學，2014.

[2]袁海軍，肖茂，謝云峰.汽車主動安全技術探討（J）.機電產品開發與創新.2014（01）：56.