智能網聯汽車基礎(三)
——先進駕駛輔助系統(上)

◆文/江蘇 周曉飛

(接上期)

可以說智能網聯汽車的終極目標就是實現自動駕駛或無人駕駛。智能網聯汽車自動駕駛分有L0～L5六個等級，目前正處于L2～L3等級的落地發展階段，已具備L3級自動駕駛能力，但市場應用規模仍然比較小，一方面受限于尚未完善L3級自動駕駛上路的法律法規；另一方面也受限于技術實現，例如，當前車載攝像頭主要以720P、1080P分辨率為主，空間分辨率已經與人眼接近，而感知距離通常為200～250m，與人類肉眼可感距離(大于500m)仍存在差距。逆光、圖像動態范圍是當前影響視覺傳感器可靠性的主要技術挑戰。所以，當前高級輔助駕駛系統仍然是市場主導。

先進駕駛輔助系統ADAS是利用安裝在車上的多種傳感器，在汽車行駛過程中隨時感應周圍的環境，收集數據，進行靜態、動態物體的辨識、偵測與追蹤，并與本車相關數據信息，進行綜合的系統運算與分析，從而預先讓駕駛者察覺到可能發生的危險，有效增加汽車駕駛的舒適性和安全性可靠性。

一、先進駕駛輔助系統相關術語

我們通常講的智能輔助駕駛系統(或者叫高級輔助駕駛系統)的標準術語稱：先進駕駛輔助系統，英文 advanced driver assistance systems，簡稱ADAS。

在2021年6月1日實施的GB/T39263-2020這樣定義先進駕駛輔助系統：利用安裝在車輛上的傳感、通信、決策及執行等裝置,實時監測駕駛員、車輛及其行駛環境,并通過信息和/或運動控制等方式輔助駕駛員執行駕駛任務或主動避免/減輕碰撞危害的各類系統的總稱。

1.信息輔助類術語

(1)駕駛員疲勞監測

駕駛員疲勞監測，英文driver fatigue monitoring，簡稱DFM。駕駛員疲勞監測實時監測駕駛員狀態并在確認其疲勞時發出提示信息。

（2）駕駛員注意力監測

駕駛員注意力監測，英文driver attention monitoring;簡稱DAM。駕駛員注意力監測實時監測駕駛員狀態并在確認其注意力分散時發出提示信息。

(3)交通標志識別

交通標志識別，英文，traffic signs recognition;簡稱ISR。交通標志識別自動識別車輛行駛路段的交通標志并發出提示信息。

(4)智能限逮提示

智能限逮提示，英文intelligent speed limit information;簡稱ISLI。智能限逮提示自動獲取車輛當前條件下所應遵守的限速信息并實時監測車輛行駛速度,當車輛行駛速度不符合或即將超出限速范圍的情況下適時發出提示信息。

(5)彎道速度預警

彎道速度預警，英文curve speed warning；簡稱CSW。彎道速度預警對車輛狀態和前方彎道進行監測,當行駛速度超過彎道的安全通行車速時發出警告信息。

(6)抬頭顯示

抬頭顯示，英文head-up display，簡稱HUD。將信息顯示在駕駛員正常駕駛時的視野范圍內,使駕駛員不必低頭就可以看到相應的信息。

(7)全景影像監測

全景影像監測，英文 around view monitoring，簡稱AVM。全景影像監測向駕駛員提供車輛周圍360°范圍內環境的實時影像信息。

（8）夜視

夜視，英文 night vision，簡稱NV。在夜間或其他弱光行駛環境中為駕駛員提供視覺輔助或警告信息。

(9)前向車距監測

前向車距監測，英文 forward distance monitoring;簡稱FDM。前向車距監測實時監測本車與前方車輛車距,并以空間或時間距離等方式顯示車距信息。

(10)前向碰撞預警

前向碰撞預警，英文forward collision warning;簡稱FCW。前向碰撞預警實時監測車輛前方行駛環境,并在可能發生前向碰撞危險時發出警告信息。

（11）后向碰撞預警

后向碰撞預警，英文 rear collision warning，簡稱RCW。后向碰撞預警實時監測車輛后方環境,并在可能受到后方碰撞危險時發出警告信息。

(12)車道偏離預警

車道偏離預警，英文lane departure warning，簡稱LDW。車道偏離預警實時監測車輛在本車道的行駛狀態,并在出現或即將出現非駕駛意愿的車道偏離時發出警告信息。

(13)變道碰撞預警

變道碰撞預警，lane changing warning，簡稱LCW。變道碰撞預警在車輛變道過程中,實時監測相鄰車道,并在車輛側方和/或側后方出現可能與本車發生碰撞危險其他道路使用者時發出警告信息。

(14)盲區監測

盲區監測，英文blind spot detection，簡稱BSD。盲區監測實時監測駕駛員視野盲區,并在其盲區內出現其他道路使用者時發出提示或警告信息

(15)側面盲區監測

側面盲區監測，英文side blind spot detection，簡稱SBSD。側面盲區監測實時監測駕駛員視野的側方及側后方盲區，并在其盲區內出現其他道路使用者時發出提示或警告。

(16)轉向盲區監測

轉向盲區監測，英文steering blind spot detection，簡稱STBSD。在車輛轉向過程中,實時監測駕駛員轉向盲區,并在其盲區內出現其他道路使用者時發出警告。

(17)后方交通穿行提示

后方交通穿行提示，英文rear cross traffic alert，簡稱RCTA。在車輛倒車時,實時監測車輛后部橫向接近的其他道路使用者,并在可能發生碰撞危險時發出警告信息。

(18)前方交通穿行提示

前方交通穿行提示，英文front cross traffic alert，簡稱FCTA。在車輛低速前進時,實時監測車輛前部橫向接近的其他道路使用者,并在可能發生碰撞危險時發出警告信息。

(19)車門開啟預警

車門開啟預警，英文door open warning;簡稱DOW。在停車狀態即將開啟車門時,監測車輛側方及側后方的其他道路使用者,并在可能因車門開啟而發生碰撞危險時發出警告信息。

(20)倒車輔助

倒車輔助，英文reversing condition assist，簡稱RCA。在車輛倒車時,實時監測車輛后方環境,并為駕駛員提供影像或警告信息。

(21)低速行車輔助

低速行車輔助，英文 maneuvering aid for low speed operation;簡稱MALSO。在車輛低速行駛時,探測其周圍障礙物,并當車輛靠近障礙物時為駕駛員提供影像或警告信息。

2.控制輔助類術語

(1)自動緊急制動

自動緊急制動，英文advanced/ automatic emergency braking，簡稱AEB。自動緊急制動實時監測車輛前方行駛環境,并在可能發生碰撞危險時自動啟動車輛制動系統使車輛減速,以避免碰撞或減輕碰撞后果。

(2)緊急制動輔助

緊急制動輔助，英文emergeney braking assist，簡稱EBA。實時監測車輛前方行駛環境,在可能發生碰撞危險時提前采取措施以減少制動響應時間并在駕駛員采取制動操作時輔助增加制動壓力,以避免碰撞或減輕碰撞后果。

(3)自動緊急轉向

自動緊急轉向，英文automatic emergency steering，簡稱AES。自動緊急轉向實時監測車輛前方、側方及側后方行駛環境,在可能發生碰撞危險時自動控制車輛轉向,以避免碰撞或減輕碰撞后果。

(4)緊急轉向輔助

緊急轉向輔助，英文emergency steering assist;簡稱ESA。實時監測車輛前方、側方及側后方行駛環境,在可能發生碰撞危險且駕駛員有明確的轉向意圖時輔助駕駛員進行轉向操作。

(5)智能限速控制

智能限速控制，英文intelligent speed limit control，簡稱ISLC。智能限速控制自動獲取車輛當前條件下所應遵守的限速信息,實時監測并輔助控制車輛行駛速度,以使其保持在限速范圍之內。

(6)車道保持輔助

車道保持輔助，英文lane keeping assist;簡稱LKA。車道保持輔助實時監測車輛與車道邊線的相對位置,持續或在必要情況下控制車輛橫向運動,使車輛保持在原車道內行駛。

(7)車道居中控制

車道居中控制，英文lane centering control;簡稱LCC。車道居中控制實時監測車輛與車道邊線的相對位置,持續自動控制車輛橫向運動,使車輛始終在車道中央區域。

(8)車道偏離抑制

車道偏離抑制，英文lane departure prevention;簡稱LDP。實時監測車輛與車道邊線的相對位置,在車輛將發生車道偏離時控制車輛橫向運動,輔助駕駛員將車輛保持在原車道內行駛。

(9)智能泊車輔助

智能泊車輔助，英文intelligent parking assist;簡稱IPA。在車輛泊車時,自動檢測泊車空間并為駕駛員提供泊車指示和/或方向控制等輔助功能。

(10)自適應巡航控制

自適應巡航控制，英文adaptive cruise control，簡稱ACC。ACC實時監測車輛前方行駛環境,在設定的速度范圍內自動調整行駛速度,以適應前方車輛和/或道路條件等引起的駕駛環境變化。

(11)全速自適應巡航控制

全速自適應巡航控制，英文full speed range adaptive cruise control，簡稱:FSRA。實時監測車輛前方行駛環境,在設定的速度范圍內自動調整行駛速度并具有減速至停止及從停止狀態自動起步的功能,以適應前方車輛和/或道路條件等引起的駕駛環境変化。

(12)交通擁堵輔助

交通擁堵輔助，英文traffic jam assist，簡稱TJA。在車輛低速通過交通擁堵路段時,實時監測車輛前方及相鄰車道行駛環境,并自動對車輛進行橫向和縱向控制,其中部分功能的使用需經過駕駛員的確認。

(13)加速踏板防誤踩

加速踏板防誤踩，英文antimaloperation for accelerator pedal，簡稱AMAP。在車輛起步或低速行駛時,因駕駛員誤踩加速踏板產生緊急加速而可能與周邊障礙物發生碰撞時,動抑制車輛加速。

(14)自適應遠光燈

自適應遠光燈，英文adaptive driving beam，簡稱ADB。自適應遠光燈能夠自動調整投射范圍以減少對前方或對向其他車輛駕駛員炫目干擾的遠光燈。

(15)適應前照燈

適應前照燈，英文adaptive front light，簡稱AFL。適應前照燈能夠自動進行近光/遠光切換或投射范圍控制,從而為適應車輛各種使用環境提供不同類型光束的前照燈。

二、超聲波雷達維修

1.超聲波傳感器(雷達)相關術語

(1)超聲波傳感器

超聲波傳感器總成(ultrasonic sensor assembly)，是用于發射、接收和處理探測障礙物的超聲波信號,進行障礙物距離計算的電子裝置。

(2)探測范圍(field of view)

傳感器能夠探測到的有效三維空間區域。

(3)探測覆蓋率(detect ion coverage rate)

傳感器的有效探測范圍與所要求的探測范圍的百分比。

(4)啟動信號(start Ing si gna)

按照既定的通訊協議用于啟動傳感器工作的指令信號。

(5)收發裝置(transce iver dev ice)

用于給傳感器發送啟動信號或按既定的通訊協議發送數據幀,并接收傳感器返回的距離信號、方位信號等信息,以聽覺或視覺等方式給予指示的測試專用電子模塊。

(6)探測范圍

超聲波傳感器的探測范圍應根據應用場景來確定，GB/T《汽車用超聲波傳感器總成》規定了其探測范圍如表1所示。

①水平探測覆蓋率

水平探測覆蓋率應符合以下規定：

①在極坐標(0.2m,a/2)和(0.2m,-a/2)到極坐標(0.6m,a/2)和(0.6m,-a/2)的范圍內,探測覆蓋率應不小于90%。

②在坐標點(0.6m,a/2)和(0.6m,-a/2)到(0.6 omx sin a/2,D)和(-0.6 mx sin a/2Dnm)的范圍內,探測覆蓋率應不小于80%;

③其他范圍的探測覆蓋率不作要求。

說明:某車型倒車警示(Ⅱ類)傳感器探測距離為:0.2m～1.5m,水平角度為110°,按照a)和b)的坐標點作圖,其探測覆蓋率90%包絡的區域為圖1中的a區,覆蓋率80%包絡的區域為圖1中的b區。

圖1 某車型倒車雷達水平探測范圍包絡圖

②垂直探測覆蓋率

垂直探測覆蓋率應符合以下規定：a.在極坐標(0.2m，β/2)和(0.2m，-β/2)到極坐標(0.6m,β/2)和(0.6m，-β/2)的范圍內,有效探測點與范圍內要求點的比例需大于90%。

b.在極坐標(0.6m，β/2)和(0.6m，-β/2)到極坐標(0.6m×Sin β/2，Dmax)和(-0.6m×Sinβ/2,Dmax)的范圍內,有效探測點與范圍內要求點的比例需大于80%。

c.其他范圍的探測覆蓋率不作要求。

(7)探測精度

探測精度在0.2m至1.0m范圍內應不超過±30m;大于1.0m至最遠距離范圍內應不超過探測距離的±3%。

(8)啟動時間

按照既定的通訊協議能夠啟動,啟動時間應不大于600ms。

說明:通訊協議的格式不限,可由供需雙方協商確定。

2.超聲波傳感器的特點

①直接測量較近目標的距離，一般測量距離小于10m。

②超聲波對色彩、光照度不敏感，可適用于識別透明、半透明及漫反射差的物體。

③超聲波對外界光線和電磁場不敏感，在黑暗、電磁干擾強等比較惡劣環境也可探測。

④超聲波傳感器結構簡單、體積小、價格也很低。

⑤超聲波傳感器可以進行實時控制，信息傳輸簡單可靠，易于小型化與集成化。

3.超聲波傳感器安裝位置

超聲波傳感器在車上的主要應用就是倒車雷達系統或者前后泊車系統(圖2)。

圖2 超聲波傳感器安裝位置

汽車倒車雷達是解決針對行車環境(道路街區、停車場等)存在的視覺盲區，無法看見車后的障礙物的一種汽車防撞系統。這樣，系統能夠在較低速度進行倒車的過程中，自動識別出車輛后方的障礙物，還能測量車與障礙物之間的距離，在車輛與障礙物發生碰撞之前發出聲光報警信號，提醒駕駛員及時停車。

由于車型和車輛配置的不同，汽車前保險杠中安裝了不同數量的超聲波傳感器。很多車型安裝了5個超聲波傳感器甚至更多，目的為了監控優化了幾何形狀。在后保險杠內安裝了4個超聲波傳感器。前后保險杠內的超聲波傳感器在電氣和幾何形狀方面都是相同的。

4.超聲波傳感器基本結構原理

倒車雷達采用超聲波測距原理，利用安裝在前、后保險杠上的超聲雷達探頭，探測周圍環境，檢測車輛與障礙物的距離，進而改變報警界面上的顯示信息和報警聲提醒駕駛員注意。圖3為超聲波傳感器探測位置及距離，各種車型的探測距離略有差別。

圖3 超聲波傳感器探測位置及距離

轉角傳感器和中央傳感器監控車輛附近的物體，蜂鳴器、駕駛員信息界面和多功能綜合信息顯示屏顯示車輛和障礙物之間的大致距離，大約在60m內，或更短距離(圖4)。根據障礙物形狀的不同,雷達傳感器的檢測范圍可能會有變化。

圖4 超聲波雷達轉角傳感器

前后保險杠內的超聲波傳感器(圖5)在電氣和幾何形狀方面都是相同的。超聲波傳感器有一個較小的膜片，該膜片均已上漆。通過傳感器外殼上的分隔元件，可采用結構上較小的膜片。

圖5 超聲波傳感器

超聲波傳感器發射超聲波脈沖，障礙物反射這些超聲波脈沖(回聲脈沖)，超聲波傳感器接收并放大這些回聲脈沖，接著這些被放大過的回聲脈沖被轉換成一種數字信號。

去耦是專指去除芯片電源管腳上的噪聲。該噪聲是芯片本身工作產生的。 在直流電源回路中，負載的變化也會引起電源噪聲。去耦的基本方法是采用去耦電容。

每個超聲波傳感器都有一套自己的電子裝置以及自己的一根連接相應控制單元的數據導線。

相應控制單元在打開點火開關時將當前的車輛數據提供給超聲波傳感器(工作存儲器)。超聲波傳感器被泊車輔助系統控制單元置于組合收發模式或純接收模式。