汽車正面防撞輔助系統(tǒng)的認(rèn)知及故障分析

韓孟

摘要：2016年9月，美國汽車工程協(xié)會（SAE）制定標(biāo)準(zhǔn)J30162016，定義汽車自動化為六個等級。截止目前，北京現(xiàn)代名圖汽車按照這個標(biāo)準(zhǔn)劃分，屬于2級半自動化。筆者按照此標(biāo)準(zhǔn)解讀，也就是說，北京現(xiàn)代名圖汽車中安裝了高級駕駛輔助系統(tǒng)，例如：車道保持輔助、后側(cè)方盲區(qū)防撞輔助等等。以下介紹的正面防撞輔助系統(tǒng)（英文名稱縮寫：FCA）（以下簡稱FCA）只是多個輔助系統(tǒng)中的一員。主要功用是保證行車過程中，保證駕駛?cè)伺c乘客的人身安全，或是當(dāng)碰撞無法避免時，最大程度的降低事故等級。

關(guān)鍵詞：FCA;前雷達(dá)傳感器;前攝像頭;TTC;QQ值

中圖分類號：U469? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）15-0120-02

1? 正面防撞輔助系統(tǒng)的認(rèn)知

正面防撞輔助系統(tǒng)是指汽車在行駛中防止與前方物體發(fā)生碰撞的行駛安全功能，如果檢測到存在與前方車輛/行人/騎車人發(fā)生碰撞的危險性，就會發(fā)出警報。發(fā)出警報后，如果發(fā)生碰撞的危險性增大時，就會采取制動控制措施。

正面防撞輔助系統(tǒng)的組成如圖1所示。

FCA采用萬都前雷達(dá)傳感器主要用于檢測前方物體，該雷達(dá)傳感器的規(guī)格：頻率77GHz、最大檢測距離174米、檢測目標(biāo)最多64個，安裝在散熱器格柵上。前雷達(dá)傳感器由短程傳感器和長程傳感器組成。短程傳感器可檢測到距離車輛50米、角度在60°范圍內(nèi)的物體。長程傳感器主要檢測距離在174和角度在20°范圍內(nèi)遠(yuǎn)離本車輛的物體。雷達(dá)傳感器中包含的天線的最大檢測范圍為174米，發(fā)射頻率77GHz，這是特定于車輛的長程頻率，并接收前方車輛反射的電磁波頻率。雖然雷達(dá)傳感器可以檢測到多達(dá)64個目標(biāo)，但只有1個目標(biāo)車輛的信息被用來控制車距。一旦通過天線確定目標(biāo)車輛，SCC ECU使用接收的目標(biāo)車輛信息計算目標(biāo)速度、目標(biāo)車距和目標(biāo)加速度/減速度，并發(fā)送給ESC。

1.1 FCA采用萬都前視攝像頭

主要用于通過識別目標(biāo)的獨特形狀模式，判斷目標(biāo)的類型，該攝像頭使用100萬像素，與控制器集成，安裝在擋風(fēng)玻璃上部。用于實現(xiàn)高級駕駛輔助模式的攝像頭從圖像傳感器采集的圖片中獲取特定環(huán)境因素的數(shù)據(jù)（如車道、物體、紅綠燈、交通標(biāo)志、車輛、行人）。前視攝像頭使用圖像的坐標(biāo)和水平寬度來計算與對象的距離。使用攝像頭，可以通過識別物體的獨特形狀來識別物體的類型。

1.2 FCA工作邏輯

根據(jù)由前雷達(dá)傳感器和前視攝像頭傳送的信息進(jìn)行綜合分析，并在預(yù)測到存在與目標(biāo)車輛、行人或騎車人等物體發(fā)生碰撞的危險性時，自動采取制動控制措施，以輔助將各種危險性降至最低。

如果檢測到存在與前方物體發(fā)生的危險性，F(xiàn)CA功能將根據(jù)碰撞剩余時間（TTC）啟動警報控制和輔助制動控制。FCA功能啟動控制的主要因素是碰撞危險等級。如果碰撞危險等級為2級或以下，僅啟動警報控制。如果碰撞危險等級為3級，就會自動采取緊急制動控制措施。在緊急制動過程中，車輛制動控制的最大減速度為1g。1g表示當(dāng)車速為35kPh的車輛進(jìn)行緊急制動，而車速在1.0秒鐘達(dá)到0kPh時，駕駛員所承受的重力加速度載荷量。因此，F(xiàn)CA功能在車輛制動距離不足和高速行駛的條件下啟動，則無可挽回與前方障礙物的碰撞事故。①如，本車輛以40kPh的速度行駛，而目標(biāo)車輛或行人突然出現(xiàn)在本車輛前方時（駕駛員看不見前方）。②TTC接近2.0秒鐘時，系統(tǒng)啟動1級警報（視覺/聽覺警報），并準(zhǔn)備制動（預(yù)加壓）。③TTC變?yōu)榧s1.5秒鐘時，系統(tǒng)啟動2級警報（視覺/聽覺警報），并采取減速度約為0.2g的預(yù)制動控制措施。④TTC變?yōu)榧s1.0秒鐘時，系統(tǒng)啟動3級警報，并采用減速度約為1.0g的制動控制措施。⑤如果車輛通過FCA功能控制而停車，保持停車狀態(tài)約2.0秒鐘。

FCA功能用于降低碰撞破壞的程度。此功能并不可能在所有的駕駛條件下都能防止與前方障礙物的碰撞。此功能在低速條件下（車速為30kPh以下）能有效地防止碰撞發(fā)生，但是根據(jù)室外溫度/濕度、車輛狀況（如輪胎、制動器等狀態(tài)）、路況（如砂石路、積雪等）等多種條件因素，可能無法防止在所有條件下碰撞的發(fā)生。

綜上所述，F(xiàn)CA的工作原理是，行車過程中，前雷達(dá)傳感器與前視攝像頭共同配合，測試出到前面障礙物的即時車速和距離，并將此信號輸送至FCA的控制模塊，模塊通過計算、分析后，計算出TTC，結(jié)合實際TTC，F(xiàn)CA模塊控制相關(guān)報警器發(fā)出警報，或者觸發(fā)制動系統(tǒng)自動工作，使車輛及時減速或停車。雖然，車速超過30km/h時，即使采用緊急剎車，仍不能避免與前障礙物發(fā)生事故，但碰撞危險的影響已經(jīng)大大降低。

1.3 FCA的局限性

雖然，F(xiàn)CA稱為正面防撞輔助系統(tǒng)，但是，并不能說明在任何條件下，都能起到正面防撞的作用。

①如果車速在30km/h以上時，即使采用緊急制動措施，仍存在與前方車輛發(fā)生碰撞的危險;

②在彎道行駛時，沒有操作方向盤，或者直路行駛，操作方向盤，系統(tǒng)都無法啟動控制;

③直射強光、煙霧易導(dǎo)致攝像頭功能異常;

④雷達(dá)傳感器罩污染易導(dǎo)致功能異常。

2? 正面防撞輔助系統(tǒng)的故障分析與排除

2.1 故障現(xiàn)象

一輛2017年12月份生產(chǎn)的北京現(xiàn)代名圖轎車，行駛里程為20188公里，儀表提示請檢查前防撞系統(tǒng)，隨后客戶進(jìn)店檢修。

2.2 故障診斷

接車后，經(jīng)過詢問客戶得知，最近車輛停至路邊，前方車輛操作不當(dāng)，造成兩車相撞，而后，儀表顯示FCA正面防撞輔助系統(tǒng)的報警燈點亮。將車輛開至封閉道路進(jìn)行路試，當(dāng)車速以40km/h的速度行駛，而障礙物突然出現(xiàn)在本車輛前方時，正面防撞輔助系統(tǒng)在本應(yīng)做出響應(yīng)的時間范圍內(nèi)，沒有響應(yīng)，因此，路試判斷FCA失效。用GDS讀取故障碼C162078，SCC/AEB校準(zhǔn)失敗，通過路試和儀器測試，共同得出一致結(jié)論：FCA系統(tǒng)確實存在故障。

2.3 FCA的故障排除

拆檢前保險杠，發(fā)現(xiàn)前雷達(dá)模塊受到撞擊而損壞，模塊支架斷裂。通知配件部門訂貨更換前雷達(dá)模塊及支架總成。

2.3.1 更換前雷達(dá)模塊后，需要重新進(jìn)行程序匹配，具體操作過程為執(zhí)行變形程序編碼，輸入與車輛兼容的選配項

①在雷達(dá)傳感器背面的標(biāo)簽中，檢查批號的最后兩位代碼（QQ）。

“QQ值”：雷達(dá)傳感器在生產(chǎn)過程中由于制造誤差而產(chǎn)生的垂直角度誤差，用2位代碼（字母+數(shù)字）表示。

②在代碼輸入最后的兩位代碼，然后按下[確認(rèn)]按鈕。見表1。

2.3.2 雷達(dá)傳感器校準(zhǔn)

①從GDS診斷儀上選擇“雷達(dá)傳感器校準(zhǔn)”項。

②檢查校準(zhǔn)準(zhǔn)備和條件，拆卸前保險杠，檢查并輸入雷達(dá)傳感器背面標(biāo)簽上批號的最后兩位代碼。見圖2的（a）圖和（b）圖。

③一旦輸入QQ值，GDS診斷儀就會顯示根據(jù)垂直角度參考值和QQ值計算的結(jié)果值。轉(zhuǎn)動調(diào)整螺釘（T20）的同時觀察傾斜儀，按照結(jié)果值調(diào)整垂直角度。

如圖2（a）、圖2（b）圖所示，結(jié)果值“-2.7°”把垂直角度從90°調(diào)整到“-87.3°”、。

④參考維修手冊內(nèi)容，將新型反射器安裝在制定位置，并安裝保險杠。

如果當(dāng)前數(shù)據(jù)流顯示安裝保險杠前后的角度差太大，說明保險杠上的雷達(dá)傳感器罩可能已經(jīng)變形。

⑤最后，駕駛車輛（以大于60km/h的速度駕駛車輛10分鐘以上），以提高雷達(dá)傳感器的精確度。

故障排除：更換前雷達(dá)傳感器模塊，并對前雷達(dá)傳感器模塊進(jìn)行校準(zhǔn)后試車，故障徹底排除。

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