雷达技术在汽车防撞安全系统的应用

刘建俊 王新星

摘 要：由于汽车工业的快速发展和私家车数量的“井喷式”增加，汽车相撞引发的安全交通事故频繁出现，给人们的生命财产安全带来了巨大的威胁。而据一项实验统计报告数据显示，如果汽车驾驶员在碰撞“发生”的前一秒中得到安全预警的话，能够减少九成的汽车碰撞安全事故。雷达技术对于位置信息的判断和分析具有高精确度，因而将雷达技术用于汽车行驶过程中，对于汽车行驶的位置信息具有更加清楚地认识，对于具有危险性的行使距离提出预警，能够有效减少汽车碰撞安全事故的发生。

关键词：雷达技术；汽车防撞；安全系统

1. 我国雷达技术在汽车防撞安全系统的应用现状

由于受到社会经济和技术发展的影响和制约，我国对于雷达技术在汽车防撞安全系统的应用还处于起步阶段，从技术水平到產品研发上还相对落后。

当前我国的汽车防撞安全系统中主要的研制内容在于微电子和毫米波技术，有很多研究机构重点关注微电子和毫米波的天线的研制和研发[1]。在汽车防撞安全系统中，喇叭天线和波导结构的收发前端已经逐步进入到实用化的阶段，在很多汽车中得到了推广和应用，同时也为毫米波雷达技术的研究打下坚实的基础。而像平面天线、前端集成化的研究在逐步展开，网络数据库存储和处理技术的发展为雷达信号的接收、处理和减少噪声的干扰提供了有力的保证。从总体上说，我国的雷达技术还较为落后，但早汽车防撞安全系统应用发展迅速。

2. 汽车主动防撞预警系统构成

汽车主动防撞预警系统所采集的信息包括自车信息和前方目标信息。自车信息包括：自车车速、方向盘角度、制动踏板位置、节气门开度和路面附着状况等信息；目标信息包括：利用毫米波雷达传感器对前方目标进行精确定位和分类信息。将自车信息和目标信息发送到CAN总线上，传递到车辆电子控制单元（ECU）的防撞系统控制模块，防撞系控制模块根据所采集的信息，作为输入信号输入到模块的规避控制模块，对所检测目标进行危险等级分类。根据危险等级的不同，ECU发出三类不同危险程度的指令，控制执行机构的动作。临界危险目标发出报警信号，报警系统工作；危险目标发出减速信号，减速系统工作；极限危险目标发出制动信号，制动系统工作。最终达到提醒或协助驾驶员做出合理的驾驶行为，对车辆的控制还是由驾驶员自己决定。

在汽车主动防撞预警系统中，毫米波雷达测量前方车辆、护栏、人员的距离和速度，分辨出不同的目标，哪些是危险目标、哪些是安全距离目标等是防撞预警系统的关键技术，目标识别的正确与否可大幅降低虚警的数量，避免影响汽车的正常行驶，因此，车用测距雷达是各大整车企业、研发机构正在努力突破的关键技术。

3. 雷达技术在汽车防撞安全系统中的应用

3.1毫米波雷达长距离测距

为了更好的适应道路交通状况，解决盲区视野问题，在日本和美国开展了大量的工作。如应用毫米波雷达CCD摄像检测交通状况，根据危险程度改变直观信号的音调、颜色和位置，并在显示器中显示。实现高度智能化，极大的改善车辆的安全性。雷达是利用目标对电磁波反射来发现目标并测定其位置的。汽车上应用的雷达采用的是30GHz以上的毫米波雷达。毫米波频率高、波长短，一方面可缩小从天线辐射的电磁波射束角幅度，从而减少由于不需要的反射所引起的误动作和干扰，另一方面由于多普勒频移大，相对速度的测量精度高。在汽车上应用毫米波雷达测距，探测性能稳定，环境适应性能好。

3.2超声波距离测距

它利用超声探测原理，在司机倒车时，能正确的从数码显示器上了解汽车尾部与障碍物之间的距离。当测距显示小于报警距离时，还能准确报警，及时提醒司机刹车。超声波一般指频率在20kHz以上的机械波，具有穿透性较强、衰减小、反射能力强等特点。超声波测距仪器一般由发射器、接收器和信号处理装置三部分组成。工作时，超声波发射器不断发出一系列连续的脉冲，并给测量逻辑电路提供一个短脉冲。超声波接收器则在接收到遇障碍物反射回来的反射波后，也向测量逻辑电路提供一个短脉冲。最后由信号处理装置对接收的信号依据时间差进行处理，自动计算出车与障碍物之间的距离。超声波测距原理简单，成本低、制作方便，但其在高速行驶的汽车上的应用有一定局限性，这是因为超声波的传输速度受天气影响较大，不同的天气条件下传播速度不一样；另一方面是对于远距离的障碍物，由于反射波过于微弱，使得灵敏度下降。故超声波测距一般应用在短距离测距，最佳距离为4～5米，一般应用在汽车倒车防撞系统上。

3.3激光测距

激光测距装置是一种光子雷达系统，它具有测量时间短、量程大、精度高等优点，在许多领域得到了广泛应用。目前在汽车上应用较广的激光测距系统可分为非成象式激光雷达和成象式激光雷达。

3.3.1自适应巡航控制（Adaptive Cruise Contro） 该装置是通过装在汽车前方的雷达传感器，帮助司机保持适当车速并控制与前方车辆的距离。当需巡航控制时，可通过节气门的控制和有限制动来调节车速，保持车辆前后之间的距离，并可减少手动变速的动作。

3.4防碰撞预警系统（COllision Warning Systems）

3.4.1 防碰撞预警探测系统 该系统采用76GHZ的微波雷达传感器，能探测距离车辆前方150m以上的物体，不受车辆行驶速度的影响。它能根据所测出的障碍物与本车辆的距离，给司机发出不同的警告，如司机对发出的视觉闪光警告未作出反应，能立即发出蜂鸣声或响铃报警。如车辆在行驶状态时，即能自动工作，可减少前面碰撞的危险。

3.4.2 防侧面（左右两边）碰撞预警探测系统 该系统采用微波雷达探测行驶在盲区内的车辆及警告司机注意车道左右两旁的车辆和行人的距离等。当车辆在正常行驶状态时，该侧面探测预警系统会自动工作，它不会对雷达探测器及其他电子系统造成干扰。

3.4.3 防后部碰撞预警探测系统 该系统采用微波雷达探测车辆后部司机看不到区域内障碍物体（固定的或移动的），探测距离为5m以内，当车辆正常行驶时也会自动工作，能测出后面跟随车辆的距离，提供警告预防后部车辆碰撞。它为倒车和停车泊位提供了帮助。

3.5 碰撞干预预警系统（ColIision Intervention Systems） 该系统通过微波雷达探测系统，向司机发出发出预警后，司机如未能及时采取措施，系统就能通过发动机的节气门控制和有限制动，使车辆自动减速，直至车辆停驶。

参考文献：

[1]邓湖明.汽车巡航雷达信号处理单元研究与实现.西安：西安电子科技大学，2014.

[2]袁海军，肖茂，谢云峰.汽车主动安全技术探讨（J）.机电产品开发与创新.2014（01）：56.