汽车智能化下新型自适应巡航传感器可调节支架

章翡飞

摘 要： 随着汽车技术的快速发展，自适应自动巡航系统（ACC） 在汽车上得到了越来越广泛的应用。为保证ACC 雷达功能的实现，除了雷达自身系统的稳健性外，雷达传感器相对于整车姿态的倾角也至关重要。本文通过雷达倾角的要求分析，雷达固定方案的比较，创新地提出可调节支架的方案，该支架能够简单、快捷地调整传感器角度，适配零件老化和公差带来的传感器角度变化，避免后期行车安全风险，对后续其他车型的开发有一定的指导意义。

关键词：ACC 雷达 可调节支架 ACC 倾角

1 前言

在汽车高级驾驶辅助中，自适应自动巡航系统（ACC， Adaptive Cruise Control）作为汽车驾驶控制系统的其中一种，对汽车安全控制起着非常重要的作用。在车辆行驶过程中，自适应巡航功能的核心部件之一是自适应巡航传感器，或者说是一个车载雷达。安装在车辆前方的自适应巡航传感器检测在本车前进道路上是否存在速度更慢的车辆。若存在速度更慢的车辆，ACC 系统会降低车速并控制与前方车辆的间隙或时间间隙。若系统检测到前方车辆车速较快，或者本车行驶道路上没有前方车辆时将加快本车速度使之回到之前所设定的速度。此操作实现了在无驾驶员干预下的自主减速或加速。ACC 控制车速的主要方式是基于自适应巡航传感器检测的检测结果，通过发动机油门控制和适当的制动来调节车速[1]。

自适应巡航控制系统是一种智能化的自动控制系统，它是在早已存在的巡航控制技术的基础上发展而来的。为保证ACC 雷达功能的实现，除了ACC 雷达自身系统的稳健性外，ACC 雷达传感器相对于整车姿态的照射角度也会有较大影响[2]，雷达位置在使用中发生不可逆转的改变，容易造成雷达误报警或不报警等功能问题，严重影响客户使用体验和品牌价值。

本文基于本公司一款全新开发的车型，针对ACC 雷达传感器安装方式，整车尺寸公差等影响因素，通过额外安装支架来调整ACC 雷达传感器的照射倾角，提高传感器的稳定性。

2 ACC 雷达照射倾角以及安装方案

2.1 ACC 雷达传感器倾角要求

现代的ACC 雷达基本都有一定的照射倾角补偿能力，但这个调节范围也是有限的，如图1 所示。目前，自适应巡航传感器通常是直接固定在散热器格栅上。以固定方式安装的自适应巡航传感器不具有角度调节功能，安装完毕后自适应巡航传感器面向前方并且呈一固定的倾斜角度。该倾斜角度基本是使得自适应巡航传感器处于水平的状态，一般而言，自适应巡航传感器的倾角度是水平线+1°～ -5°的范围内，在该范围内，自适应巡航传感器能够正常且安全地工作。如果雷达倾角超过+1°～ -5°范围，ACC 雷达则会出现误报警或不报警的功能问题。因此如何保证雷达倾角偏差控制在+1°～ -5°范围内则成为了本文优化的主要目标。

2.2 ACC 雷达固定方案

ACC 雷达主要固定方案有两种：其一，通过额外的金属支架安装在前保防撞横梁上，传感器固定刚度和可靠性得到极大提升，如图2 所示。但是横梁前部被保险杠蒙皮或者下格栅所覆盖，也会有其他不可规避的风险。雷达安装在蒙皮后部，由于蒙皮喷涂金属喷漆，油漆中的金属粒子严重影响ACC 雷达透波率从而影响雷达信号正确接收。雷达安装在下格栅后部，为了保持整车进风的要求，通常会按照雷达信号包络面进行切割，从而影响美观，也不利于传感器的防盗保护。其二，通过塑料支架安装在散热器格栅后部，传感器透波率以及防盗方面具有优势，但是由于固定在塑料件上，传感器固定刚度和可靠性随着时间的推移会有风险，如图3 所示。两种固定方式各有优缺点，本车型通过技术以及经济性综合分析最终安装在散热器格栅上。该方案的优点是无需开孔或增加额外的盖板以保证ACC 雷达的透波性要求，此外在车辆轻微的碰撞甚至追尾时保证昂贵的ACC 雷达传感器不受損伤。在车辆长期行驶和阳光暴晒过程中，保险杠和散热器格栅的卡扣力和材料性能会有不同程度损耗，由此会造成格栅的下沉和偏转，以此带来自适应巡航控制传感器角度的变化，进而影响自适应巡航控制传感器的性能甚至使得自适应巡航控制功能失效。

3 ACC 雷达方案风险分析和一般措施

3.1 ACC 雷达固定在散热器格栅上的风险

在车辆长期行驶和阳光暴晒过程中，保险杠和散热器格栅的卡扣力和材料性能会有不同程度损耗，由此会造成格栅的下沉和偏转。因此，在长期使用后，自适应巡航传感器会出现向下倾斜的情况，试验结果表明，在长期使用后，自适应巡航传感器的倾斜角度会向下增加到-5°～ -10°。此时由于自适应巡航传感器的倾斜角度出现变化，其采集的前方车辆的速度数据会出现偏差。因为后台计算时是假设自适应巡航传感器在+1°～ -5°的范围内，而实际采集的数据是自适应巡航传感器在-5°～ -10°的所获得的数据。所以会出现数据偏差，该数据偏差会影响自适应巡航的控制过程，可能出现不恰当的车速调节或者制动作在以较高的车速进行自适应巡航时，这种数据偏差会引发潜在的驾驶风险，存在行车安全隐患。

3.2 零件更换方案

为了解决自适应巡航传感器倾斜角度增大的问题，现有的做法是定期检查自适应巡航传感器的倾斜角度，当发现倾斜角度超出规定范围时，采用更换散热器格栅的方式进行恢复。因为出现老化的部件是散热器格栅，因此进行修复的过程也是对散热器格栅进行更换，但该方式增加了不必要的成本开支。散热器格栅的轻度老化并不影响使用，仅仅影响到自适应巡航的功能，由于这个原因就对散热器格栅进行更换，会使得车辆的维护保养成本增加，不利于车辆的销售和使用，也从另一方面损害了品牌形象。

4 可调节支架方案

4.1 可调节支架组成部分和理念

自适应巡航传感器的可调节支架包括：支架本体、滑移部，螺钉，固定部件和压紧部件。支架本体上具有螺孔，螺钉穿过螺孔并拧紧在散热器格栅上，以将支架本体固定在散热器格栅上。滑移部件位于支架本体上，滑移部件与散热器格栅配合，滑移部件使得支架本体沿散热器格栅前后移动。固定部件位于支架本体上固定自适应巡航传感器，自适应巡航传感器朝向前方并且具有一倾斜角度。可调节支架还包括压紧部件，压紧部件位于支架本体上，压紧部件与散热器格栅接触。压紧部件是拱形结构，支架本体安装在散热器格栅上，拱形结构被压紧形变，从而使得支架本体能够很好地维持在既定位置，如图4 所示。

在使用螺栓将支架本体固定在散热器格栅上之前，支架本体通过滑移部件相对于散热器格栅前后移动，以调节自适应巡航传感器的倾斜角度。在自适应巡航传感器的倾斜角度调节到位后，支架本体相对于散热器格栅的位置固定。此时旋紧螺栓，将支架本体固定在散热器格栅上。相应的，支架本体通过滑移部件相对于散热器格栅前后移动，自适应巡航传感器的倾斜角度在相对于水平线+1°～ -5°之间变化，以调节自适应巡航传感器的倾斜角度。

4.2 可调节支架调节过程

可调节支架可以通过滑移部件，在滑槽里面滑动从而带动ACC 传感器调整倾角。首先安装支架通过螺钉被安装到散热器格栅上。自适应巡航传感器通过固定部件安装到安装支架上，自适应巡航传感器朝向前方并且具有一倾斜角度。当安装支架相对于散热器格栅移动到最靠前的位置时，自适应巡航传感器具有最大的向下倾斜角度，大约是-5°，即向下倾斜5°。当安装支架相对于散热器格栅移动到居中的位置时，自适应巡航传感器具有中间的向下倾斜角度，大约是-2°，即向下倾斜2°。当安装支架相对于散热器格栅移动到最靠后的位置时，自适应巡航传感器具有略向上的倾斜角度，大约是+1°，即向上倾斜1°。这样，就实现了支架本体通过滑移部件相对于散热器格栅前后移动，以调节自适应巡航传感器的倾斜角度在+1°～ -5°变化的目的，如图5 所示。通过上述调节步骤在车辆长期使用后，如果散热器格栅出现老化、下沉和偏转，可以移动可调节支架的前后位置，来调整自适应巡航传感器的倾斜角度，使之恢复到规定的范围内。

4.3 可调节支架的优点

可调节支架的方案能够从根本上解决和规避ACC 雷达安装在散热器格栅后部带来的行车风险。可调节支架不仅仅能解决相關技术问题还有其他不可替代的优点。其优点如下：（1）自适应巡航控制传感器可调节支架可以修正自适应巡航控制传感器的角度变化，安全，简单，可靠;（2）相比重新更换散器格栅具有极大的成本优势;（3）生产线上无需增加额外工序;（4）只需要一个零件就可以满足所有车型的要求，无需因为不同车型而开发不同的机构和方案。

5 总结

本文通过明确雷达倾角的要求，比较雷达安装方式以及提出可调节支架概念，并设计可调节支架来调整自适应巡航传感器的倾斜角度，使之恢复到规定的范围内。在软硬件没有质的提升下，该自适应巡航传感器的可调节支架适应性强，可以适用于多种车型，因此实现成本较低，而效果显著且该安装支架能够简单、快捷地调整自适应巡航传感器角度，适配零件老化和公差带来的自适应巡航传感器角度变化，避免后期行车安全风险。

参考文献：

[1] 洪宗辉. 环境噪声控制工程.[M] 北京：高等教育出版社，2002.

[2] 白燕超. 汽车ACC 雷达姿态控制的尺寸分析及优化.[M] 测试试验，2019（6）：84-86.