汽车正面防撞辅助系统的认知及故障分析

韩孟

摘要：2016年9月，美国汽车工程协会（SAE）制定标准J30162016，定义汽车自动化为六个等级。截止目前，北京现代名图汽车按照这个标准划分，属于2级半自动化。笔者按照此标准解读，也就是说，北京现代名图汽车中安装了高级驾驶辅助系统，例如：车道保持辅助、后侧方盲区防撞辅助等等。以下介绍的正面防撞辅助系统（英文名称缩写：FCA）（以下简称FCA）只是多个辅助系统中的一员。主要功用是保证行车过程中，保证驾驶人与乘客的人身安全，或是当碰撞无法避免时，最大程度的降低事故等级。

关键词：FCA;前雷达传感器;前摄像头;TTC;QQ值

中图分类号：U469                                        文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）15-0120-02

1  正面防撞辅助系统的认知

正面防撞辅助系统是指汽车在行驶中防止与前方物体发生碰撞的行驶安全功能，如果检测到存在与前方车辆/行人/骑车人发生碰撞的危险性，就会发出警报。发出警报后，如果发生碰撞的危险性增大时，就会采取制动控制措施。

正面防撞辅助系统的组成如图1所示。

FCA采用万都前雷达传感器主要用于检测前方物体，该雷达传感器的规格：频率77GHz、最大检测距离174米、检测目标最多64个，安装在散热器格栅上。前雷达传感器由短程传感器和长程传感器组成。短程传感器可检测到距离车辆50米、角度在60°范围内的物体。长程传感器主要检测距离在174和角度在20°范围内远离本车辆的物体。雷达传感器中包含的天线的最大检测范围为174米，发射频率77GHz，这是特定于车辆的长程频率，并接收前方车辆反射的电磁波频率。虽然雷达传感器可以检测到多达64个目标，但只有1个目标车辆的信息被用来控制车距。一旦通过天线确定目标车辆，SCC ECU使用接收的目标车辆信息计算目标速度、目标车距和目标加速度/减速度，并发送给ESC。

1.1 FCA采用万都前视摄像头

主要用于通过识别目标的独特形状模式，判断目标的类型，该摄像头使用100万像素，与控制器集成，安装在挡风玻璃上部。用于实现高级驾驶辅助模式的摄像头从图像传感器采集的图片中获取特定环境因素的数据（如车道、物体、红绿灯、交通标志、车輛、行人）。前视摄像头使用图像的坐标和水平宽度来计算与对象的距离。使用摄像头，可以通过识别物体的独特形状来识别物体的类型。

1.2 FCA工作逻辑

根据由前雷达传感器和前视摄像头传送的信息进行综合分析，并在预测到存在与目标车辆、行人或骑车人等物体发生碰撞的危险性时，自动采取制动控制措施，以辅助将各种危险性降至最低。

如果检测到存在与前方物体发生的危险性，FCA功能将根据碰撞剩余时间（TTC）启动警报控制和辅助制动控制。FCA功能启动控制的主要因素是碰撞危险等级。如果碰撞危险等级为2级或以下，仅启动警报控制。如果碰撞危险等级为3级，就会自动采取紧急制动控制措施。在紧急制动过程中，车辆制动控制的最大减速度为1g。1g表示当车速为35kPh的车辆进行紧急制动，而车速在1.0秒钟达到0kPh时，驾驶员所承受的重力加速度载荷量。因此，FCA功能在车辆制动距离不足和高速行驶的条件下启动，则无可挽回与前方障碍物的碰撞事故。①如，本车辆以40kPh的速度行驶，而目标车辆或行人突然出现在本车辆前方时（驾驶员看不见前方）。②TTC接近2.0秒钟时，系统启动1级警报（视觉/听觉警报），并准备制动（预加压）。③TTC变为约1.5秒钟时，系统启动2级警报（视觉/听觉警报），并采取减速度约为0.2g的预制动控制措施。④TTC变为约1.0秒钟时，系统启动3级警报，并采用减速度约为1.0g的制动控制措施。⑤如果车辆通过FCA功能控制而停车，保持停车状态约2.0秒钟。

FCA功能用于降低碰撞破坏的程度。此功能并不可能在所有的驾驶条件下都能防止与前方障碍物的碰撞。此功能在低速条件下（车速为30kPh以下）能有效地防止碰撞发生，但是根据室外温度/湿度、车辆状况（如轮胎、制动器等状态）、路况（如砂石路、积雪等）等多种条件因素，可能无法防止在所有条件下碰撞的发生。

综上所述，FCA的工作原理是，行车过程中，前雷达传感器与前视摄像头共同配合，测试出到前面障碍物的即时车速和距离，并将此信号输送至FCA的控制模块，模块通过计算、分析后，计算出TTC，结合实际TTC，FCA模块控制相关报警器发出警报，或者触发制动系统自动工作，使车辆及时减速或停车。虽然，车速超过30km/h时，即使采用紧急刹车，仍不能避免与前障碍物发生事故，但碰撞危险的影响已经大大降低。

1.3 FCA的局限性

虽然，FCA称为正面防撞辅助系统，但是，并不能说明在任何条件下，都能起到正面防撞的作用。

①如果车速在30km/h以上时，即使采用紧急制动措施，仍存在与前方车辆发生碰撞的危险;

②在弯道行驶时，没有操作方向盘，或者直路行驶，操作方向盘，系统都无法启动控制;

③直射强光、烟雾易导致摄像头功能异常;

④雷达传感器罩污染易导致功能异常。

2  正面防撞辅助系统的故障分析与排除

2.1 故障现象

一辆2017年12月份生产的北京现代名图轿车，行驶里程为20188公里，仪表提示请检查前防撞系统，随后客户进店检修。

2.2 故障诊断

接车后，经过询问客户得知，最近车辆停至路边，前方车辆操作不当，造成两车相撞，而后，仪表显示FCA正面防撞辅助系统的报警灯点亮。将车辆开至封闭道路进行路试，当车速以40km/h的速度行驶，而障碍物突然出现在本车辆前方时，正面防撞辅助系统在本应做出响应的时间范围内，没有响应，因此，路试判断FCA失效。用GDS读取故障码C162078，SCC/AEB校准失败，通过路试和仪器测试，共同得出一致结论：FCA系统确实存在故障。

2.3 FCA的故障排除

拆检前保险杠，发现前雷达模块受到撞击而损坏，模块支架断裂。通知配件部门订货更换前雷达模块及支架总成。

2.3.1 更换前雷达模块后，需要重新进行程序匹配，具体操作过程为执行变形程序编码，输入与车辆兼容的选配项

①在雷达传感器背面的标签中，检查批号的最后两位代码（QQ）。

“QQ值”：雷达传感器在生产过程中由于制造误差而产生的垂直角度误差，用2位代码（字母+数字）表示。

②在代码输入最后的两位代码，然后按下[确认]按钮。见表1。

2.3.2 雷达传感器校准

①从GDS诊断仪上选择“雷达传感器校准”项。

②检查校准准备和条件，拆卸前保险杠，检查并输入雷達传感器背面标签上批号的最后两位代码。见图2的（a）图和（b）图。

③一旦输入QQ值，GDS诊断仪就会显示根据垂直角度参考值和QQ值计算的结果值。转动调整螺钉（T20）的同时观察倾斜仪，按照结果值调整垂直角度。

如图2（a）、图2（b）图所示，结果值“-2.7°”把垂直角度从90°调整到“-87.3°”、。

④参考维修手册内容，将新型反射器安装在制定位置，并安装保险杠。

如果当前数据流显示安装保险杠前后的角度差太大，说明保险杠上的雷达传感器罩可能已经变形。

⑤最后，驾驶车辆（以大于60km/h的速度驾驶车辆10分钟以上），以提高雷达传感器的精确度。

故障排除：更换前雷达传感器模块，并对前雷达传感器模块进行校准后试车，故障彻底排除。

参考文献：

[1]戴卫兵，徐超，陈悦.基于计算机视觉的辅助驾驶系统设计[J].科技与创新应用，2020.

[2]王永宏.基于机器视觉的汽车先进驾驶辅助系统中行人检测技术研究[D].浙江大学，2019.

[3]李克强，戴一凡，李升波，边明远.智能网联汽车（ICV）技术的发展现状及趋势[J].汽车安全与节能学报，2017，8（01）：1-14.

[4]范延军.基于机器视觉的先进辅助驾驶系统关键技术研究[D].东南大学，2016.

[5]车云网.从ADAS到自动驾驶2016智能网联汽车发展报告[J].产品可靠性报告，2017（04）：58-62.