汽車智能化下新型自適應巡航傳感器可調節支架

章翡飛

摘 要： 隨著汽車技術的快速發展，自適應自動巡航系統（ACC） 在汽車上得到了越來越廣泛的應用。為保證ACC 雷達功能的實現，除了雷達自身系統的穩健性外，雷達傳感器相對于整車姿態的傾角也至關重要。本文通過雷達傾角的要求分析，雷達固定方案的比較，創新地提出可調節支架的方案，該支架能夠簡單、快捷地調整傳感器角度，適配零件老化和公差帶來的傳感器角度變化，避免后期行車安全風險，對后續其他車型的開發有一定的指導意義。

關鍵詞：ACC 雷達 可調節支架 ACC 傾角

1 前言

在汽車高級駕駛輔助中，自適應自動巡航系統（ACC， Adaptive Cruise Control）作為汽車駕駛控制系統的其中一種，對汽車安全控制起著非常重要的作用。在車輛行駛過程中，自適應巡航功能的核心部件之一是自適應巡航傳感器，或者說是一個車載雷達。安裝在車輛前方的自適應巡航傳感器檢測在本車前進道路上是否存在速度更慢的車輛。若存在速度更慢的車輛，ACC 系統會降低車速并控制與前方車輛的間隙或時間間隙。若系統檢測到前方車輛車速較快，或者本車行駛道路上沒有前方車輛時將加快本車速度使之回到之前所設定的速度。此操作實現了在無駕駛員干預下的自主減速或加速。ACC 控制車速的主要方式是基于自適應巡航傳感器檢測的檢測結果，通過發動機油門控制和適當的制動來調節車速[1]。

自適應巡航控制系統是一種智能化的自動控制系統，它是在早已存在的巡航控制技術的基礎上發展而來的。為保證ACC 雷達功能的實現，除了ACC 雷達自身系統的穩健性外，ACC 雷達傳感器相對于整車姿態的照射角度也會有較大影響[2]，雷達位置在使用中發生不可逆轉的改變，容易造成雷達誤報警或不報警等功能問題，嚴重影響客戶使用體驗和品牌價值。

本文基于本公司一款全新開發的車型，針對ACC 雷達傳感器安裝方式，整車尺寸公差等影響因素，通過額外安裝支架來調整ACC 雷達傳感器的照射傾角，提高傳感器的穩定性。

2 ACC 雷達照射傾角以及安裝方案

2.1 ACC 雷達傳感器傾角要求

現代的ACC 雷達基本都有一定的照射傾角補償能力，但這個調節范圍也是有限的，如圖1 所示。目前，自適應巡航傳感器通常是直接固定在散熱器格柵上。以固定方式安裝的自適應巡航傳感器不具有角度調節功能，安裝完畢后自適應巡航傳感器面向前方并且呈一固定的傾斜角度。該傾斜角度基本是使得自適應巡航傳感器處于水平的狀態，一般而言，自適應巡航傳感器的傾角度是水平線+1°～ -5°的范圍內，在該范圍內，自適應巡航傳感器能夠正常且安全地工作。如果雷達傾角超過+1°～ -5°范圍，ACC 雷達則會出現誤報警或不報警的功能問題。因此如何保證雷達傾角偏差控制在+1°～ -5°范圍內則成為了本文優化的主要目標。

2.2 ACC 雷達固定方案

ACC 雷達主要固定方案有兩種：其一，通過額外的金屬支架安裝在前保防撞橫梁上，傳感器固定剛度和可靠性得到極大提升，如圖2 所示。但是橫梁前部被保險杠蒙皮或者下格柵所覆蓋，也會有其他不可規避的風險。雷達安裝在蒙皮后部，由于蒙皮噴涂金屬噴漆，油漆中的金屬粒子嚴重影響ACC 雷達透波率從而影響雷達信號正確接收。雷達安裝在下格柵后部，為了保持整車進風的要求，通常會按照雷達信號包絡面進行切割，從而影響美觀，也不利于傳感器的防盜保護。其二，通過塑料支架安裝在散熱器格柵后部，傳感器透波率以及防盜方面具有優勢，但是由于固定在塑料件上，傳感器固定剛度和可靠性隨著時間的推移會有風險，如圖3 所示。兩種固定方式各有優缺點，本車型通過技術以及經濟性綜合分析最終安裝在散熱器格柵上。該方案的優點是無需開孔或增加額外的蓋板以保證ACC 雷達的透波性要求，此外在車輛輕微的碰撞甚至追尾時保證昂貴的ACC 雷達傳感器不受損傷。在車輛長期行駛和陽光暴曬過程中，保險杠和散熱器格柵的卡扣力和材料性能會有不同程度損耗，由此會造成格柵的下沉和偏轉，以此帶來自適應巡航控制傳感器角度的變化，進而影響自適應巡航控制傳感器的性能甚至使得自適應巡航控制功能失效。

3 ACC 雷達方案風險分析和一般措施

3.1 ACC 雷達固定在散熱器格柵上的風險

在車輛長期行駛和陽光暴曬過程中，保險杠和散熱器格柵的卡扣力和材料性能會有不同程度損耗，由此會造成格柵的下沉和偏轉。因此，在長期使用后，自適應巡航傳感器會出現向下傾斜的情況，試驗結果表明，在長期使用后，自適應巡航傳感器的傾斜角度會向下增加到-5°～ -10°。此時由于自適應巡航傳感器的傾斜角度出現變化，其采集的前方車輛的速度數據會出現偏差。因為后臺計算時是假設自適應巡航傳感器在+1°～ -5°的范圍內，而實際采集的數據是自適應巡航傳感器在-5°～ -10°的所獲得的數據。所以會出現數據偏差，該數據偏差會影響自適應巡航的控制過程，可能出現不恰當的車速調節或者制動作在以較高的車速進行自適應巡航時，這種數據偏差會引發潛在的駕駛風險，存在行車安全隱患。

3.2 零件更換方案

為了解決自適應巡航傳感器傾斜角度增大的問題，現有的做法是定期檢查自適應巡航傳感器的傾斜角度，當發現傾斜角度超出規定范圍時，采用更換散熱器格柵的方式進行恢復。因為出現老化的部件是散熱器格柵，因此進行修復的過程也是對散熱器格柵進行更換，但該方式增加了不必要的成本開支。散熱器格柵的輕度老化并不影響使用，僅僅影響到自適應巡航的功能，由于這個原因就對散熱器格柵進行更換，會使得車輛的維護保養成本增加，不利于車輛的銷售和使用，也從另一方面損害了品牌形象。

4 可調節支架方案

4.1 可調節支架組成部分和理念

自適應巡航傳感器的可調節支架包括：支架本體、滑移部，螺釘，固定部件和壓緊部件。支架本體上具有螺孔，螺釘穿過螺孔并擰緊在散熱器格柵上，以將支架本體固定在散熱器格柵上。滑移部件位于支架本體上，滑移部件與散熱器格柵配合，滑移部件使得支架本體沿散熱器格柵前后移動。固定部件位于支架本體上固定自適應巡航傳感器，自適應巡航傳感器朝向前方并且具有一傾斜角度?？烧{節支架還包括壓緊部件，壓緊部件位于支架本體上，壓緊部件與散熱器格柵接觸。壓緊部件是拱形結構，支架本體安裝在散熱器格柵上，拱形結構被壓緊形變，從而使得支架本體能夠很好地維持在既定位置，如圖4 所示。

在使用螺栓將支架本體固定在散熱器格柵上之前，支架本體通過滑移部件相對于散熱器格柵前后移動，以調節自適應巡航傳感器的傾斜角度。在自適應巡航傳感器的傾斜角度調節到位后，支架本體相對于散熱器格柵的位置固定。此時旋緊螺栓，將支架本體固定在散熱器格柵上。相應的，支架本體通過滑移部件相對于散熱器格柵前后移動，自適應巡航傳感器的傾斜角度在相對于水平線+1°～ -5°之間變化，以調節自適應巡航傳感器的傾斜角度。

4.2 可調節支架調節過程

可調節支架可以通過滑移部件，在滑槽里面滑動從而帶動ACC 傳感器調整傾角。首先安裝支架通過螺釘被安裝到散熱器格柵上。自適應巡航傳感器通過固定部件安裝到安裝支架上，自適應巡航傳感器朝向前方并且具有一傾斜角度。當安裝支架相對于散熱器格柵移動到最靠前的位置時，自適應巡航傳感器具有最大的向下傾斜角度，大約是-5°，即向下傾斜5°。當安裝支架相對于散熱器格柵移動到居中的位置時，自適應巡航傳感器具有中間的向下傾斜角度，大約是-2°，即向下傾斜2°。當安裝支架相對于散熱器格柵移動到最靠后的位置時，自適應巡航傳感器具有略向上的傾斜角度，大約是+1°，即向上傾斜1°。這樣，就實現了支架本體通過滑移部件相對于散熱器格柵前后移動，以調節自適應巡航傳感器的傾斜角度在+1°～ -5°變化的目的，如圖5 所示。通過上述調節步驟在車輛長期使用后，如果散熱器格柵出現老化、下沉和偏轉，可以移動可調節支架的前后位置，來調整自適應巡航傳感器的傾斜角度，使之恢復到規定的范圍內。

4.3 可調節支架的優點

可調節支架的方案能夠從根本上解決和規避ACC 雷達安裝在散熱器格柵后部帶來的行車風險。可調節支架不僅僅能解決相關技術問題還有其他不可替代的優點。其優點如下：（1）自適應巡航控制傳感器可調節支架可以修正自適應巡航控制傳感器的角度變化，安全，簡單，可靠;（2）相比重新更換散器格柵具有極大的成本優勢;（3）生產線上無需增加額外工序;（4）只需要一個零件就可以滿足所有車型的要求，無需因為不同車型而開發不同的機構和方案。

5 總結

本文通過明確雷達傾角的要求，比較雷達安裝方式以及提出可調節支架概念，并設計可調節支架來調整自適應巡航傳感器的傾斜角度，使之恢復到規定的范圍內。在軟硬件沒有質的提升下，該自適應巡航傳感器的可調節支架適應性強，可以適用于多種車型，因此實現成本較低，而效果顯著且該安裝支架能夠簡單、快捷地調整自適應巡航傳感器角度，適配零件老化和公差帶來的自適應巡航傳感器角度變化，避免后期行車安全風險。

參考文獻：

[1] 洪宗輝. 環境噪聲控制工程.[M] 北京：高等教育出版社，2002.

[2] 白燕超. 汽車ACC 雷達姿態控制的尺寸分析及優化.[M] 測試試驗，2019（6）：84-86.