汽車主動安全系統現狀與發展趨勢分析

王大興（北京汽車研究總院有限公司電子電器與空調部，北京　101300）

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汽車主動安全系統現狀與發展趨勢分析

王大興
（北京汽車研究總院有限公司電子電器與空調部，北京101300）

摘要：介紹主動安全系統的法規及發展現狀；對比分析常見的幾種主動安全系統產品性能；詳細闡述基于毫米波雷達系統開發的主動安全系統；最后展望主動安全系統的發展趨勢。

關鍵詞：主動安全；被動安全；毫米波雷達

1　主動安全系統的法規分析

目前國內外主動安全系統相應的標準法規還不健全，各國標準建立的程度差異較大，歐美日的主動安全技術發展較早，技術領先，建立了一些主動安全系統的標準法規，同時極力將其建立的標準法規轉化為ISO標準。而主動安全系統發展較為落后的國家，其大部分整車廠直接引進先進技術國家的成熟產品，由于缺乏相應的標準法規，歐美日的產品進入相對簡單。

ENCAP法規已經出臺了對于主動系統加分項的詳細規定，并規定了實施的具體時間。將車道偏離系統、車道保持系統、主動限速、AEB緊急制動、行人保護列入了加分項，并成為評價的重點關注項。目前CNCAP暫未將主動安全系統列入加分項的考核中，按照慣例，CNCAP一般較ENCAP延后5～6年，相對于ENCAP一年一改版的更新速度，CNCAP三年才會進行一次較大的更新。因此對于ENCAP上述已經列為加分項的系統，預計在2018年CNCAP將會加入主動安全系統的加分項規定。

2　主動安全系統發展現狀

車輛的安全系統，包括被動安全與主動安全系統。被動安全系統側重于事故發生后對車上乘員的保護，例如安全帶、安全氣囊等；主動安全系統可以在事故發生前主動提醒或者主動采取措施來保護車上乘員，可以大幅降低交通事故的發生率。因此主動安全系統受到購車人的青睞，在選購新車時除了考慮其造型、價格等外，越來越注重車輛配置的主動安全系統，進口車型配置了大量的主動安全系統。盡管中國的相應法規還未建立，中國也掀起了對主動安全系統的研發熱潮，特別合資品牌已經將先進的主動安全系統配置在一些車型上，例如：大眾CC配置了車道偏離系統、ACC自適應巡航、自動泊車入位、并線輔助系統，福特蒙迪歐配置了車道偏離系統、ACC自適應巡航、自動泊車入位、并線輔助系統。雖然國內自主車型配置的主動安全系統目前還低于合資品牌，但也有很多配置了部分主動安全系統，例如：紅旗H7配置了夜視系統、ACC自適應巡航系統與車道偏離系統，比亞迪S7與哈佛H8配置了全景系統，納智捷優6配置了車道偏離系統、夜視系統、全景系統。

為了使主動安全系統更符合中國的國情，針對中國道路及交通事故的特點，很多整車廠已經與研究機構或者大學開展聯合調查研究，對中國發生的交通事故與地點進行分析，目的是找到發生交通事故的原因，為整車廠配置何種主動安全系統提供可靠性數據，使其配置的主動安全系統更符合中國駕駛員的需求，從而提高其車型在市場上的競爭力。

3　典型的主動安全系統介紹

目前應用較多的主動安全系統產品有超聲波傳感器、攝像頭、激光雷達、毫米波雷達等，這些產品都被大量應用到汽車上，并實現多種主動安全功能。常用的幾種主動安全系統產品對比分析見表1。

表1　主動安全系統產品性能對比分析

由表1可以看出，毫米波雷達的各項表現都優于或者相當其他產品，但是由于其目前還未大批量被應用到車輛上，價格較貴，相信在不久的將來，隨著應用的普及，價格也會隨之下降。下面介紹幾種典型的基于毫米波雷達開發的主動安全系統。

3.1前置毫米波雷達系統

前置毫米波雷達系統可以實現的功能包括自適應巡航系統、前碰撞預警、緊急制動輔助、自動緊急制動與人保護。前置毫米波雷達有中距雷達與長距雷達兩種，頻率均為76～77 GHz。中距雷達能夠探測的前方距離為160 m，長距雷達能夠探測的距離可以達到250m。由于國內高速限速為120km/h，因此在國內中距雷達基本上就可以滿足使用需求，且成本較低。而在歐洲，由于地廣人稀，高速公路上沒有限速要求，車輛通常會以較高的車速在道路上運行，因此中距雷達不能滿足其使用要求，一般會采用長距雷達實現自適應巡航功能以及其他的功能。前置毫米波雷達系統主要是主動預防車輛發生碰撞，發生碰撞后被動安全系統啟動，最大限度地保護車上乘員。具體如圖1所示。

圖1　前置毫米波雷達工作時序圖

當前置毫米波雷達系統發現車輛存在一定的碰撞風險時，首先通過聲音提醒駕駛員需要進行車輛制動，但由于駕駛員可能會未注意到提醒，或者采取了制動行為但不足以避免碰撞風險，此時前置毫米波雷達系統會通知車輛的ESP，自動增大制動力，幫助駕駛員避免碰撞的風險。當制動距離不足時，前置雷達系統也將采用部分制動，原因是在這種情況下，全力制動對于車內乘員來說危險性更大，但通過前置雷達系統的介入，會大大降低車輛在碰撞時的相對速度，減小對車內乘員的傷害。發生碰撞后，車上的被動安全系統介入（例如安全氣囊），最大限度地保護車上乘員。

前置毫米波雷達系統還可以實現行人保護功能，但是其需要與攝像頭系統進行有效的數據融合。雷達系統通過毫米波測出前方的障礙物，再通過攝像頭系統，可以對行人進行識別，并將數據信息發送至雷達系統，雷達系統對收到的數據進行判斷與分析，將制動力與制動距離等信號發送給車輛的ESP系統，進而實現行人保護。行人保護在E-NCAP目前也有了具體的加分時間計劃，且一些高端的進口車型已經配備了此項功能。

3.2后置毫米波雷達系統

后置毫米波雷達系統一般由兩顆雷達組成，分別裝在車輛的后保險杠的左右兩側，可以實現的功能有盲區監測、并線輔助與倒車側向報警三大功能。

3.2.1盲區監測

盲區是指車輛的內外后視鏡形成的視野盲區，如圖2所示。

圖2　汽車盲區示意圖［1］

圖2中虛線部分是駕駛員通過后視鏡觀測不到的區域，雷達系統時刻監測盲區內是否存在車輛。當駕駛員進行車輛變換車道時，如果盲區內存在車輛，系統將通過聲音或者報警燈對駕駛員進行提醒，同時可以對這種危險動作進行主動糾正，如圖3所示。

圖3　盲區監測

3.2.2并線輔助

雷達系統在監測汽車盲區內是否存在車輛時，同時可以監測車輛相鄰兩側的車道上是否有相對車速較大的車輛靠近，如果存在且此時駕駛員要變換車道時，雷達系統會通過聲音或者報警燈向駕駛員進行提醒。如圖4所示。

圖4　并線輔助

3.2.3倒車側向報警

當車輛倒車時，在車輛行駛軌跡上可能會有橫向穿越車輛，并且與本車有發生碰撞的風險時，即目標車輛距離本車行駛軌跡滿足時間條件時通過聲音或報警燈進行報警，如圖5所示。

圖5　倒車側向報警

后置雷達系統實現的上述三項功能，國內還沒有相應的標準，在ISO17387中有詳細的要求，系統在設計時，可以參考ISO標準。

3.3不同頻率的毫米波雷達對比

目前的毫米波雷達主要分為76～77 GHz與24 GHz兩種，這兩種毫米波雷達對比分析見表2。

表2　76～77 GHz與24 GHz毫米波雷達產品對比

由表2中各參數的對比可以看出，由于76～77 GHz毫米波雷達探測的距離較遠，被主要應用在前置雷達系統上，實現ACC自適應巡航等功能，也可應用在后置雷達系統上，實現BSD盲區監測等功能。24 GHz毫米波雷達主要應用在后置雷達系統上，尤其是中國，高速道路上的限速為120km/h，因此24 GHz的毫米波雷達已經能夠滿足中國道路的使用要求，且成本相對較低。

4　主動安全系統發展趨勢

實現主動安全系統功能目前也不局限于毫米波雷達系統。攝像頭系統除了輸出影像視頻，也同時具備了很多的主動安全功能，它在成本上較毫米波雷達系統更具優勢。例如全景系統，目前已經能夠實現車道偏離功能、盲區檢測功能與移動物體識別功能，未來可能還會加入更多的主動安全功能，而系統并沒有增加硬件，成本也未增加。夜視系統也可以同時實現行人識別、動物識別，可以在夜間更大程度地輔助駕駛員行車，避免碰撞事故。攝像頭的行人與物體識別功能是毫米波雷達系統無法實現的，因此為了實現更智能化的功能和更高的預警正確率，兩個或者兩個以上主動安全系統實現數據融合將是一種趨勢，并朝著系統集成化方向發展，最終的目標必將是實現全面的自動駕駛。

毫米波雷達系統屬于一種駕駛員輔助系統，是汽車主動安全系統的一部分。其主要功能是幫助駕駛員保持一定的行車速度和與前面車輛的行車距離，它必將是汽車未來發展的一種趨勢。實現自動駕駛功能，不僅需要依靠車輛上配置大量的傳感器系統，也需要發動機系統、制動系統與轉向系統等相互配合。智能化的傳感器、快速響應的執行器、先進的控制策略，廣泛應用的移動通信技術，多系統的相互配合，汽車主動安全的發展為將來的無人駕駛奠定實現基礎。

參考文獻：

［1］吳桂林，孔軍.汽車后視鏡盲區及預測方法［J］.武漢理工大學學報，2010，32（6）：958-961.

（編輯心翔）

Analysis on Current Situation and Future Direction of Vehicle Active Safety System

WANG Da-xing

（Electronic appliance and A/C Department，BAIC Motor Research Institute Co.，Ltd.，Beijing 101300，China）

Abstract：The paper introduces regulations and current situation of vehicle active safety system，gives comparative performance analysis of several common active safety system products，elaborates an active safety system which is based on millimeter-wave radar system，and finally puts eyes on future development of this system.

Key words：active-safety；passive-safety；millimeter-wave radar

中圖分類號：U463.99

文獻標識碼：A

文章編號：1003-8639（2016）06-0039-04

收稿日期：2016-01-05；修回日期：2016-01-19