基于毫米波雷達的某載貨車盲區監測系統設計

李敬斌

（安徽江淮汽車集團股份有限公司， 安徽 合肥230601）

隨著國內經濟建設的快速發展，中國商用載貨車保有量越來越多，由于載貨車盲區較多，極易造成交通事故，一旦與載貨車發生交通事故，造成的后果極其嚴重。載貨車盲區是指車輛靜止或行車過程中，由于載貨車高度及長度尺寸較大，導致駕駛員視野受到遮擋所形成的區域，如果盲區內有其他車輛、行人或障礙物體存在時，視野受限的駕駛員無法做出正確的判斷和選擇操作，從而可能釀成嚴重事故。同時GB/T 39265—2020《道路車輛盲區監測（BSD） 系統性能要求及試驗方法》［1］要求：車后3m后視鏡左右3m為盲區范圍，后視鏡右4.5m為右轉彎的盲區（圖1）。車輛在行駛或轉向過程中，實時監測駕駛員轉向盲區，并在其盲區內出現其它道路使用者時發出警告信息，因此，消除載貨車盲區問題亟待解決。

圖1 盲區監測系統監測區域示意圖

1 盲區監測系統設計方案

本文載貨車毫米波汽車盲區監測雷達系統通過雷達傳感器來監控本車側后方的區域，可以在一定范圍內探測到鄰近車道上其它車輛的當前位置、行駛速度、行駛方向。如果一輛車處于視角盲區位置或以很快的速度從后面接近本車，那么車外后視鏡上的報警指示燈點亮來提醒駕駛員。如果此時駕駛員打開轉向燈，那么車外后視鏡上的指示燈閃爍，提醒駕駛員有撞車的危險。根據載貨車的車身結構以及盲區監測系統國標要求，系統采用左右單側各2個毫米波雷達［2］系統方案，系統組成見表1。

表1 盲區監測系統零部件組成

1.1 雷達設計

本系統采用77GHz毫米波雷達方案，雷達外形圖及結構框圖如圖2、圖3所示，包括加特蘭二代Soc77GHz 射頻收發組件、中頻處理模塊、雷達基帶信號處理模塊3 個主要部分。77GHz射頻前端集控制與收發功能于一體，射頻前端發射的調頻連續波信號經過頻率調制，產生調頻連續波射頻信號，經過發射天線發射出去，發射信號遇到目標后被反射回來，反射信號經過接收天線進入混頻器，與本振信號差頻后輸出一個中頻信號，中頻信號夾雜著雜波信號，經過中頻信號處理電路進行濾波放大，再經過模數轉換器（ADC） 將中頻數字信號送給基帶信號處理電路，經過數字信號處理后得出中頻信息，進而根據理論公式計算出目標距離，得出距離速度信息，實現目標識別、跟蹤，最后實現預報警及目標距離速度顯示功能，具體參數列表見表2。

表2 盲區監測雷達基本性能參數列表

圖2 毫米波雷達外形圖

圖3 毫米波雷達結構框圖

1.2 系統開關

當車內電源被接通，系統完成自檢后默認開啟，可通過車輛內部的開關對盲區監測系統進行開啟和關閉操作。本方案系統開關采用硬線開關形式，如圖4所示。當該開關被按下時，盲區監測雷達系統所有功能將被關閉或開啟。

圖4 系統功能開關示意圖

1.3 報警指示

根據一般駕駛員的駕駛習慣，當駕駛員有變道的意愿時，會首先觀察變道一側的后視鏡，因而盲區監測系統采用指示燈的方式，并且將指示燈集成在后視鏡上（圖5） 或望向后視鏡視野方向的位置，方便駕駛員變道前確認盲區是否存在目標。盲區監測功能的報警類型有標準型報警和增強型報警兩種。

圖5 外后視鏡指示燈及驅動方式

1） 標準型報警：當有一側盲區報警信息產生且本車該側轉向燈未點亮時，為標準型報警。此時，外后視鏡處的報警指示燈長亮。

2） 增強型報警：當有一側盲區報警信息產生且本車該側轉向燈點亮時，為增強型報警。此時，外后視鏡處的報警指示燈閃爍。

1.4 網絡交互

盲區檢測系統需要與整車進行交互，系統與整車部件拓撲如圖6所示。

圖6 盲區監測系統與車輛部件拓撲

盲區監測系統需要通過車輛CAN總線獲取車輛的部分信息，作為功能應用的輸入；報警指示可以是光學或聲學的指示器，也可通過網絡廣播到整車總線以便做更多形式的報警；同時可以將整個預警系統的相關診斷、故障信息上報等。根據系統與整車的拓撲，毫米波雷達預警性系統通過V-CAN接入到車身CAN網絡，實現系統與整車的信息交互。通過獲取車輛的實時參數，作為預警系統的報警初始條件，同時，在符合規范的前提下，系統可以上報雷達的當前報警狀態以及系統的狀態和診斷信息等，供車輛進行二次應用開發。系統對車身參數的需求以及上報的信息如表3所示。

表3 CAN信息交互信號列表

2 盲區監測系統布置方案

本文采用單側雙毫米波雷達設計，以實現雷達最優探測性能及滿足國標要求為前提，結合車輛的數模以及實車測試，將系統安裝在前輪擋泥板金屬支撐桿側面，通過雷達支架固定在金屬支撐桿上，其安裝位置如圖7所示。

圖7 盲區監測雷達安裝位置示意圖

系統覆蓋范圍需滿足國標要求，具體覆蓋區域（淡綠色的區域為雷達有效探測區域） 如圖8所示，雙雷達系統對單側的目標檢測覆蓋無死角，可以實現國標要求區域的目標探測，可通過設計優化的安裝角來實現對側后方和側前方目標的有效探測（安裝角度較小，對側后方或前方目標輻射能量較強，有利于目標的檢測），且對于側向目標檢測，對后期開發實現除去BSD功能的LCMA、RCTA、FCTA等功能，高有效性的檢測結果是必不可少的。

圖8 盲區監測系統覆蓋范圍

在行車狀態下，盲區監測系統對本車的駕駛員兩側車道視野盲區進行監測。車后3m及后視鏡左右3m為盲區范圍，后視鏡右4.5m為右轉彎的盲區，車輛在行駛或轉向過程中，實時監測駕駛員轉向盲區，當有目標車輛出現在該區域且滿足報警條件時，系統將對駕駛員做出報警指示。盲區監測功能報警區域（淡紅色區域） 如圖9所示。

圖9 載貨車盲區監測系統報警區域示意圖

3 系統工作

3.1 系統自檢

系統自檢項目包括雷達系統關鍵電子元器件和模塊狀態是否正常、系統的初始化參數是否正常、車身交互信息是否正常等。當盲區監測雷達成功上電后，立即進行自檢，此時外后視鏡的指示燈點亮且持續時間小于3s，儀表盤上系統狀態指示燈點亮，當自檢結果正常時，車內儀表盤和外后視鏡的指示燈都熄滅，雷達進入工作狀態；當自檢發現故障時，外后視鏡的指示燈熄滅，而車內儀表盤的指示燈保持點亮，待問題處理完畢后系統恢復正常。系統上電自檢流程如圖10所示。

圖10 系統上電自檢流程圖

3.2 系統工作狀態

盲區監測系統包括系統關閉、系統待機、系統激活及系統故障4種狀態，系統工作狀態示意圖如圖11所示。

圖11 系統工作狀態示意圖

1） 系統關閉：系統開關關閉時，系統處于關閉狀態，此時系統不能工作。

2） 系統待機：系統開關開啟后，系統進入待機狀態，此時可以監測系統覆蓋探測區域目標的運動狀態，系統不能進行盲區監測預警工作。

3） 系統激活：系統處于待機狀態時，若本車行駛速度不低于15km/h且車輛不處于倒擋狀態時，系統進入激活狀態，此時，系統實時對盲區范圍進行監測，對進入該區域的目標進行報警提示。系統滿足激活條件時，盲區監測的報警功能在以下情況任意一種發生時生效：①當有目標車輛的任意部位從后方進入報警區域時，立即進行報警；②當本車以一定速度超越目標車輛，目標車輛進入報警區域時，可以設定滿足國標要求的延時，若目標仍處于盲區范圍，則進行報警，反之，則不報警。

當本車行駛速度小于15km/h或車輛處于倒擋狀態時，系統進入待機狀態。

4） 系統故障：當系統檢測到故障無法繼續工作時，系統進入故障狀態，待故障清除后系統可進入激活狀態。

4 結束語

本文以布置在載貨車前輪擋泥板上4個77GHz毫米波雷達為主體，實現盲區監測功能，通過探測車輛盲區中的目標車輛對駕駛員予以提醒，從而有效避免變道過程中由于后視鏡盲區而發生的事故，提高了駕駛輔助作用，對后續開發ADAS相關功能奠定了基礎。