在国产汽车上应用自适应巡航系统的效益分析

刘海波

摘要：自适应巡航系统在高价格豪华车上普遍应用，而在国产车上却鲜有装备。分析了国内外研究现状，提出了在国产车上装备自适应巡航系统的可行性。着重从研发阶段的车距检测技术、使用阶段的安全性和燃油经济性，分析了在国产车上应用自适应巡航系统所能带来的效益。

关键词：自适应巡航系统；车距检测；安全性

中图分类号：U463.6 文献标志码：A 文章编号：1673-291X（2012）32-0209-02

随着我国汽车工业的发展，汽车产销量不断攀升，汽车已逐渐进入大众化消费时代。伴随而来的是人们对汽车舒适性、安全性及环保等各种性能的要求不断提高。为满足日益增长的需求，汽车上增设了自适应巡航控制系统。自适应巡航控制系统（AdaptiveCruiseControl，简称ACC）是一种智能化的自动控制系统，它是在巡航控制技术的基础上发展而来的[1]。

一、自适应巡航控制系统国内外研究现状

美国的伊顿公司从1971年就一直从事自适应巡航控制系统产品的开发和研制。伊顿公司新一代的产品采用24GHz单脉冲雷达，可同时探测到本车正前方120米、左右偏移8°范围内的24个目标车辆，以距离本车最近的车辆作为主目标，当两车距离小于驾驶员所设定的距离时，该系统向驾驶员发出警报。

三菱公司研制开发的PDC（PreviewDistanceControl）系统是具有现代概念的最早的自适应巡航控制系统。博世公司开发的自适应巡航控制系统包括雷达、转向传感器、执行机构和显示单元。自适应巡航控制系统包括原有的车辆控制ECU以及位于车辆前端的传感器和控制装置SCU（SensorandControlUnit）。SCU用于完成对雷达信号的处理和自适应巡航控制流程，并通过CAN数据总线与车辆主控ECU相连。用于车辆动力性控制系统VDC（VehicleDynamicsControl）的转向传感器可以帮助车辆预知其行驶路线。

近年来，德国的大陆特威斯公司（ContinentalTeves）致力于汽车安全行驶的全方位研究，也在加紧对车用雷达系统的开发。该公司开发出采用微波雷达技术和红外传感技术两类自适应巡航控制系统产品，可探测出前方150米范围内的目标车辆与本车间的车距和相对速度，在自动进行安全车距控制时，发动机和传动系工作稳定，乘坐舒适。为了进一步提高自适应巡航控制系统的性能，该公司还提供了与能见度相关的车速推算系统，以及为缩短制动系反应时间的电子辅助制动助力装置。目前，大陆公司的产品广泛地应用在各大著名汽车公司的高档轿车上。

我国一些高等院校正对自适应巡航控制技术的发展进行跟踪研究。北京理工大学车辆学院、清华大学汽车技术研究所等多家科研机构正在从事自适应巡航控制技术或相关技术的研制開发工作，并取得了阶段性的进展。北京理工大学提出了将自适应巡航系统与车辆制动和防滑控制系统相集成，构成ABS/ASR/ACC系统的设计方案。清华大学所做的汽车主动安全性的研究，将自适应巡航控制技术融合其中，不但可以实现自动调整与目标车辆间的距离，而且还可以实现障碍主动避让，从而进一步提高车辆行驶的安全性能。

二、自适应巡航控制系统工作原理

自适应巡航控制系统主要由车距传感器（雷达）、轮速传感器、转向角传感器以及ACC控制单元等组成。车距传感器一般安装在车头，它可以探测到汽车前方200米左右的距离，轮速传感器（与ABS系统共用）可以感知车辆的行驶速度，而转向角度传感器可以感知车辆的行驶方向，ACC控制单元可以对发动机和制动系统的状态进行控制。

驾驶员可通过面板设置来启动或清除自适应巡航控制系统。启动系统时，要设定本车的车速和与目标车辆间的安全距离，否则系统将自动设置为默认值。当本车前方无行驶车辆时，本车将处于普通的巡航行驶状态，系统按照设定的行驶车速对车辆进行匀速控制。当本车前方有目标车辆，且目标车辆的行驶速度小于本车的行驶速度时，系统将控制本车进行减速，确保两车间的距离为所设定的安全距离。当系统将本车减速至理想的目标值之后采用跟随控制，与目标车辆以相同的速度行驶。当前方的目标车辆发生车道变更或本车变更车道行驶，本车前方无行驶车辆时，系统将对本车进行加速控制，使本车恢复至设定的行驶速度，系统转入对本车的匀速控制。当驾驶员干预车辆驾驶后，系统将自动退出对车辆的控制。

三、在国产汽车上应用自适应巡航技术效益分析

（一）在技术研发阶段

自适应巡航系统的关键技术之一就是车距的测量。就目前而言，车距检测技术无外乎以下几种：雷达、摄影、红外线、激光等[2]。各种技术的优劣分析如下。

雷达技术一直以来大多被使用于军事用途，随着制造技术的进步，雷达设备的体积已经逐渐的缩小，即使成本依然相当昂贵，仍有很多国外豪华品牌汽车制造商开始在其旗下部份高阶车种上装设雷达设备，用来提供远距离行车预警系统。众所周知，雷达技术不论是在效能与可靠性方面的表现都相当优秀，只是因为其制造成本一直难以有较大幅度的下降，因此目前为止仍难以为各大车厂广泛采用，尤其是在国产汽车上。

摄影技术已相当成熟，制造成本可以算是相当低廉，已在影像式倒车辅助等行车安全系统上应用。然而，由于摄影技术最大的问题在于，其只能检测100米以内的目标，超过此范围，则难以有效辨识要识别的物体。而且，通过摄影机摄录画面，再透过影像分析软件辨识目标，此实时动作需要计算机相当强大运算能力的支持。以目前车载计算机系统的能力来说，完成少量目标的辨识工作，可以达到一定程度实时性的安全需求。但在运用在复杂路况时，往往需要辨识的目标可能同时会高达数十个，这对于数据实时性要求极高的行车安全来说，还达不到要求。

红外线技术可以提供到良好的夜视功能，在夜晚行车时运用此项技术可以帮助驾驶者辨识道路上的障碍物及周遭的动物、行人等物体，因此，在夜间环境下可以用来弥补前面提到单纯使用摄影技术时之不足。然而，与摄影技术相似的是，其最好的检测距离也只能达到数十米，在车速较高的情况下，需要快速反应时，将不适合应用；同时，红外线易受天气干扰。

激光技术是较晚时间才被采用于行车安全上的，其所能检测物体的有效距离可达数百米。同时，由于运算量不像影像辨识那样庞大，也让检测所需时间可以大大的降低。而且，激光技术的效能在不同天候的情况下，都不受到太大的影响。因此，激光技术从各个方面看来，应当适用于行车安全。然而，激光技术尚处于起步阶段，生产成本相较其他技术仍然过高，技术尚不完备，相信经过一段时间的测試与检验，未来应该有很高的机率被广泛的应用于行车安全领域。

由上面的分析可知，自适应巡航系统多用于高价格的豪华车上，在进口这些车辆时，会大量消耗我国的外汇储备，而对我国的社会发展毫无益处。同时，由于先进雷达、激光等关键技术大多由欧、美等国所掌握，且对我国进行技术封锁，即便有钱也买不到。如果在国产车上大量应用自适应巡航系统，在巨大利益的驱动下，就可以激发业界、学界的研发热情，也可以推动相关技术的大发展。而且，大量生产必会降低成本，使不同价位的国产汽车都可以应用，将有助于我们国产汽车进入车用安全领域，以期未来于汽车产业占有一席之地。

（一）在使用阶段

自适应巡航控制系统可以保持车速稳定。无论是在什么路面上行驶，只要在发动机功率允许范围内，汽车均可保证匀速行驶。可以提高驾驶时的舒适性和安全性，既减轻了驾驶员负担，又对保证行车安全十分有利。可最大限度的节省燃油，降低排气污染：汽车以稳定车速行驶时，可使发动机工作在燃油消耗与功率输出最佳配合状态，既能降低燃油消耗，又可减少排气污染。下面，就安全性和燃料经济性两方面进行具体分析。

1.安全性。自适应巡航系统一般在车速大于40Km/h的情况下可以启动，因此，在车速较高的道路上常被使用。据统计，超速行驶、疲劳驾驶是引发高速公路交通事故的主要原因，导致的事故起数、造成的死亡人数占总数的比例呈逐年上升的趋势。特别是因疲劳驾驶造成的死亡人数增长较快，2006年因疲劳驾驶造成的死亡人数，比2001年增长了1倍。小型客车、重型货车是高速公路交通事故的主要肇事车型，其中小型客车肇事约占总数的三分之一，导致的死亡人数约占总数的四分之一。高速公路小型客车事故多发，与我国汽车保有量结构一致。事故形态中的尾随相撞占有很大比例，这与超速行驶、疲劳驾驶是导致高速公路交通事故的主要原因相一致。因超速行驶、疲劳驾驶，驾驶人对突发事件来不及采取措施或者是疏忽大意，很容易引发事故。近年来，因尾随相撞造成的事故起数、死亡人数约占总数的1/3和1/2[3]。

自适应巡航系统在启动时，除了设定车速外，还需设定相应的安全距离，在设定的距离不符合安全规定时，是设定不了的。系统启动后，驾驶员无需再踩油门踏板，在长距离行驶时，提高了舒适性，减轻了驾驶员疲劳程度，也提高了行车的安全性。系统运行时，如果前车出现紧急情况，速度发生了变化，而驾驶员对变化毫不知情时，当两车间距达到安全距离时，系统会采取降低动力输出和主动制动的方式对车辆进行控制，同时，以声光形式提醒驾驶员采取措施，避免事故的发生，从而提高了行车的安全，最大可能地避免人身和财产损失。

2.燃油经济性。自适应巡航系统启动后，会根据前车的速度变化，自动调节动力输出，不需要驾驶员频繁换档，始终使发动机工作在最佳工况，最大限度地节省燃油，同时也降低了有害物质排放。

四、结论

通过上述内容分析，说明在国产汽车上应用自适应巡航系统，不但可以激发产业界、学界的研发热情，推动国产汽车相关技术的发展，还可以最大限度地提高行车的安全性，减少人身和财产损失；同时，也可以降低燃油消耗，减少有害物质的排放，所带来的效益是很可观的。

参考文献：

[1] 汪清平，等.汽车自适应巡航控制系统[J].上海汽车，2009，（8）.

[2] 魏秋兰.自适应巡航系统在汽车上的应用[J].农业装备与车辆工程，2009，（6）.

[3] 常宇.我国高速公路交通事故分析[J].中国安全生产科学技术，2008，（10）.

[责任编辑高惠琦]