汽车驾驶辅助装置详解(上)

◆文/北京 李玉茂

一、预备知识

1.国际汽车工程师学会于2014年发布，自动驾驶技术分为L0至L5共6个级别：L0—非自动化，L1—辅助驾驶，L2—部分自动化，L3—有条件的自动驾驶，L4—高度自动化，L5—全自动化。现在世界上最先进的车辆是L3级，汽车装备的各种驾驶辅助装置，就是为了迈向L5级。

2.测距传感器利用机械波、电磁波等进行工作。机械波，由机械振动产生，只能在空气中传播，机械波包括声浪、超声波。声波，人耳能听到的频率为20Hz～20kHz，汽车用于扬声器、蜂鸣器。超声波，频率高于20kHz，人耳听不到，方向性好，反射能力强，用于前/后驻车、泊车辅助、涉水深度传感器，相关装置安装在保险杠等处，从车辆外观可以看到。电磁波，具有电磁辐射特性，在空气和真空中传播，频率由低到高排列：无线电波-微波-红外线-可见光-紫外线……无线电波，频率300kHz～300MHz，用于胎压传感器、汽车钥匙。微波，频率300MHz～3000GHz，包括分米、厘米、毫米、亚毫米波段，穿透性强，用于ACC、盲点监测、倒车车侧传感器，安装在车标或保险杆里面，从车辆外观看不到。红外线，用于汽车烤漆和测温仪。可见光，人眼感知频率为380～750THz。紫外线，用于汽车空调杀菌。

二、ACC自适应巡航系统

ACC的中文是自适应巡航系统，多装备在中高档及以上乘用车上。ACC是CCS(巡航系统)的升级版，设有单独的ACC控制单元，是一种智能化的自动控制系统，属于自动驾驶技术的L2级。大众帕萨特前车标后面装有雷达传感器(图1)，频率76.5GHz，有效探测范围150m，水平视角12°，垂直视角±4°，车速范围30～210km/h，通过多普勒效应进行速度比较。

图1 雷达传感器

传感器持续扫描前方道路，轮速传感器提供车速信号，与前车之间的距离过小时，ACC控制单元通知发动机、制动等控制单元，降低发动机输出功率，适当采取车轮制动，依据驾驶人的设定，自动控制跟车距离。当前方车辆突然紧急制动，ACC控制单元发出声光信号，通知驾驶人立即踩制动踏板。本车与前车之间增加到安全距离时，ACC控制单元按设定的车速巡航。

ACC系统激活，组合仪表显示“主动状态”或“被动状态”，主动状态是系统监测前方移动物体的相对速度，依据驾驶人设定的安全距离自动控制车距。被动状态是系统监测前方移动物体的相对速度，不进行车距控制，必须由驾驶人控制车距。ACC由主动状态转为被动状态的条件：按“巡航取消”键、踩制动踏板、长时间踩加速踏板、ABS、ESP、TCS功能介入工作。

三、IACC集成式自适应巡航系统

IACC的中文是集成式自适应巡航系统，装备在新款乘用车上，例如长安CS75，该车是A+级SUV车。IACC采用多传感器融合技术，融合毫米波雷达、多功能摄像头和导航地图(与高德合作)，感知道路环境，通过发动机、制动系统、转向控制系统，自动加速系统、减速及转向系统，将车辆保持在车道内或跟随前方目标车轨迹自动驾驶。IACC激活后，有以下功能。

1.单车道辅助驾驶，车辆自动保持在车道内行驶。

2.偏离车道辅助驾驶，车速65km/h以上，车辆即将偏离车道时，仪表发出纠偏提示，并自动将车辆纠正到车道内。

3.交通拥堵辅助驾驶，堵车情况下，车辆自动保持在车道内行驶或跟随前车行驶。

4.弯道辅助，摄像头识别出前方弯道，如果当前车速过高，自动减速进入弯道，出弯道后自动加速到设定车速。

5.预警辅助，高速行驶时距前车距离过近，提醒驾驶人注意车距；与前车存在碰撞危险，警示驾驶人采取制动；碰撞即将发生且驾驶人未制动，车辆主动制动。

6.语音设定巡航速度，也可以手动设定。

7.智能限速辅助，巡航车速大于识别到的限速标志牌，IACC自动将标志牌限速设定为巡航速度。

8.IACC增加“L2级自动驾驶”键(图2)。

图2 L2级自动驾驶键

四、预碰撞安全系统

大众汽车公司将预碰撞安全系统命名为Front Assist，中文是前部辅助系统，俗称“碰撞报警/主动刹车”。该系统与ACC协调工作，ACC在巡航状态或关闭状态该系统均工作，防止碰撞前车，将制动距离缩至最短。前车标后面的雷达传感器，监测前方移动和静止目标的距离，分步完成预处理车辆、警告驾驶人、主动制动干预。设有2个子系统，HBA(液压制动辅助系统)和ATB(自动部分制动)。

1.预处理车辆，车速5～210 km/h，系统感知碰撞危险性略高，HBA预充制动液压力，并自动降低触发阈值。

2.警告驾驶人，车速30～210 km/h，感知碰撞危险性较高，分两步警告驾驶人：(1)预警告，发出警告音及图标；(2)主警告，发出制动耸车警告。

图3 城市紧急制动

3.主动制动干预，车速5～210km/h，感知碰撞危险性最高，如果驾驶人未采取制动，(1)HBA预充制动液压力升高；(2)ATB自动制动，车速小于30km/h执行“城市紧急制动”，车速大于30km/h执行“自动部分制动”。

城市紧急制动(图3)：(1)感知碰撞危险性略高，HBA预充制动液压力，执行“较高敏感度”阈值，不发出警告；(2)感知危险性较高，HBA切换到“高灵敏度”阈值；(3)感知危险性最高，ATB以6.0m/s2减速度制动，此时驾驶人必须紧急制动，否则会发生碰撞事故。

自动部分制动(图4)：(1)感知碰撞危险性略高，发出图像及声音警告，HBA预充制动液压力，切换至“较高敏感度”；(2)感知危险性较高，如果驾驶人未制动，发出短时制动耸车警告，切换至“高敏感度”；(3)感知危险性最高，如果驾驶人仍未制动，ATB以1.0m/s2减速度制动；(4)如果驾驶人仍然置之不理，ATB以3.5m/s2减速度制动，此时驾驶人必须紧急制动，否则发生碰撞事故。

图4 自动部分制动

五、车道偏离系统

车道偏离系统的功用是行车中识别偏离车道，通过显示屏、蜂鸣器、转向盘振动发出报警，适于长途及疲劳驾驶。有些车型只作警示，有些车型通过助力电机自动修正行驶方向。大众CC车道偏离系统(图5)，主要由安装在后视镜底座的摄像头和偏离预警控制单元、电动助力转向控制单元、助力电机、转向柱控制单元、转向盘、组合仪表组成。

图5 车道偏离系统

摄像头扫描道路前方20～60m范围，每秒钟拍摄25帧图像，当车辆轻微偏离车道，如图6所示，液晶屏显示“道路辅助，请控制转向”、蜂鸣器发出锣音，转向盘振动(奥迪车有此功能)，该系统通过转向系统自动修正行驶方向。

图6 车道偏离报警

工作原理：

1.识别车道线，摄像头拍摄前方路面，根据标线与路面的灰阶对比值确定标记点。

2.计算车道，弯道半径大于250m自动切换为被动模式。被动模式只是监测，主动模式监测、报警、修正。

3.偏离修正，(1)未开转向灯出现偏离，系统认为是客观偏离，转向盘修正力矩小于3N·m，修正时间小于100s；如偏离过大，说明驾驶人忘开转向灯而变换车道。(2)开转向灯出现偏离，系统认为是主观偏离，由主动模式自动切换至被动模式，变道完成后自动恢复主动模式。

4.主动模式条件，车速小于65km/h，道路宽2.45～4.60m，摄像头视野清晰必须能够识别出道路边界，车道标志线虚长不超过实长的2倍。

5.车道偏离指示灯有3种状态，关闭偏离开关指示灯熄灭，打开偏离开关处于主动模式为绿色，处于被动模式为黄色(图7)。

6.转向盘振动，转向盘上装有振动电机，握住转向盘双手感觉振动。

图7 车道偏离指示灯

7.如果车道偏离功能与ACC功能同时启用，ACC功能优先。

六、并线辅助系统

1.沃尔沃将并线辅助系统命名为BLIS，中文是盲点信息系统。车身两侧后部装有雷达传感器，探测车外后视镜盲区内的车辆(图8)。驾驶人在变换车道时，BLIS提醒驾驶人注意盲区内同方向行驶的车辆，在多车道、大交通流量的道路上最能发挥作用。

图8 BLIS监测范围

主要由盲点监测开关、摄像机模块、雷达模块、盲点监测警示灯等组成。盲点监测开关(图9)集成在中控台控制面板，盲点监测开关信号首先进入自动空调控制单元，再由其发送到CAN总线。

图9 盲点监测开关

摄像机模块与电动后视镜集成在一起(图10)，摄像机模块对拍摄的照片进行处理，同时通过LIN线获取车速信号，识别本车是否正在超越其他车辆，或被其他车辆超越。

两个雷达模块安装在后保险杠两侧的内部(图11)，当雷达传感器探测到物体时，通过盲点监测警示灯警示驾驶人。

两个盲点监测LED警示灯安装在两个前门三角窗(图12)，若盲区内有车辆，LED点亮呈橘黄色并闪烁。

2.奥迪汽车公司将并线辅助系统命名为Audi Side Assist，中文是侧向辅助系统，两个倒车镜分别装有频率为24kHz的超声波传感器，监测汽车侧后方70m范围内的情况。车速大于60km/h，侧向辅助系统激活，当检测到盲区内有汽车出现，系统进入“提示”阶段，倒车镜上的LED黄色灯点亮(图13)。LED点亮不会干扰驾驶人，因为驾驶人直视倒车镜才能看到LED。

图10 摄像机模块

图11 雷达模块

图12 盲点监测警示灯

驾驶人打开转向灯准备变换车道，当检测到盲区内有汽车出现，LED亮度增强并增加闪烁频率，系统进入“警示”阶段，驾驶人不会忽视，因为驾驶人只要观察倒车镜，就能看到LED闪烁。警示灯的亮度随环境亮度而变化，也可以通过MMI(多媒体交互系统)设置LED灯亮度。

图13 警示灯点亮

七、疲劳驾驶识别系统

1.大众汽车公司将疲劳驾驶识别系统命名为MKE，中文是疲劳驾驶识别系统。车速65～200km/h，MKE监控驾驶人的驾驶动作和车辆行驶中的相关信息，分析驾驶人的疲劳程度，当判断驾驶人出现疲劳，液晶屏显示“咖啡”标识(图14)，同时发出一声“锣音”。

图14 “咖啡”标识

下列情况MKE将疲劳估计值复位：关闭点火开关、驾驶人解开安全带且打开驾驶人车门、停车时间大于15min、长时间低速行驶。如果紧接着快速行驶，MKE重新计算行驶状况。下列情况MKE功能受限：车速小于65km/h、车速大于200km/h、恶劣天气、运动风格驾驶。

(未完待续)