雷達(dá)傳感器在中國汽車應(yīng)用中的6大功能

現(xiàn)階段，中國量產(chǎn)的自動(dòng)駕駛車型多位于L2階段，L2階段通過傳感器確定周圍駕駛環(huán)境，進(jìn)行車路、行人及道路感知，在感知信息的基礎(chǔ)上進(jìn)行警示或制動(dòng)等動(dòng)作，輔助駕駛員安全駕駛，因而，雷達(dá)傳感器為該自動(dòng)駕駛階段最核心的組成部分。雷達(dá)傳感器通過TOF或FMCW技術(shù)探測物體的相對位置、相對速度、相對角度，并在算法和決策平 臺的輔助下實(shí)現(xiàn)如AEB緊急自動(dòng)制動(dòng)、FCW前向碰撞預(yù)警、BSW盲區(qū)監(jiān)視等十多項(xiàng)功能。

1、AEB（自動(dòng)緊急制動(dòng)）功能

定義：AEB是ADAS系統(tǒng)的重要功能，共分為三個(gè)檔次：

（1）FCW，當(dāng)存在潛在的碰撞危險(xiǎn)時(shí)，AEB系統(tǒng)將會(huì)及時(shí)通過視覺、聽覺和/或觸覺報(bào)警（例如座椅震動(dòng)）通知駕駛員；

（2）二級警報(bào)，若駕駛員無法應(yīng)，則出現(xiàn)限速自動(dòng)提示；

（3）自動(dòng)介入剎車，必要的情況下由AEB自動(dòng)控制剎車系統(tǒng)，完成制動(dòng)操作，從而減輕或避免碰撞傷害，該功能在7-180km范圍內(nèi)均可啟動(dòng)。

根據(jù)美國公路安全保險(xiǎn)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)，AEB系統(tǒng)可將追尾事故發(fā)生的概率降低56%

分類：（難度由低→高）

根據(jù)事故類型，E-NCAP將AEB系統(tǒng)分為三類：

1.城市專用AEB系統(tǒng)——多發(fā)生在交通擁堵的路口，速度慢（＜20km/h），碰撞程度低；

2.高速公路專用AEB系統(tǒng)——多發(fā)生于駕駛員疲勞的高速（50-80km/h）駕駛場景；

3.行人保護(hù)專用AEB系統(tǒng)——檢測行人與自行車，需預(yù)測其運(yùn)算路徑，算法復(fù)雜。

前兩者更適合使用毫米波雷達(dá)，而第3種需在前兩者的基礎(chǔ)上進(jìn)行圖像捕捉，因而需補(bǔ)充攝像頭。

工作原理：AEB可通過視覺傳感器、毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)，雷達(dá)傳感器或攝像頭傳感器測出前車或障礙物距離，數(shù)據(jù)分析模塊將測出距離與安全距離、警報(bào)距離進(jìn)行比較，當(dāng)距離過小時(shí)，AEB系統(tǒng)則會(huì)發(fā)出碰撞預(yù)警，若駕駛員未能及時(shí)進(jìn)行制動(dòng)操作，AEB系統(tǒng)將對剎車系統(tǒng)發(fā)出剎車請求，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)制動(dòng)。

毫米波雷達(dá)：具備全天候全天時(shí)工作優(yōu)勢，但存在橫向輻射盲區(qū)。

激光雷達(dá)：除探測距離長外，還可測量橫向位置，但易受天氣影響。

視覺傳感器：具備明顯成本優(yōu)勢，但識別準(zhǔn)確度仍需提升，且受天氣影響大。

成本：單攝像頭版AEB成本約600元，毫米波雷達(dá)版成本約1,500元，激光雷達(dá)版本成本則過萬。

綜合性能和成本情況考慮，AEB系統(tǒng)最佳傳感器配置為“毫米波雷達(dá)+視覺傳感器”組合。

發(fā)展現(xiàn)狀分析截至2019年上半年，中國AEB配置的裝車滲透率約為9%，主要搭載在20萬元及以上的外資品牌車型上，如奔馳Pre-safe、沃爾沃City safety、大眾Front Assist、豐田PCS。

隨著2018版C-NCAP逐漸實(shí)施，未來3年AEB系統(tǒng)在中國市場的需求將迎來爆發(fā)式增長。

2、BSW（盲區(qū)監(jiān)視）功能

定義：BSW系統(tǒng)通過在車輛后部安裝兩顆毫米波雷達(dá)以探測后視鏡盲區(qū)范圍，當(dāng)探測到盲區(qū)內(nèi)存在障礙物則向駕駛員發(fā)出警報(bào)，輔助進(jìn)行變道或減速。BSW系統(tǒng)基本功能包括兩項(xiàng)：

（1）BSW盲區(qū)監(jiān)測，使用毫米波雷達(dá)進(jìn)行盲區(qū)障礙物監(jiān)測，并提供視覺、聽覺警報(bào)服務(wù)；

（2）LCA變道輔助，在車輛變道過程中，探測相鄰車道是否有車輛快速接近的系統(tǒng)，并發(fā)出警告。工作條件：行駛速度>15km/h，或轉(zhuǎn)彎半徑>100m。

盲區(qū)是汽車設(shè)計(jì)最大的缺陷之一，根據(jù)美國國家公路交通安全管理局?jǐn)?shù)據(jù)，每年有80多萬起與盲點(diǎn)有關(guān)的安全事故發(fā)生，其中約300件導(dǎo)致死亡車禍。這也是BSW系統(tǒng)存在的重要原因。

分類（按應(yīng)用場景劃分）

SBSD側(cè)面盲區(qū)監(jiān)測

STBSD轉(zhuǎn)向盲區(qū)監(jiān)測

功能拓展（開發(fā)難度由低→高）

1.RCTA在倒車時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測車輛后部橫向接近的障礙物，并發(fā)出警告。

2.DOW在即將開啟車門時(shí)，實(shí)時(shí)檢測車輛側(cè)后方障礙物，并發(fā)出警告。

3.RCTB在倒車時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測車輛后部橫向接近的障礙物，必要時(shí)主動(dòng)進(jìn)行制動(dòng)。

發(fā)展現(xiàn)狀分析此外，根據(jù)2019年9月發(fā)布的《美國消費(fèi)者報(bào)告》顯示，BSW系統(tǒng)在ADAS輔助安全系統(tǒng)中避險(xiǎn)百分比最高，可避免60%的車禍。因而，BSW是ADAS系統(tǒng)中配置率較高的一項(xiàng)功能，截至2019年上半年，其在中國市場的滲透率為17%，其中，價(jià)格在40萬元以上的汽車車型的滲透率最高，達(dá)到56%，BSW選配價(jià)格在5,000-7,000元之間。

3、ACC（自適應(yīng)巡航）功能

定義：ACC系統(tǒng)是一種智能化的自動(dòng)控制系統(tǒng)，借助外部傳感器（毫米波雷達(dá)、攝像頭、激光雷達(dá)等）檢測自車與前方車輛的距離和相對速度，并控制自身車速和前車保持固定的距離。假設(shè)前車變道離開，在未識別到新的目標(biāo)物之前，ACC系統(tǒng)會(huì)控制車輛按照設(shè)定的車速行駛。

ACC既可適用于低速場景（TJA交通擁堵輔助），也可適用于高速場景（ICA智能巡航輔助）。

應(yīng)用場景

工作流程分析ACC系統(tǒng)利用傳感器得到行車所需信息，當(dāng)發(fā)現(xiàn)前車減速或出現(xiàn)新目標(biāo)時(shí)，電控單元將發(fā)送執(zhí)行信號給發(fā)動(dòng)機(jī)或制動(dòng)系統(tǒng)，做出保持車距或自動(dòng)制動(dòng)等相關(guān)動(dòng)作。若前方?jīng)]有車輛，則恢復(fù)設(shè)定車速。

因涉及到汽車的自動(dòng)制動(dòng)，ACC系統(tǒng)還需協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)、自動(dòng)變速箱控制器、電子穩(wěn)定程序等部件進(jìn)行工作。

1、最常用的安全距離模型為車間安全時(shí)距模型，即跟車距離以時(shí)間為單位設(shè)置，通常為1-2.5s。

2、需輔助車道識別單元、轉(zhuǎn)向角傳感器、橫擺率傳感器、車輪轉(zhuǎn)速傳感器等多部件進(jìn)行判斷。

3、ACC系統(tǒng)的自動(dòng)制動(dòng)力為車輛最大制動(dòng)力的30%-40%，位于0.3-0.4g之間。若系統(tǒng)判定需要急剎（＞最大制動(dòng)力的40%）時(shí)，儀表上將會(huì)出現(xiàn)視覺信號并發(fā)出蜂鳴警報(bào)。

備注：此處的“前方”指毫米波雷達(dá)的探測距離，一般為200米

4、PA（停車輔助）功能

定義與原理：

PA系統(tǒng)通過安裝在車身上的超聲波雷達(dá)及攝像頭探測停車位置，繪制停車地圖，并實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)規(guī)劃泊車路徑，將汽車指引或直接自動(dòng)控制方向盤將汽車駛?cè)胪＼囄恢谩?/span>

工作原理：PA系統(tǒng)通過搜索泊車位、生產(chǎn)泊車路徑和運(yùn)動(dòng)控制三大功能，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)泊車輔助。當(dāng)汽車行駛速度低于30km/h時(shí)，其搜索功能將自動(dòng)打開，在搜索到合適車位后，ECU將從速度和運(yùn)動(dòng)兩方面進(jìn)行泊車軌跡模擬。最后，控制器將對汽車進(jìn)行橫向和縱向控制，從而完成泊車動(dòng)作。

工作流程分析

分類（按功能）

PA系統(tǒng)目前已發(fā)展至第三代，從最開始的駕駛員必須在車內(nèi)配合掛擋完成泊車（APA系統(tǒng)），發(fā)展到駕駛員可以站在車外5米外使用手機(jī)遙控泊車（RPA遠(yuǎn)程遙控泊車），最后到汽車自主學(xué)習(xí)泊車路線完成固定車位泊車（自學(xué)習(xí)泊車），未來將出現(xiàn)第四代PA系統(tǒng)，即AVP代客泊車。

5、LKA（車道保持）功能

定義：LKA系統(tǒng)通過角雷達(dá)、多功能攝像頭識別本車相對于車道中央的位置，如車輛靠近標(biāo)識線或偏離車道，則通過方向盤震動(dòng)或聲音來進(jìn)行警告，必要時(shí)通過自動(dòng)轉(zhuǎn)向干預(yù)使車輛回到車道內(nèi)。

LKA系統(tǒng)包含三項(xiàng)子功能：

（1）LDW，在車道偏離時(shí)，通過聲音、視覺和震動(dòng)等方式發(fā)出預(yù)警；

（2）LDP，在汽車快要駛離車道時(shí)，通過施加適當(dāng)轉(zhuǎn)向干預(yù)實(shí)現(xiàn)位置修正的系統(tǒng)；

（3）LCC，通過監(jiān)控汽車與車道中線的相對位置，主動(dòng)輔助駕駛員保持在車道中線位置，減少駕駛員負(fù)擔(dān)。

產(chǎn)生的必要性

在歐洲，39%的意外交通事故是因偏離車道而產(chǎn)生的，在美國這一比例為44%，而中國這一比例更是高達(dá)50%。高交通事故發(fā)送概率是催生LKA系統(tǒng)出現(xiàn)的重要原因。

根據(jù)2019年9月發(fā)布的《美國消費(fèi)者報(bào)告》顯示，LKA和LDW的避險(xiǎn)指數(shù)為31%。截至2019年上半年，中國市場的LKA滲透率為26.4%，LDW的滲透率為44.6%。

工作流程分析

LKA系統(tǒng)可分為感知層、決策層和執(zhí)行層三部分。其中，感知層用于采集車道信息和車輛信息，決策層用于判斷是否需要轉(zhuǎn)道并計(jì)算輸出力矩，執(zhí)行層為EPS系統(tǒng)，EPS系統(tǒng)使用虛擬駕駛員轉(zhuǎn)向力矩代替扭矩傳感器監(jiān)測到的駕駛員轉(zhuǎn)向力矩，完成車道保持輔助。

適用條件分析LKA系統(tǒng)的缺陷：

1.LKA系統(tǒng)是基于視覺傳感器辨認(rèn)車道線的，如果攝像頭被遮擋、車道線不清晰、大雨霧霾等惡劣天氣、黑夜等情況都會(huì)導(dǎo)降低系統(tǒng)判斷精度；

2.LKA系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向能力有限，如果車輛的橫向偏移速度超過ESP設(shè)定，車輛就會(huì)跑出車道。

使用限定條件：

1.目前量產(chǎn)的LKA主要適用于高速場景的輔助功能，只有當(dāng)車輛行駛速度＞60km/h才LKA系統(tǒng)才介入工作，并限制該系統(tǒng)在惡劣天氣情況下的使用；

2.根據(jù)2019年1月頒布的《道路車輛先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）術(shù)語及定義》的征求意見稿規(guī)定，LKA系統(tǒng)激活時(shí)引發(fā)的車輛橫向加速度不大于3m/s2，車輛橫向加速度變化率不大于5m/s3。

6、其他功能

除AEB、FCW、BSW、LCA、SBDS、STBSD、ACC、RCTA、DOW、RCTB、APA、RPA、自學(xué)習(xí)泊車、AVP、LKA、LDW、LDP及LCC功能外，雷達(dá)傳感器還可應(yīng)用在HUD、ROA、RCW、PD、SLA、TJA、ICA及智能駕駛司機(jī)上。

功能總結(jié)

ADAS功能通過傳感層、決策層和執(zhí)行層三個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)，其中傳感層通過雷達(dá)傳感器及視覺傳感器對環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，是各種輔助駕駛功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。

三種雷達(dá)傳感器性能有所區(qū)別，適用的場景也有所不同。其中，超聲波雷達(dá)能量消耗慢，超聲波的穿透性強(qiáng)，但其探測距離短且不適合高速運(yùn)行，因而只適合自動(dòng)泊車等低速場景。毫米波 雷達(dá)具備全天時(shí)全天候的優(yōu)勢，適用于AEB、FCW、BSW、LCA、ACC、LKA等多個(gè)應(yīng)用場景，而激光雷達(dá)可360度無死角掃描，從而形成環(huán)境三維模型，但其價(jià)格昂貴，性價(jià)比不高，因而其雖可應(yīng)用于多個(gè)場景，但均未作為最佳選擇。