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基于毫米波雷达的汽车盲区监测系统研究

2020-12-03
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来源:北京汽车集团越野车有限公司
作者:刘保祥
 

引言: 


本文提出一套基于毫米波雷达的汽车盲区监测系统设计方案。详细论述了盲区监测系统的基本原理、 测试方法, 并将该系统装配在实车上进行验证测试, 实车测试结果表明, 设计的盲区监测系统可以对左右相邻车道 10 m 以内的目标车进行实时监测, 当目标车持续靠近装有盲区监测系统的车辆时, 盲区监测系统及时给驾驶员提供预警信息, 避免发生汽车碰撞, 极大提升了汽车的智能驾驶辅助水平。


本文提出一种 AEBS 毫米波雷达性能的测试方法, 并进行测试应用。该方法测试设备简 单, 能够降低测试成本,同时能够测试不同厂家、不同型号的毫米波雷达,对新产品的研发具有重要意义。

01

汽车盲区监测系统设计原理

一般情况下, 通过观察外后视镜, 不能看到车辆周围的全部信息, 在车辆行驶过程中,如果驾驶员在变道之前看不到盲区的车辆, 此时变道可能发生碰撞事故, 盲区监测系统是为了降低这类风险。汽车外后视镜盲区如图 1 所示。
盲区监测系统是当代汽车的一种高科技驾驶辅助配置, 主要功能是通过雷达、 摄像头等智能传感器, 对外后视镜盲区中的行驶车辆进行实时监控, 当后方行驶车辆靠近本车时, 对驾驶者进行提醒, 汽车盲区监测系统示意图如图 2 所示。
同其他传感器相比, 毫米波雷达传感器具有体积小、质量轻和精度高的特点, 并且不受目 标物体形状、 颜色的干扰, 其波长介于厘米波和光波之间,穿透雾、 烟、 灰尘的能力强, 传输距离远, 具有全天候、 全天时的特点, 弥补了红外、 激光、 超声波、 摄像头等其他传感器在车载应用中所不具备的使用场景, 在汽车盲区监测系统中得到了广泛应用。

毫米波雷达向外发射电磁波, 电磁波遇到障碍物被反射回来, 反射回来的回波被雷达接收, 经过信号处理和运算, 得到障碍物的距离和速度等物理信息。按照毫米波雷达的工作频率可以将其分为 24 GHz 毫米波雷达和 77 GHz 毫米波雷达 。

综合考虑各种智能传感器的优缺点, 从可靠性、 准确性、 开发成本以及开发周期等多方面综合考虑, 最终选取 77 GHz 毫米波雷达作为盲区监测系统的感知传感器, 提出基于毫米波雷达的汽车盲区监测系统的设计方案。

该盲区监测系统主要由 2 个毫米波雷达、 控制器、 报警灯和相关线束等组成, 如图 3 所示。2 个 77 GHz 毫米波雷达安装在车身侧后方, 在行驶过程中对周围物体进行监测, 通过电磁波的回波信号计算物体的距离信息和速度信息, 在可能发生碰撞风险时, 触发相应的报警功能, 对驾驶员进行提醒, 有效提高车辆变道、 转弯的安全性。

该系统由原车供电,通过 CAN(Controller Area Network, 控制器局域网络) 获得整车相关信息, 并输出报警信息、 控制信号和状态信息给相应模块进行报警提示。汽车盲区监测系统原理如图 4 所示。
该盲区监测系统中两个雷达之间为主从关系, 主雷达包含控制器, 作为控制决策中心, 并通过 CAN 总线与车辆进行通信, 并向车辆其他模块提供相关信号, 从雷达只承担感知作用, 并通过私有 CAN 总线将目标信息发送给主雷达。汽车盲区监测系统流程如图 5 所示。

02

汽车盲区监测系统测试方法

2.1 车辆盲区监测范围
根据 ISO 17387—2008《智能交通系统-变道决策辅助系统-性能要求和测试程序》, 车辆盲区监测范围如图 6 所示。图中的所有尺寸均为相对试验车辆而言。
注:1 为试验车辆;2 为第 95 百分位眼椭圆的中心, 应符合 GB/T36606—2018 的要求, 以 N 1 类车辆为参考;3 为由线 F、 C、 G、 B 围成的区域为直线工况下的车辆左侧盲区监测范围;4 为由线 K、 C、 L、
B 围成的区域为直线工况下的车辆右侧盲区监测范围;线 A 平行于试验车辆后缘, 并位于试验车辆后缘后部 30.0 m 处;线 B 平行于试验车辆后缘, 并位于试验车辆后缘后部 3.0 m 处;线 C 平行于试验车辆前缘, 并位于第 95 百分位眼椭圆的中心;线 D 为试验车辆前缘的双向延长线;线 E 平行于试验车辆的中心线, 并位于试验车辆车身(不包括外后视镜) 左侧的最外缘;线 F 平行于试验车辆的中心线, 并位于试验车辆车身左侧最外缘的左边, 与左侧最外缘相距 0.5 m;线 G 平行于试验车辆的中心线, 并位于试验车辆车身左侧最外缘的左边, 与左侧最外缘相距 3.0 m;线 H 平行于试验车辆的中心线, 并位于试验车辆车身左侧最外缘的左边, 与左侧最外缘相距 6.0 m;线 J 平行于试验车辆的中心线, 并位于试验车辆车身(不包括外后视镜) 右侧的最外缘;线 K 平行于试验车辆的中心线, 并位于试验车辆车身右侧最外缘的右边, 与右侧最外缘相距 0.5 m;线 L 平行于试验车辆的中心线,并位于试验车辆车身右侧最外缘的右边, 与右侧最外缘相距 3.0 m;线 M 平行于试验车辆的中心线, 并位于试验车辆车身右侧最外缘的右边, 与右侧最外缘相距 6.0 m;线 N 为试验车辆后缘的双向延长线;线 O 平行于试验车辆后缘, 并位于试验车辆后缘后部 10.0 m 处。

2.2 车辆盲区监测试验方法
试验车辆以(50±2) km/h 匀速直线行驶, 目标车辆以高于试验车辆的速度匀速行驶并超越目标车辆, 如图 7 所示。

起初, 目标车辆按照表 1 规定场景的车速,在试验车辆的后边行驶。当目 标车辆的前缘超越图 6 所示的 A 线时, 试验开始;

当目标车辆的前缘超越图 6 所示的 C 线 3 m 时, 试验结束。测试完成后应在试验车辆另一侧重复进行该试验。

以场景 1 为例, 试验车辆速度为 50 km/h, 目标车辆速度为 60 km/h, 目标车辆缓慢超越试验车辆。

图 8 中 1 为试验车辆, 2 为目标车辆。通过监控分别记录左、 右侧预警灯, 将建立预警时与解除预警时目 标车辆与试验车辆之间的距离记录在测试结果中。

在试验车辆的相邻车道分 3 个区, 如图 9 所示, 当目标车辆行驶至Ⅲ号区域内的任意位置时,如果预警灯亮起(即建立预警), 则视为合格;

当目标车辆行驶至Ⅱ 号区域内时, 如果预警灯常亮(即稳定预警), 则视为合格;当目标车辆行驶至 I号区域内的任意位置时, 如果预警灯熄灭(即解除预警), 则视为合格;Ⅱ 号区域为汽车盲区监测范围。

03

实车测试效果验证

将盲区监测系统安装在实车上, 如图 10 所示,两个毫米波雷达分别安装在汽车尾部的两侧, 系统报警灯安装在左、 右外后视镜上, 将以上各部分通过线束连接好, 并按照上述测试方法进行实车路试。

路试结果表明, 当试验车后方相邻车道 10m以内出现目 标车时, 盲区监测系统可以实时对驾驶员进行预警。

在试验车向前正常行驶过程中,当有目标车从试验车后方进入图 6 中的盲区监测区域时, 系统将触发一级报警(报警灯常亮提示),若此时打转向灯, 立刻升级成二级报警(报警灯闪烁提示), 当目标车驶出图 6 中的盲区监测区域时, 系统立刻解除报警。


总 结
本文研究了基于毫米波雷达的汽车盲区监测系统的组成, 并对盲区监测系统进行实车测试, 其预警功能基本满足设计要求, 有效降低了碰撞发生的概率, 对于提高汽车的驾驶辅助水平以及产品竞争力有重要意义。

毫米波雷达发射的是电磁波,电磁波在穿过不同介电常数的物质时会发生一定的折射与反射, 这就对汽车后保险杠的材质与形状有一定的要求。后续将对覆盖毫米波雷达的塑料件进行研究, 在满足汽车外造型的同时, 努力提升盲区监测系统的性能水平。

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