１０４２ＳＡＥ—Ｃ２００７Ｅ６１６２００７中国汽车工程学会年会论文集基于毫米波雷达的汽车主动巡航控制系统与防撞预警系统张峰会北京经纬恒润科技有限公司【摘要】本文主要介绍了基于毫米波雷达的汽车主动巡航控制系统（ＡＣＣ）和主动防撞预警系统（ＣＷＳ）。ＡＣＣ和ＣＷＳ系统是智能化安全辅助驾驶系统，本文首先介绍了这些系统的功能构成和毫米波汽车雷达的结构组成，并对系统实现的关键技术做了阐述。【关键词】主动巡航控制系统防撞预警系统毫米波汽车雷达调频连续波ＭＭＷＲａｄａｒＢａｓｅｄＡｄａｐｔｉｖｅＣｒｕｉｓｅＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍａｎｄＣｏｌｌｉｓｉｏｎＷａｒｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍＺｈａｎｇＦｅｎｇｈｕｉＢｅｉｊｉｎｇＪｉｎｇｗｅｉＨｉｒａｉｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＬｔｄＡｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｍａｉｎｌｙｇｉｖｅｓａｃｌｅａｒｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎａｂｏｕｔＡｄａｐｔｉｖｅＣｒｕｉｓｅＣｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍａｎｄＣｏｌｌｉｓｉｏｎＷａｒｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒｗａｖｅｒａｄａｒ．ＡＣＣａｎｄＣＷＳｂｏｔｈａｒｅｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔａｓｓｉｓｔａｎｔｄｒｉｖｉｎｇｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｐａｐｅｒｆｉｒｓｔｌｙｅｘｐｌａｉｎｓｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｓｙｓ—ｔｅｍ，ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｍｍ—ｗａｖｅｒａｄａｒａｎｄｍａｋｅｓａｄｅｔａｉｌｅｄｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎａｂｏｕｔｋｅｙｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｔｏｉｍｐｌｅｍｅｎｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＡＣＣＣＷＳＭＭＷａｕｔｏｍｏｔｉｖｅＲａｄａｒＦＭＣＷ的人为变动，进而改善了汽车的燃油经济性和发动机的引言排放。汽车前向防撞预警系统（ＣｏｌｌｉｓｉｏｎＷａｒｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ，ＣＷＳ）交通安全直接关系到广大人民的生命财产安全，是交通则是通过探测周围车辆的距离和速度，来判断是否存在潜在领域需要迫切解决的重要问题。随着公路的发展和汽车保有事故危险，如果存在危险则向驾驶员发出报警信息，必要时量的增加，交通事故的绝对数在持续上升。道路交通事故统自动转弯、减速或制动。计分析结果表明，在驾驶员、车辆和道路这几个环节中，驾驶员是可靠性最差的因素。驾驶员疏忽、酒后驾车、超速行１ＡＣＣ和ＣＷＳ系统驶、疲劳驾驶和判断失误等人为因素均是直接导致交通事故具有主动巡航控制和防撞系统的汽车驾驶辅助系统是一发生的诱因。另外分析同时表明如果驾驶员能在事故发生前种智能化的自适应控制系统，利用前向雷达系统实现对环境１～２ｓ意识到危险的存在，则绝大部分交通事故是可以避免目标的探测感知。ＡＣＣ系统和ＣＷＳ包含环境及目标探测系的。另外，随着人们工作节奏和生活质量的逐步提高，人们统、自车信息采集系统、信息综合处理与控制系统、车辆控对汽车驾驶的安全性和舒适性的要求也越来越高。制与调整系统，以及危险显示报警系统等部分。它们作为一因此，有必要采取一定的措施为汽车增加多种辅助驾驶个功能节点，通过ＣＡＮ总线连接，连接到汽车电子工作网系统，提高汽车驾驶的舒适性和汽车行驶的安全性。采取一络中。些必要的车辆辅助驾驶或防撞系统，可以在事故发生前发现智能化汽车辅助驾驶系统的功能结构组成如图１所示。危险的存在，进行及时报警使驾驶员有充分的反应时间，尽前向雷达系统的基本功能与其他的雷达探测系统类似，量避免事故发生。由控制系统代替驾驶员动作可以减少反应都是实现对目标的探测、采集、跟踪和识别等功能。汽车时间带来的延迟，而且更进一步可以实现车辆车间距自动控ＡＣＣ或ＣＷＳ系统都要求前向雷达能够准确地测量目标的距制调整，是减少交通事故，提高行车安全，减轻驾驶员负担离、速度和方位角。最为有效的方式。现在可用在汽车上的探测手段主要有超声波短距离探测基于雷达探测系统的汽车主动自适应巡航控制（Ａｄａｐ—技术、摄像系统探测技术、激光探测技术、夜间应用的红外ｔｉｒｅＣｒｕｉｓｅＣｏｎｔｒｏｌ，ＡＣＣ）系统是利用雷达系统探测周围信息，线探测技术，以及毫米波雷达探测技术等多种方法。通过对并自行调节自车的行驶速度，从而实现以设定速度行驶的一这些探测技术的性能比较，毫米波雷达探测技术在汽车辅助种电子控制装置。与前导车辆保持一定的距离，并自动跟驾驶系统中具有非常优越的探测性能。进。汽车在高速公路上长时间行驶时，打开该系统的自动操在汽车上应用毫米波雷达探测技术，主要特点有：纵开关后，恒速行驶装置将根据行车阻力自动增减节气门开①毫米波（ＭｉｌｌｉｍｅｔｅｒＷａｖｅ，ＭＭＷ）是波长为１～１０ｍｍ度，使汽车行驶速度保持一定，省去了驾驶员频繁地踩加速的电磁波，由于其频率高、波长短的特点，一方面可缩小从踏板的动作，在汽车行驶时驾驶员只要把住转向盘即可，可天线辐射的电磁波射束角幅度，减少由于不需要的反射所引以减轻驾驶员长途行驶的疲劳，也减少了交通事故的发生。起的误动作和干扰，同时距离和方位角的测量精度高；另一同时由于巡航系统自动维持车速，避免了不必要的加速踏板方面由于多普勒频移大，相对速度的测量精度高。２００７中国汽车工程学会年会论文集ＳＡＥ—Ｃ２００７Ｅ６１６１０４３图１智能化汽车辅助驾驶系统功能结构图②环境适应性能好，探测性能稳定。它不易受物体表民用雷达工作频率重叠。关于毫米波汽车雷达工作频率的选择，欧委会和美国都有一定的频率规划Ⅲ，我国尚未看到关于此的规定。前向毫米波汽车雷达的典型系统结构框图如图２所示。在毫米波汽车雷达系统设计时需要综合考虑这些因素，一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一１以实现雷达系统的最优化设计，以最低的经济：收发前端成本和最小的系统体积实现最优的雷达性能，是毫米波汽车雷达设计的基本原则。表１影响雷达探测性能的雷达构成元素的功能和参数…元素参数或功能波形调频连续波、脉冲天线视场范围、波束宽度、副瓣电平、单基、双基天线扫描机械式、转换式、相控阵距离确定时延、相位、最大、最小方位角确定波束宽度、单脉冲速度确定多普勒频率、距离变化率信号处理分辨率、精度、解模糊威胁评估与处理警告：真假障碍、显示、控制目标特征典型ＲＣＳ值，动态范围、角度灵敏度峰值与平均有效功率、汽车图２毫米波汽车雷达系统构成框图辐射安全与干扰雷达密度、调制方式毫米波雷达具有多种工作和工作方式，不同的工作方式和工作的选择对毫米波雷达的探测性能具有一定的２影响。表１列出了能够影响毫米波雷达探测性能的元素和ＡＣＣ和ＣＷＳ的关键技术参数。作为应用于自动巡航系统和防撞预警系统的毫米波汽车除了上表所列的雷达基本构成元素和参数的选择考虑雷达，目前适用的主要有脉冲雷达、调频连续波（ＦＭ—外，还需要对毫米波汽车雷达的工作频率进行考虑。所选择ＣＷ）雷达两种雷达。脉冲的雷达应用于汽车，由于的工作频段既要满足无线电频率管理，又不能与已用的某些测量距离很短，需要的发射脉冲非常窄，这将导致信号产生面形状和颜色的影响，也不受大气的影响，雨、雪、雾等对之干扰也很小。１０４４ＳＡＥ—Ｃ２００７Ｅ６１６２００７中国汽车工程学会年会论文集电路很复杂，窄的发射信号脉冲意味着宽度接收机带宽，这也会使雷达系统设备复杂。另外，由于探测距离很近，发射信号和接收信号之间的时间差很小，仅仅为几个纳秒，这就要求采用高速信号处理技术，从而使得脉冲雷达系统结构复杂，成本大幅度提高。因此，汽车防撞系统的探测雷达基本上不采用脉冲，而是选择能测量短距离的线性调频可以行驶或停止于任何一条车道上，也可能穿行于桥梁和隧道。这些复杂的道路环境和密集的车辆目标对毫米波汽车雷达的目标检测和跟踪识别带来了很大的困难。汽车雷达需要在这种复杂的环境中检测并识别出有效的跟踪目标或危险目标。这对雷达的检测算法提出了很高的要求。首先雷达信号处理算法需要抑制行驶道路地面、两侧安全护栏、树木、标识牌等的杂波信号，从中检测出对行车有影响的目标信号；此外，雷达系统还需要精确地测量有效目标的距离、速度和方位角等信息。另外，毫米波雷达除了要求测量的准确性，对测量的实时性要求也很高。如果算法繁杂，计算缓慢，即使可以得到精确的结果。也已因为过长的连续波（ＬＦＭＣＷ），连续波调频与脉冲雷达相比有许多明显的优越性：①可测量短距离，且能获得较高的测距精度和距离分辨率。②雷达接收机的带宽较窄，因此抗各种杂波干扰和噪声的能力较强。时延而丧失了其实际意义。因此，复杂环境的杂波抑制、精确的信息测量，以及检测识别算法的高效快速是毫米波汽车雷达信号处理算法的要求。③发射功率较低，具有良好的低截获概率。④雷达发射无需甚高压电平，不会产生高压打火，并且调制信号可以多样化，具有结构简单、体积小、重量轻等优点。因此，作为毫米波汽车雷达，线性调频连续波成为低成本、微小型雷达的普遍选择。但是调频连续波的收发系统是同时工作的，为了获得足够大的收发隔离度，ＬＦＭＣＷ２．３汽车巡航控制策略与实现辅助驾驶系统的综合信息处理系统，接收到车辆信息采的雷达常采用收发天线分置的双天线结构。双天线的ＬＦＭＣＷ毫米波汽车雷达结构框图如图２所示。集系统输入的自车运行状态信息和雷达探测系统输入的有效目标的距离、速度、角度信息，以及运动车辆目标的运动趋但是毫米波雷达用于汽车系统还有一些关键技术需要实现。２．１势后，再结合设定的安全告警距离和安全告警速度等信息，通过合理的自主巡航控制策略，实现对车闻距离和行车速度毫米波射频前端的小型化ＦＭＣＷ雷达的收发射频前端的小型化是毫米波汽车雷达的控制与调整。在车间距离控制方面，Ｐ方法、ＬＱ理论、滑模理论以及模糊理论都被应用于纵向车间距控制。ＡＣＣ系统和ＣＷＳ工程实现的关键技术之一。以往的毫米波系统多采用技术更为成熟的波导结构。由于波导结构的前端体积和重量都较大，所以配套安装无法解决。更为不利的是，由于波导结构系统的工作精度主要是决定于其机械加工精度，不仅成本高昂而且各部件连接要由手工进行，一致性差，无法进行大规系统根据探测系统提供的信息采取危险规避措施，或者根据需求状况对车间距离进行控制调整，以使其既满足驾驶员的行车速度要求，又能保持在安全车距之内。但是目前的ＡＣＣ控制器软件算法对环境的适应性较差，往往是针对几种典型的行驶工作情况，而当行车环境发生变化时，算法的有效性有较大程度地降低；人工智能，尤其是神经网络理论与方法在ＡＣＣ系统中的应用还有待于深入研究和开发ｕ－。另外，根据控制策略的结果，对车辆的发动机、制动系模的生产。因此，采用微波集成电路技术（ＭＭＩＣ）设计和制作毫米波雷达的射频收发前端是必然趋势。采用集成化射频前端不仅可以保证射频器件性能的一致性，很大程度地削弱射频电路和外部电路的相互干扰；而且集成的射频前端的重量和体积大大减小，利用集成电路生产工艺和多芯片封装（ＭＣＭ）工艺还实现了器件的大批量生产，工业化程度高，成本低廉。统和传动系统等组成控制执行系统，也面临着很多实际工程实现问题，这些问题都需要进一步深入研究。３结论随着人们对汽车行驶安全性与舒适性等汽车性能要求的２．２复杂环境中目标检测和识别算法毫米波汽车雷达面临的目标检测环境是非常复杂的。以提高，汽车自适应巡航控制（ＡＣＣ）系统和防撞预警系统（ｃｗｓ）作为智能化辅助驾驶系统得到很大的发展。本文对ＡＣＣ和ＣＷＳ系统的系统构成、毫米波汽车雷达探测系统，道路情况相对比较简单的高速公路行车环境为例分析。当汽车行驶在高速公路上时，公路上一般有左中右三条行车道，道路本身可以是平直的，也可能存在转弯和上下斜坡，在高以及系统工程化实现所面临的关键技术作了简单介绍。速公路的两侧存在有安全护栏、树木、标识牌等物体。车辆参考文献ＷａｉｔｅｒＮａｇｙ，ＪｏｓｅｐｈＷｉｌｈｅｌｍ，ｓｙｓｔｅｍａｎｄｐａｒａｍｅｔｒｉｃａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ［ｃ］．ＣｏｍｐｏｕｎｄＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔＳｙｍｐｏ—ｔｒａｄｅｏｆｆｓｏｆｆｏｒｗａｒｄｌｏｏｋｉｎｇｄａｒｒａｄａｒｓｙｓｔｅｍｓ，Ｒａ—１９９６ｓｉｕｍ，２００５．ＣＳＩＣ’０５．ＩＥＥＥ．Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ［Ｃ］．１９９６．，ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｌａｅＮａｔｉｏｎａｌ，１９９６，（５）：１９—２６．Ｗｅｎｇｅｒ，ＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＲａｄａｒ—Ｓｔａｔｕｓａｎｄ［３］王景武，金立生．车辆自适应巡航控制系统控制技术ＩＥＥＥ的发展［Ｊ］．汽车技术，２００４，（７）．Ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ［２］Ｊｏｓｅｆ
