汽车自适应巡航控制系统的发展 - 张景波概要

收稿日期:20020815

基金项目:福特-中国研究与发展基金(50122148

作者简介:张景波(1975- , 男, 博士研究生, 研究方向为汽车自适应巡航控制系统. 文章编号:10094687(2003 02004406汽车自适应巡航控制系统的发展 张景波, 刘昭度, 齐志权, 马岳峰

(北京理工大学汽车动力性及排放测试国家专业实验室, 北京 100081 摘 要:详细叙述了汽车自适应巡航控制系统ACC 的组成、工作原理、所需要的关键技

术和存在的问题. 介绍了近年来该系统在国内外所取得的成果, 对ACC 系统的未来发展

进行了预测.

关键词:汽车; ACC; 发展 中图分类号:U 467 文献标识码:A 1 ACC 的组成与原理

自适应巡航控制系统ACC (Adaptive Cruise Control 是一种构想于20世纪70年代末期的汽车安全性辅助驾驶系统[1]. 它将汽车自动巡航控制系统CCS (Cruise Control System 和车辆前向撞击报警系统FCWS (Forw ard Collision Warning System 有机地结合起来[2]

, 既有自动巡航功能, 又有防止前向撞击功能. 由于当时传感器技术、信号处理技术、汽车电子技术以及交通设施等方面的因素阻碍了ACC 的发展, 直到20世纪90年代中期, 随着各项技术的进步和对汽车行驶安全性要求的提高[1, 2], 特别是对

有效地防止追尾碰撞要求的不断提高, 才使得ACC 迅速发展起来. ACC 系统共有4种典型的操作, 如图1所示

. 图1 ACC 的典型操作 2003年第2期

车辆与动力技术V ehicle &Pow er T echnolog y 总第90期

驾驶员可通过设置在仪表盘上的人机交互界面(MM I 启动或清除自适应巡航控制系统ACC. 启动ACC 系统时, 要设定主车在巡航状态下的车速和与目标车辆间的安全距离, 否则ACC 系统将自动设置为默认值, 但所设定的安全距离不可小于设定车速下交通法规所规定的安全距离.

当主车前方无行驶车辆时, 主车将处于普通的巡航行驶状态, ACC 系统按照设定的行驶车速对车辆进行匀速控制. 当主车前方有目标车辆, 且目标车辆的行驶速度小于主车的行驶速度时, ACC 系统将控制主车进行减速, 确保两车间的距离为所设定的安全距离. 当ACC 系统将主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移线, 或主车移线行驶使得主车前方又无行驶车辆时, ACC 系统将对主车进行加速控制, 使主车恢复至设定的行驶速度. 在恢复行驶速度后, ACC 系统又转入对主车的匀速控制. 当驾驶员参与车辆驾驶后, ACC 系统将自动退出对车辆的控制.

ACC 系统的基本组成如图2所示. 雷达用以探测主车前方的目标车辆, 并向ACC

ECU 图2 ACC 系统的基本组成

提供主车与目标车辆间的相对速度、相对距

离、相对方位角度等信息. ACC ECU 根据 驾驶员所设定的安全车距及巡航行驶速度, 结合雷达传送来的信息确定主车的行驶状 态. 当两车间的距离小于设定的安全距离 时, ACC ECU 计算实际车距和安全车距之 比及相对速度的大小, 选择减速方式; 同时 通过报警器向驾驶员发出警报, 提醒驾驶员 采取相应的措施. 2 国外发展状况 美国的伊顿(EATON 公司自1971年就

一直从事这方面产品的开发和研制. EATON VORAD-300是伊顿公司最新一代的产品, 它采用241725GHz 单脉冲雷达, 可同时探测到主车正前方120m, 左右偏移8b 范围内的24个目标车辆, 以距离主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. 这一系统只具有车辆间的距离监测和报警功能, 无法实现对车辆速度的控制.

三菱公司研制开发的PDC (Preview Distance Control 系统是具有现代概念的最早的ACC 系统雏形. 它将扫描式雷达及其处理器同车辆的巡航控制系统结合在一起, 当预测出两车间距离过近时向驾驶员给出警告提示, 同时通过控制节气门开度调整发动机的输出功率, 并按需要进行自动换档、减速. 丰田、本田、通用、福特、戴姆勒-克莱斯勒、Bosch 、Continen -tal Teves 等各大汽车和零部件生产商及研究机构延续了三菱公司基于汽车巡航控制系统CCS 来开发研制ACC 系统的设计思想, 使之成为当前ACC 系统研制、开发的主流.

Bosch 公司开发的ACC 系统包括雷达、转向传感器、执行机构和显示单元. ACC 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 (Sensor and Control U , #45# 第2期 张景波等:汽车自适应巡航控制系统的发展

控ECU 相连. 用于车辆动力性控制系统VDC (Vehicle Dynam ics Control 的转向传感器可以帮助车辆预知其行驶路线. M MI (Hum an -Machine -Interface 是ACC 系统与驾驶员交互的媒介, 包括操作开关、状态显示器、加速踏板、刹车踏板等. 驾驶员通过M MI 可启动、关闭ACC, 设定行驶速度及安全车距.

近年来, 德国的大陆特威斯公司(Continental T eves 致力于汽车安全行驶的全方位研究和产品开发. 该公司开发出采用微波雷达技术和红外传感技术两类ACC 产品, 可探测出前方150m 范围内的目标车辆与主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ACC 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.

Jaguar 公司1999年和2000年分别推出了装备ACC 系统的XK180轿车和XKR 轿车, 标志着ACC 系统作为一种驾驶员安全性辅助驾驶系统进入了商品化阶段. 此后, 戴姆勒-克莱斯勒公司推出的CL600轿车、S600轿车, 通用汽车公司2001年推出的Cadillac Viz n 轿车都配备了ACC 系统. 当前, 配备ACC 系统已经成为高档豪华轿车的一个标志.

图3 大气衰减系数与频率关系图各生产商在加紧开发ACC 系统的同时, 也在加紧对车用雷达系统的开发. 车用微波 雷达系统同以往的民用雷达及倒车用雷达相 比, 最显著之处在于它的使用频率. 当前车 用微波雷达的使用频率为241725GHz 、