2020年12月04日 | 基于毫米波雷达的汽车盲区监测系统研究

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。