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1、河南护航实业股份有限公司汽车防撞产品概述（技术篇）汽车防撞系统概述随着汽车保有量的增加及车流密集化程度的提高，道路交通安全事故频频发生，大量的交通事故、惨重的人员伤亡和巨大的财产损失，使得汽车的道路交通安全问题成为一个不容忽视的社会问题。解决这个问题的前提是汽车必须具有稳定的主动安全性，汽车防撞控制系统是其中的一个重要部分。据相关统计，在众多的交通安全事故中，撞车事故约占 70%，在实际中大多数撞车事故主要表现为汽车追尾。资料显示，有 70%90%的交通事故是由于驾驶员疏忽大意、注意力不集中、操作失误等主观因素所致。同时，戴勒姆奔驰公司经过对大量的数据进行调查分析得出：提前 0.5s 发生预警
2、能防止 60%的追尾事故，提前 1.5s 能够防止 90%的追尾事故。这就急需汽车安全技术来保障行车安全，如果能够在事故发生前为驾驶员提供预警提示，告知其潜在的危险性并在紧急状况下辅助驾驶员自动采取制动等安全措施，这对于降低交通事故的发生概率是非常有用的，汽车主动防撞系统正是实现这一功能的先进技术。他的普遍应用能够降低交通事故发生率，提高道路交通安全整体水平，对促进更先进的智能交通如汽车自动驾驶、汽车无人驾驶等的发展和实现有重要意义。河南护航实业股份有限公司特斯拉自动驾驶汽车主动防撞功能出现漏判导致车祸发生由于目前该行业属于刚刚起步阶段，关于汽车主动刹车这块各厂商都有自己的叫法，例如：城市安全
3、系统、主动刹车系统、AEB、AEBS 、汽车紧急制动系统、 汽车防撞器（系统） 、汽车自动刹车等等，虽然没有统一的名称，但是汽车领域统统把这类装置划分为主动安全系统（Autonomous Emergency Braking） ，它主要是通过安装于汽车前方的传感器如激光雷达、摄像头等实时探测前方未知物的距离、位置信息并传给系统处理器，系统处理器融合本车行驶速度、加速度等信息进行综合分析判断，一旦超过安全范围后可以向驾驶人员发出预警信号，甚至通过辅助驾驶人员安全操作汽车。防撞系统的工作原理是，在汽车行驶过程中，如果行人、车辆等障碍物等接近本车，系统发出预警信号提醒驾驶员注意减速或刹车；如果障碍物与
4、本车的距离超过对应车速的安全距离时，在驾驶人员未采取减速制动措施时，系统自动启用紧急制动装置进行刹车，避免碰撞事故发生。汽车防撞系统的工作原理可简单抽象为“环境探测智能控制”，因此，一套精准的障碍物识别测距系统是汽车防撞系统的前提和根本，一种安全有效的智能控制算法是汽车防撞系统的核心和灵魂，这两个技术共同决定了汽车防撞系统的最终成败。汽车主动防撞产品工作示意图障碍物识别测距系统障碍物检测以及距离的计算都是要基于测距传感器，测距传感器的种类和测距方法的不同对汽车行驶安全距离的计算有很大的影响。目前市场上主要的测距传感器有：激光雷河南护航实业股份有限公司达、毫米波雷达、摄像头以及超声波雷达等。1、
5、 激光雷达鉴于激光的单色性、方向性、相干性等优点，激光雷达测距用时短，精度高，测量距离远。在高速公路汽车防撞领域，多采用激光雷达方式。按照测量技术可以分为脉冲法激光测距和相位法激光测距两种。脉冲法是通过激光雷达的发射器发出脉冲激光照射到障碍物后会有部分激光反射回来，由激光雷达的接收器接收。同时激光雷达内部可以记录发射和接收的飞行时间间隔 T，由公式 S=cT/2 计算得出测量的距离 S。其中 c 是光速（c=3*108m/s） 。目 标 物激 光 雷 达 L A D A R发 射 部 分接 收 部 分图 1：脉冲法激光雷达测距原理示意图相位法由激光发射器发出强度调制的连续激光信号，照射到障碍物
6、后反射回来，测量光束在往返中会产生相位的变化。可以通过计算激光信号在雷达与障碍物之间来回飞行产生的相位差，由公式 换算出障碍物的距离；=22河南护航实业股份有限公司图目 标 物激 光 雷 达 L A D A R发 射 部 分接 收 部 分2：2：相位法激光测距原理示意图目前在汽车上应用比较广泛的激光测距系统可分为固态激光雷达和机械式激光雷达。最近比较火的 360测距激光雷达就属于机械式激光雷达，机械式激光雷达是靠机械旋转使得激光能 360测距，而固态激光雷达从电子部件出发，摒弃了机械旋转的弊端，实现 360激光发射，对周围环境实现 360无死角扫描。随着无人驾驶越来越炙手可热，激光雷达也逐渐成
7、为近年来的兵家必争之地。无人驾驶暂时还没能走出实验室，相对发展比较成熟的是汽车安全辅助驾驶。汽车安全辅助驾驶系统里使用的是单线或多线固态激光雷达，目的是保证汽车前方障碍物探测无死角。针对不同的厂家方案也不一致，截止目前市面上能真正购买到的，做的最好就是探测范围能达到 260m 的激光雷达，可以防护车速范围为 3-120Km/h。 激光雷达的优缺点 优点：白天夜晚可以连续使用；测量精度高：相位法测距精度很高，可以达到毫米量级。测量距离远：脉冲法测距测量速度快，其作用距离可以达到数百米以上。环境温度影响较小；抗干扰能力强；河南护航实业股份有限公司 缺点：容易受到雨、雪、雾等恶劣天气的影响；成本高，
8、装调复杂，量产化程度低；目前，在汽车主动防撞领域中方案比较成熟、应用比较广泛的测距方法为脉冲式激光雷达测距。脉冲激光测距已在地形测量、导弹运行轨道跟踪、以及人造卫星等方面获得了广泛的应用。图 3.1 为脉冲激光测距基本原理与计算公式。 图 3.1 脉冲激光测距基本原理在汽车主动防撞领域，激光雷达测距还需要解决三个关键问题：1、激光测距需要达到很远的测量效果。测距远才可以实现较高车速（120Km/h）的汽车主动防撞效果，这也就是目前市面上的主动防撞产品只能 80Km/h 以下防撞功能的原因。2、在达到较远的测量距离时还需要具有较强的抗干扰能力。在实现远距离测试时，其灵敏度必然会加大，这就导致系统
9、在遇到微小的障碍物（如灰尘、尾气等颗粒状漂浮物）时都会造成系统的误判，造成系统的频繁误刹车，严重影响汽车主动防撞功能的实现。3、在满足 1 和 2 的条件下，激光测距还需要具备较快的响应能力、较高的测量精度和较窄的波束角。响应能力可以提高系统的反应速度，为汽车在较高时速下的汽车主动防撞节省宝贵的时间；较高的测量精度可以提高系统的精确度，为控制系统提供最准确的距河南护航实业股份有限公司离信息，使其算法得到最优；较窄的波束角，可以避免汽车在正常行驶时，激光雷达探测到相邻车道的汽车等其他障碍物而进行误杀的现象。目前，国内这方面做的最好的是河南护航研发的汽车主动防撞专用激光雷达测距探头。其激光雷达测距
10、在实际应用中具有很高的数据率（足够高的激光脉冲频率）和测距精度：测程为 0260m,精度为：0.5m，该技术已成功申请国家发明专利，并于 2015 年实现了量产。目前，该系统可以适用各种车型，对于应用条件比较严苛的危化品车同样可以达到很好的防撞效果。护航汽车主动防撞器在危化品车上的效果示意图护航激光雷达测距探头主要在硬件电路、软件算法、机械结构等三个方面进行了重新设计：激光雷达的硬件电路设计包括：高频脉冲激光发射组件电路设计；高频脉冲激光接收组件电路设计；高精时间测量电路设计。激光雷达的软件设计包括：测距信号获取与算法、数据均值处理、突变数据过滤等内容。激光雷达的机械结构设计包括：光学镜头及透
11、镜焦距结构设计；小型化、轻量化结构设计；外壳防护等级设计严格遵循 GB/T30038 道路车辆电气电子设备外壳防护等级。激光雷达结构外观 护航激光雷达示意河南护航公司生产的汽车主动防撞产品：护航汽车智能巡航及紧急制动系统，被业内河南护航实业股份有限公司专家一致认为是目前国内市场上成熟度最高的汽车主动防撞产品，具有国际领先水平。能在业内得到如此高的评价，很大原因得益于其在激光雷达测距探头领域的研发创新和技术突破。2、 毫米波雷达激光雷达通常使用可见光到红外光波段的电磁波进行测距，而毫米波雷达是指波长小于 1cm，频率在 30GHz300GHz 的电磁波。目前国内外的车用毫米波雷达主要选用24、
12、60、 77、120 、180GHz 波段。需要指出的是 24GHz，他并不属于毫米波，因为它的波长在 1cm 左右，且它是最早被利用的。现在各个国家把 24GHz 划出来民用，77GHz 划分给了汽车防撞雷达。毫米波和大多数微波雷达一样，有波束的概念，其发射出去的电磁波是一个锥状的波束。毫米波雷达测距原理与激光雷达类似，有连续波雷达测距和脉冲雷达测距。脉冲雷达测距是通过测量发射脉冲信号与障碍物反射回波信号之间的时间差，根据公式 S=cT/2 计算得出距离信息（其中 c 是电磁波传播速度，c=3*108m/s） 。这种测距方法原理简单，但是发射脉冲和回波之间的衰减严重，具体技术实现较为复杂，固
13、很少使用在车载领域。脉冲雷达测距原理是雷达天线发射连续的调频信号（FMCW） ，遇到前方障碍物时，会反射与发射信号有一定延时的回波。将发射信号和接收信号进行混频处理。混频后可用差拍信号相差标示雷达与目标之间的距离，根据差频信号差与相对速度的关系，计算出对雷达的相对速度。距离： 速度：=|+|4; =|+|40 河南护航实业股份有限公司其中发射波中心频率为 ,B 为频带宽度，T 为扫描周期， C 为光速；0 毫米波雷达的优缺点 优点：测距时间短；环境适应性能好，受到雨、雪、雾、粉尘等干扰小；测量精度高； 缺点：雷达之间容易受到电磁波干扰；分辨率低，不能做到对远距离小物体的精确检测，这成为了限制其
14、在汽车主动防撞领域单独使用的致命缺点；成本高；民用毫米波雷达首先应用的方向是汽车应用，上个世纪 90 年代，毫米波雷达已被用于汽车的自适应巡航功能了，这主要依赖于毫米波长达 200 米以上的距离探测功能，而在那时，依靠其它手段是很难做到这一点的，后来，毫米波雷达又被用来做汽车主动防撞。毫米波雷达技术一直很昂贵，并且对国内封闭，直到 2012 年出现了芯片级别的毫米波射频芯片，毫米波雷达技术才逐渐引入国内。短短几年，国内对毫米波雷达技术的研究虽然取得了一些可喜的进步，但由于起步较晚，再加上国外技术的封锁，我国的毫米波雷达技术与国外仍有一定的差距。河南护航实业股份有限公司毫米波雷达工作示意图目前，
15、在汽车主动防撞领域，毫米波雷达的地位略显尴尬，一方面由于国内对毫米波雷达技术的研究还处于试验阶段，相关技术远未达到汽车主动防撞标准的检验，距离上路并实现大规模量产尚需时日；另一方面，国外的芯片厂商对我们采用的是限代和限制销售的策略。既使是销售，国外厂商也不会把最新的一代拿出来，拿出来的都是落后一代甚至两代的产品。国内所有的做毫米波雷达系统的厂家，基本上都存在这个情况。同时，国外厂商在宣传时总是把毫米波雷达的价格定的非常低，给人以物美价廉的错觉，但是当人们真正想买来进行产品开发时，却发现毫米波雷达并不便宜，原因是国外厂商的毫米波雷达不单卖，而是打包销售，就是要买整套的解决方案，包括其他所有的平台
16、加在一起的解决方案，实际上把这个价格又提高了。因此，如果利用国内的毫米波雷达技术进行汽车主动防撞产品的开发，大部分产品都不能适应复杂多变的路况；而如果利用国外的毫米波雷达技术，其产品的整体价格就会非常昂贵，严重制约了产品的市场销售和推广，这就是目前国内毫米波雷达在汽车主动防撞领域面临的尴尬处境。同时，毫米波雷达本身的分辨率比较低，这在汽车主动防撞领域是一个不能忽视的缺点，而摄像头最大的优点刚好就是分辨率高，因此，毫米波雷达必须要和摄像头进行有效的融合才能达到理想的主动防撞测距效果。3、 摄像头河南护航实业股份有限公司摄像头测距是利用摄像头进行视频拍摄，在图像中找到待测物体，这一系列动作，涉及到了物体的识别、相机的结构以及坐标的空间变换等。摄像头测距包括单目测距、双目测距、结构光测距等方法。在汽车领域比较流行的测距方法主要是单目
