自动驾驶的ACC自适应巡航系统的组成及原理

全自动驾驶汽车在未来几年中一定会普及到我们身边来，谷歌已经计划在2020年时全球在路上跑的自动驾驶汽车达到1千万辆。其实，自动驾驶汽车的一些基本科技配置在我们现在的许多车型上已经有配备了。 比如自适应巡航系统，几乎成了豪华车的标配。但什么是自适应？雷达有什么用？巡航控制控制啥？

其实巡航控制很早就有了，18世纪时诞生了最早版本的巡航控制，它的作用是为了阻止蒸汽机的运转过快。后来，巡航控制系统被连接到速度表以及驱动轴上，用来计算行车速度，然后利用电脑控制油门来维持司机预先设定的速度。如今，这一切动作都被整合到一个小黑盒中——ECU。在减少驾驶员体力消耗的同时，巡航控制还能够稍稍提高燃油经济性。

定速巡航最初流行起来是在美国，因为长直宽的洲际公路特别多，许多司机需要长途驾驶，为了减少驾驶疲劳，定速巡航就这么开始流行了。而在欧洲，因为小路多，转弯多，定速巡航这一配置最早仅仅被看成是高端豪华车的象征。不过现在，定速巡航还是普及了起来，现代化的电子技术成本降低，使得这个当年豪车上的配置也装备到了普通家用车中。

用过定速巡航功能的朋友都知道，要么在高速上不堵车的路况下，或者在凌晨3点空旷无人的大街上才能用它。而在实际的生活中，我们经常遇到交通拥堵的情况，时而加速时而刹车，定速巡航似乎成了摆设，于是自适应巡航控制（ACC）应运而生。

ACC自适应巡航控制系统

ACC（Adaptive Cruise Control）自适应巡航控制系统（以下简称ACC）是一种基于传感器识别技术而诞生的智能巡航控制，相比只能根据驾驶者设置的速度进行恒定速度巡航的传统巡航控制系统，ACC可以对于前方车辆进行识别，从而实现了“前车慢我就慢，前车快我就快”的智能跟车的效果，目前根据使用速度区段，可分为基本版ACC（30-150km/h）和全速ACC（0-150km/h）。其中，基本版ACC的传感器为雷达，而全速ACC则是在雷达为主要传感器的前提下，加入了前视摄像头等其他传感器的辅助识别，以满足低速时对于识别精度和角度的更高要求。

自适应巡航系统的组成及原理

1、雷达传感器

在ACC系统中，测距雷达用于测量自车与前方车辆的车头距、相对速度、相对加速度，是自适应巡航控制系统中的关键设备之一，也是决定该系统造价的主要元件。其主要组成包括发射天线，接受天线，DPS（数字信号处理）处理单元，数据线等。

毫米波雷达

原理：利用目标对电磁波反射来发现目标并测定其位置，毫米波频率高，波长段。

性能：探测性能稳定，不易受对象表面颜色和形状的影响，也不受大气流的影响；环境适应性能好，雨、雪、雾等对之干扰小。

单脉冲雷达

原理：雷达每发射一个脉冲，天线能同时形成若干个波束，从各波束接收的信号之和，可测出目标的距离，从而实现对目标的测量和跟踪。（脉冲：一个物理量在短持续时间内突变后迅速回到其初始状态的过程）

性能：全天候雷达，可以适用各种天气情况，具有探测距离远、探测角度范围大、踪目标多等优点，但价格高。

微波雷达

原理：微波雷达对运动物体的精确速度检测基于微波多普勒（Doppler）效应。

通过测量回波信号相对发射信号的时间延迟来测距。

性能：着安装维护方便、使用寿命长、几乎不受光照度、灰尘以及风、雨、雾、雪等天气的影响。

激光雷达

原理：激光器产生并发射一束光脉冲，打在物体上并反射回来，最终被接收器所接收。接收器准确地测量光脉冲从发射到被反射回的传播时间。因为光脉冲以光速传播，所以接收器总会在下一个脉冲发出之前收到前一个被反射回的脉冲。鉴于光速是已知的，传播时间即可被转换为对距离的测量。

性能：对工作环境的要求较高，对天气变化比较敏感，在雨雪天、风沙天等恶劣天气探测效想探测范围有限，跟踪目标较少，但其最大的优点在于探测精度比较高，价格低，易于控制和进行二次开发。

红外探测雷达

原理：不同种类的物体发射出的红外光波段是有其特定波段的，人们可以利用这种特定波段的红外光来实现对物体目标的探测与跟踪。

性能：在恶劣天气条件下性能不稳定，探测距离较短，价格最便宜。

2.电子控制单元（ECU）

ACC系统中的核心部分

组成：和普通的单片机一样，由微处理器（CPU）、存储器（ROM、、RAM）、输入/输出接口（I/O）、模数转换器（A/D）以及整形、驱动等大规模集成电路组成。

作用：根据其内存的程序和数据对空气流量计及各种传感器输入的信息进行运算、处理、判断，然后输出指令。

3.其余组成部分：

巡航控制开关，车速设定器，车距设定器，状态显示器，报警器……

4.相互联系

雷达传感器探测主车前方的目标车辆，并向电控单元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。电控单元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。

1）. 当本车前方无行驶车辆时，本车将处于普通的巡航行驶状态，电控单元根据设定信息，可通过控制电子油门（发出指令给驱动电机，并由驱动电机控制节气门的开度，以调整可燃混合气的流量）对整个车辆的动力输出实现自动控制功能。

2）. 当本车前方有目标车辆， 且目标车辆的行驶速度小于设定速度时，电控单元计算实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。

当与前车之间的距离过小时，ACC控制单元可以通过与制动防抱死系统、发动机控制系统协调动作，使车轮适当制动，并使发动机的输出功率下降，以使车辆与前方车辆始终保持安全距离。电控单元还可以通过控制集成式电子真空助力器(EVB) 系统，在当驾驶员不制动时，EVB 开始工作时, 其中的电磁铁将代替驾驶员对真空助力器内部的真空阀和大气阀进行操作, 进而达到调节制动压力的目的。

自适应巡航系统的优势

1、避免频频操作，减轻驾驶员负担，提高舒适性

2、ACC一般在V＞40km/h时启动，主动制动的功能，能够有效避免高车速下的追尾事故，提高安全性

车距达到安全距离时：

1）降低动力输出[通过控制节气门

2）主动制动

3）声光提醒驾驶员

3、依据前车行驶状况自动调节动力输出，无需频频换档，发动机始终工作在最佳工作点，降低油耗的同时，减少有害物质的排放量。

总的说来，ACC的应用，可以提高舒适性、安全性的同时，经济环保。

ACC自适应系统不适应的坑

1、前车紧急制动，你可能要吃亏，包括高速紧急事故，为什么呢？

ACC最大减速G值为0.35g，而一般的认为急刹车减速G值为0.8以上，也就是说紧急时刻ACC失控；

前方紧急刹车，就不要等ACC的救命了，一脚刹车下去才是正理。

还有就是有车逆行的时候，车速太快了；

逆行实际就和急刹车是一个道理，刹车的最大减速G值太小，不能完全刹车灵敏，懂了吗？

2、是转弯的时候，车跟丢了；

ACC只能识别前方车辆，是直线扫描，当前方是拐弯的时候，直接扫描的是菜地或者沟里，就歇菜了？这时候要人工识别，才最安全；

3、是启停的时候，你留有车距，遇到加塞的时候，可能是潜在的失效模式？

前车一动，你的车3秒内启动，3秒足可以插一辆车进去，就会存在难免的追尾，你要记得这一幕；

4、是前方车辆，超长物体的时候；

ACC智能识别汽车，不能识别货物，超出来的货物，就是你的威胁，前方停车制动你的ACC按照预定车距刹车，你有危险；就是有可能，亲密接触，甚至被货物KO了。

ACC技术的发展趋势

1、传感技术：

体积：更加紧凑，集成程度更高的器件，体积至少小一半

识别范围：扩大一倍

2、功能完善：

变化车道和过弯道时控制性能更和谐。

3、高集成化：

降低成本、增强各系统内在联系，信息共享率提高，提高整个系统的稳定性和可靠性。

4、全速范围内的自动起步技术

如今，ACC在V<30km/h的稠密交通下会自动关闭。

将来，全速范围内的自动起步技术使得ACC能够在近距离内快速识别前方障碍物，当前方车辆再次起步时，可以利用影像系统得到信息，使得在没有驾驶员参与的情况下自动起步。

5、性能要求：

更好的近距离探测能力、更快的信号处理能力、更迅速的系统反映。

如此，即使堵车也无需驾驶员参与，有无人驾驶的前奏。

虽然ACC（自适应巡航控制系统）工作方式越来越复杂，但操作却越来越简便。而随着技术的越来越成熟，智能化程度越来越高，全自动驾驶汽车一定会成为未来不可改变的大趋势。