基于毫米波雷达的汽车盲区监测系统研究

刘保祥 Liu Baoxiang

基于毫米波雷达的汽车盲区监测系统研究

刘保祥
Liu Baoxiang

（北京汽车集团越野车有限公司 电子电器与空调部，北京 101300）

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。

汽车；毫米波雷达；盲区监测；预警

1 汽车盲区监测系统设计原理

随着汽车工业的发展，汽车保有量日益增多，汽车碰撞事故频繁发生，其中一部分是由汽车左右后视镜存在视野盲区造成的[1]。由于汽车外后视镜本身的结构特点，导致不可避免地存在后视镜视野盲区。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。

图1 汽车外后视镜盲区示意图

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。

图2 盲区监测系统示意图

传感器是汽车感知周围环境的硬件基础，摄像头、雷达等传感器能够获取图像、距离、速度等信息，扮演汽车的眼睛、耳朵角色。可靠的环境感知能力对盲区监测系统来说非常重要，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[2]。

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。

图3 盲区监测传感器布置

图4 盲区监测系统原理图

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。

图5 盲区监测系统流程图

2 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。

图6 车辆盲区监测范围示意图

注：1为试验车辆；2为第95百分位眼椭圆的中心，应符合GB/T 36606—2018的要求，以N1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。

图7 直线道路目标车辆超越试验车辆测试示意图

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。

表1 目标车辆超越试验车辆场景试验方案参数

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。

图8 目标车辆超越试验车辆测试过程

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。

图9 试验车辆相邻车道分区示意图

3 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。

图10 盲区监测系统安装示意图

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。

4 总 结

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。

[1]陈琳琳. 基于微波雷达的汽车盲区监测系统研究与设计[D]. 衡阳：南华大学， 2018.

[2]刘忠臣. 基于毫米波雷达的汽车并线辅助系统研究[D]. 长沙：湖南大学，2017.

2019-04-22

TN959.5：U463.6

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2019.05.007

1002-4581（2019）05-0021-04