什么是ACC ACC自适应巡航系统的雷达技术应用

  开车不用踏油门、跟前车过近会自动减速……这些看上去就像无人驾驶一样的“神技”，都是ACC自适应巡航系统能做到的，有没有觉得很高大上？

  在许多中高端车型中，都开始把ACC自适应巡航系统作为一个重要的宣传卖点。那么，ACC自适应巡航系统到底是个什么鬼？能起到啥作业？这个功能真的有宣传的那么好用吗？解放双手双脚的同时，又有什么必须要格外注意？接下来，就让小编带大家认真解读一下这个看上去“高大上”的ACC自适应巡航系统，到底有多实用。

  acc它的全称叫Adaptive CruiseControl自适应巡航控制管理系统，它是一种智能化的自动控制系统，它是在早已存在的巡航控制技术的基础上发展而来的。

  在车辆行驶过程中，安装在车辆前部的车距传感器（雷达）持续扫描车辆前方道路，同时轮速传感器采集车速信号。当与前车之间的距离过小时，ACC控制单元能够最终靠与制动防抱死系统、发动机控制管理系统协调动作，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从始至终保持安全距离。

  通过车距传感器的反馈信号，ACC控制单元能够准确的通过靠近车辆物体的移动速度判断道路情况，并控制车辆的行驶状态。

  通过反馈式加速踏板感知的驾驶者施加在踏板上的力，ACC控制单元可以决定是不是执行巡航控制，以减轻驾驶者的疲劳。

  ACC系统通过对路况实时监测（前车车速，距离，位置等），车辆自行控制其速度和加速度，实现辅助驾驶。系统主要由传感器、控制单元和执行器组成。

  传感器（一般是雷达）用于探测路况，发射出去的雷达波束碰到物体表面后会被反射回来，确定车距；通过多普勒效应可以探测与前车距离；雷达信号呈叶片状向外扩散，根据反馈角度可确定前车位置。

  在实际行车中（如在高速、多车道路面以及转弯时），雷达的视野中会出现多辆车。这时应该要依据转向角传感器、横摆率传感器信号、车轮转速传感器信号等确定车道，另外由摄像头来识别车道识别线，但在稍微复杂的路况下，传感器对路况的准确判断就非常艰难。

  控制系统包括ACC系统本身的控制模块和车辆的ECU。完成对雷达信号的处理和自适应巡航控制流程后，通过CAN数据总线与车辆主控ECU相连，作用到执行器。就像电机的核心技术在控制器，ACC系统的核心技术也在于此，虽然原理大致相同，但各大厂商系统控制的细节区别很大，有经典的PID控制，也有采用LQ最佳控制，LQG最佳控制，也有模糊控制、神经网络控制等，所有的控制方式目的都是使系统更稳定，适合复杂的路况，反应更加灵敏准确。

  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，是自适应巡航控制管理系统中的关键设备之一，也是决定该系统造价的主要元件。当前应用到ACC系统上的雷达主要有毫米波雷达、激光雷达以及红外探测雷达等。

  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：探测稳定性很高，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。

  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，以此来实现对目标的测量和跟踪。（脉冲：一个物理量在短维持的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。

  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。经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、常规使用的寿命长、几乎不受光照度、灰尘以及风、雨、雾、雪等天气的影响。

  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：对工作环境的要求比较高，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，但其最大的优点是探测精度比较高，价格低，易于控制和进行二次开发。

  原理：不一样的种类的物体发射出的红外光波段是有其特定波段的，人类能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。

  应用雷达测距，需要防止电磁波干扰，雷达彼此之间的电磁波和其他通信设施的电磁波对其测距性能都有影响，但随着硬件的发展，出现了更多像ACC这样的辅助驾驶系统，比如主动刹车、偏航预警等等，这些新技术完善了ACC的功能，带有主动刹车的车辆在ACC开启的时候安全性更高，一旦ACC判断失误，还有第二道甚至第三道安全防护。

  越来越多的车型采用摄像头作为传感器，感知旁边的环境，相比雷达，摄像头分辨率更高，能获取足够多的环境细节，根据数据库，描绘物体的外观和形状、读取标志等，这些功能其他传感器没办法做到。摄像头按照镜头数分类大致上可以分为单目和双目摄像头。单目摄像头成本相对于双目摄像头更低，双目摄像头基于三角测距原理，两个摄像头之间的距离不能发生任何变化，因此对于制造工艺的要求极高，成本也比单目摄像头要高得多。因此，单目摄像头得到了更多车企的青睐。

  它是ACC系统的中央处理器，是系统的核心部分。它负责将传感器送来的数据（包括相对距离、相对速度）做处理，然后按照控制算法进行计算，最后形成指令控制作动器工作。它主要包含目标车头距计算，决定与前车的距离；车头距控制器，它计算获得目标车头距的车速、加速度命令；车速控制器，它决定制动作动器和节气门作动器的工作。

  节气门和制动器的组合在ACC自适应巡航里有一个专业名词叫做“作动器”。作动器是ACC系统的执行机构，控制器ECU计算出汽车的加速度，再将控制命令传递到节气门和制动器，实现汽车的加速或减速。

  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。

  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，可经过控制电子油门（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。

  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，提醒驾驶员采取对应的措施。

  当与前车之间的距离过小时，ACC控制单元能够最终靠与制动防抱死系统、发动机控制管理系统协调动作，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从始至终保持安全距离。电控单元还能够最终靠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做相关操作,进而达到调节制动压力的目的。

  自适应巡航系统的历史可以追溯至上个世纪70年代。1971年，美国EATON（伊顿）公司便已从事这方面的开发。其雏形是日本三菱公司提出的PDC（Preview Distance Control）系统，它将雷达与其他处理器结合在一起，可以侦测出车距变化，并对司机发出警告，系统还能控制节气门开度调节发动机功率。此后丰田、本田、通用、福特、戴姆勒、博世等公司也投入到了研发行列。

  1995年，三菱汽车首先在旗下提供一种叫做“预见式距离控制”系统。那是一种基于激光测距的ACC系统，但整套系统只通过油门和档位来控制，并不进行刹车。基于激光的系统明显比雷达为基础的系统成本低，但基于激光在恶劣天气条件下会受到很大影响。因此目前基本使用基于雷达的ACC系统。

  1997年8月，丰田开始在雷克萨斯上使用“雷达巡航控制管理系统”，并且在2000年加入刹车功能，2004年加入“低速跟踪模式”。低速跟踪模式属于一种额外的模式，需要驾驶员启动，如果前车出现制动或者停下，该模式也可以让车辆减速乃至停车，不过这套系统很快就被停用，估计是存在一定的设计漏洞，并不完善所致。

  1998年底，奔驰在旗下S系车型中引入Distronic距离控制管理系统，跟我们现在理解的自适应巡航没有太大的差别。2006年，奔驰加强完善了该系统，在必要的情况下能够将车辆完全停止，因此又称为增强型限距控制管理系统（DISTRONIC PLUS）。这个功能有点像现在沃尔沃倡导的全力制动系统：在必要的时候全力刹车，直至车辆挺住。而奥迪在国外广泛使用博世提供的自适应系统。包括A4、A6、A8和Q7都有配备。

  在2006年，雷克萨斯将新一代ACC系统装备在其旗舰车型LS460上。这套系统能在0-100公里时速范围内工作，并能反复启停，即使高速公路拥堵也可以应付。

  2015年，随着特斯拉ModelS的推出，ACC系统开始作为半自动驾驶进入普通大众的视线。

  1、通过车距传感器的反馈信号，ACC控制单元能够准确的通过靠近车辆物体的移动速度判断道路情况，并控制车辆的行驶状态；通过反馈式加速踏板感知的驾驶者施加在踏板上的力，ACC控制单元可以决定是不是执行巡航控制，以减轻驾驶者的疲劳。

  2、自适应巡航控制管理系统一般在车速大于25km/h时才会起作用，而当车速降低到25 km/h以下时，就需要驾驶者进行人工控制。通过系统软件的升级，自适应巡航控制管理系统可以实现“停车/起步”功能，以应对在城市中行驶时频繁的停车和起步情况。自适应巡航控制管理系统的这种扩展功能，可以使汽车在非常低的车速时也能与前车保持设定的距离。当前方车辆起步后，自适应巡航控制管理系统会提醒驾驶者，驾驶者通过踩油门踏板或按下按钮发出信号，车辆就可以起步行驶。

  3、自适应巡航控制管理系统使车辆的编队行驶更轻松。ACC控制单元可以设定自动跟踪的车辆，当本车跟随前车行驶时，ACC控制单元可以将车速调整为与前车相同，同时保持稳定的车距，而且这个距离能够最终靠转向盘附近的控制杆上的设置按钮进行选择。

  ACC作为高级驾驶辅助系统（ADAS）的一种，是将来无人驾驶功能的过渡配置之一。有许多人都对ACC有一种笼统的认识：ACC就是自动巡航，可以自动加减速。从官方的各种宣传来看，我们也只看到ACC给人们驾驶带来的便利，但是，ACC并不能够确保在所有的道路情况下都有效，您仍然要负责保持合适的车距和车速，并在有几率发生危险时进行干预。作为最终的使用者，首先要清楚ACC在哪些情况下会失效或性能直线下降，这样才可以安全地去享受到ACC功能带来的便利。

  目前，ACC传感器为毫米波雷达，相比红外、激光传感器，其穿透雾、烟、灰尘的能力更强，具备全天候工作的特点，但是，对于极端恶劣天气，如下大雨、下雪等，毫米波雷达会受到较大影响，导致ACC可能失效。

  ACC的毫米波雷达传感器的安装的地方一般为前进气格栅logo附近、前logo正后方、保险杠下方。绝大部分车型都只用一个雷达，而像奥迪系列则使用两个，分别安装在左右雾灯的位置。

  雷达作为ACC的“眼睛”是很重要的，如果被异物遮挡，将会直接影响到ACC的性能，甚至是ACC功能。除了遮挡，雷达的固定角度也会影响整个ACC系统，一旦雷达的固定角度发生较大变化（如雷达安装的地方处发生了碰撞），必须重新标定，以保证ACC功能和性能都不受影响。

  对于ACC的毫米波雷达来说，主要利用发送和接受信号的频率差和时间差分别得到目标物体的相对速度和距离（多普勒效应）。因此，对于信号的反射强度就有一定的要求，例如行人、动物、自行车、摩托车、三轮车等产生的微弱的反射波就极其容易被其他杂波所埋没（据说能有效识别行人的76Ghz/79Ghz雷达产品即将推出），从而无法被有效识别。除了对于以上描述的目标没有反应外，对于接近的（迎面驶来）、横向行驶、缓慢移动或者静止的车辆，ACC同样不会采取任何措施。对于一些装有特殊物品的大货车，ACC的识别能力并不那么灵敏。

  由于ACC雷达一般都是中距雷达，检测区域是有限的，再加上雷达相对位置固定，检测角度和方向相对不变，因此，某些情况下，对于前方车辆的检测存在盲区，ACC无法有效识别目标，存在碰撞的风险，而在有些情况下，ACC则存在误识别，造成不必要的减速。

  结语：曾经高大上的ACC，现在已经下探到了20万元以下市场，成本的降低，使得ACC将得到进一步地普及。ACC给驾驶者带了诸多便利，但是在享受便利的同时，驾驶者并不能放松警惕，毕竟ACC仍然还只是驾驶辅助，并未达到完全自动的水平，哪怕只是跟车这个简单的动作，ACC系统还是存在许多局限性。安全驾驶，控制车距和车速，永远是现阶段驾驶者的责任！

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