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光學工程
激光雷達在未來汽車自動化中的應用

自動化技術在工業制造中的應用已經相對普遍,它幫助制造業提高效率節省人力做出巨大的貢獻。隨著科學技術的發展,自動化的應用將越來越廣泛,同時會不斷地向其它領域滲透,其中汽車駕駛自動化就是應用之一。 

說到自動化駕駛,相關大家會想到無人駕駛技術。無人駕駛技術目前已被全球眾多車企列為主要研發項目之一。包括奔馳、寶馬、福特等在內的多家車企,均已開展匹配無人駕駛技術的試驗車進行長途道路測試,并規劃在數年內在量產車型中推廣。在歐美車企加快無人駕駛技術應用的同時,中國自主車企也已開始涉足這一領域。 

無人駕駛作為未來汽車發展的重要方向,自主品牌中的“技術派”比亞迪也不甘落后開始著手研發。比亞迪已經攜手新加坡科技研究局通訊研究院開始共同研發自動駕駛技術,下面讓我們看下自動化技術在汽車中的主要應用。 

自動泊車技術輕松駛入停車位 

對于許多駕駛員而言,順列式駐車是一種痛苦的經歷,大城市停車空間有限,將汽車駛入狹小的空間已成為一項必備技能。很少有不費一番周折就停好車的情況,停車可能導致交通阻塞、神經疲憊和保險杠被撞彎。幸運的是,技術的發展為之提供了解決之道,這就是自動泊車功能。有了這種技術,只要您找到了一個理想的停車地點,不必再來回折騰,而只需輕輕啟動按鈕、坐定、放松,其他一切即可自動完成。自動泊車技術同樣適用于主動避撞系統,并最終實現汽車的自動駕駛。 

汽車制造商之所以開發能夠自動泊車的汽車,是因為他們意識到消費者的需求。順列式駐車通常是駕駛員考試中最令人擔心的一項,而且幾乎每個人都會在某些地點碰到這樣的事情。大城市的車主可能每天都必須面對這種情況。如果有一種車能消除這些麻煩,那么這種汽車肯定會很受歡迎。 

不同的自動泊車系統采用不同的方法來檢測汽車周圍的物體。有些在汽車前后保險杠四周裝上了感應器,它們既可以充當發送器,也可以充當接收器。這些感應器會發送信號,當信號碰到車身周邊的障礙物時會反射回來。然后,車上的計算機會利用其接收信號所需的時間來確定障礙物的位置。其他一些系統則使用安裝在保險杠上的攝像頭或雷達來檢測障礙物。但最終結果都是一樣的:汽車會檢測到已停好的車輛、停車位的大小以及與路邊的距離,然后將車子駛入停車位。 

汽車移動到前車旁邊時,系統會給駕駛員一個信號,告訴他應該停車的時間。然后,駕駛員換倒擋,稍稍松開剎車,開始倒車。然后,車上的計算機系統將接管方向盤。計算機通過動力轉向系統轉動車輪,將汽車完全倒入停車位。當汽車向后倒得足夠遠時,系統會給駕駛員另一個信號,告訴他應該停車并換為前進擋。汽車向前移動,將車輪調整到位。最后,系統再給駕駛員一個信號,告訴他車子已停好。 

汽車自動泊車系統為很多不熟悉倒車停車入位的新手提供了便利,但是目前的汽車自動泊車系統人不能做到全自動。停車入位過程中汽車行進的速度還需要駕駛員自行控制。因此,即便有汽車自動泊車系統的輔助,駕駛員停車入位也不能馬虎大意。隨著未來科技的發展,相信不久的將來汽車自動泊車系統一定會意過來全自動時代。 

ACC主動巡航自動加減車速 

ACC主動巡航系統,這是一套十分方便好用的系統,通過車頭前方的雷達,CC能夠自動探測與前方車輛的距離,在時速30km,h以上時,能夠自動與前車維持設定距離,讓駕駛者省去對油門和剎車的控制。這個功能目前一些車型可以通過ACC主動巡航系統來實現。簡單來說,ACC系統就是在原有的定速巡航系統的基礎上加入了可感應與前車距離的傳感器,根據傳感器反饋的信息電腦自動控制油門和剎車系統來實現自動的加減車速。 

這套系統十分好用,在試駕的大部分過程中,我都在試用這套系統,讓我的右腳在長時間的行車過程中輕松了不少。另外,有趣的是.配合自動車道保持系統,cc通過掃描道路兩側的車道線,能夠自動沿選定車道行駛,在車輛偏離車道時自動調整方向,讓車子回到車道中來。因此,若AcC與自動車道保持系統同時開啟.車輛基本可以白行在高速公路上行駛.十分有趣,不過自動車道保持系統只會幫助駕駛者調整車道3次,之后會警示駕駛者,并將車輛的控制權交還給駕駛者。 

ACC系統包括雷達傳感器、數字信號處理器和控制模塊。司機設定所希望的車速,系統利用低功率雷達或紅外線光束得到前車的確切位置,如果發現前車減速或監測到新目標,系統就會發送執行信號給發動機或制動系統來降低車速,使車輛和前車保持一個安全的行駛距離。當前方道路沒車時又會加速恢復到設定的車速,雷達系統會自動監測下一個目標。主動巡航控制系統代替司機控制車速,避免了頻繁地取消和設定巡航控制,使巡航系統適合于更多的路況,為駕駛者提供了一種更輕松的駕駛方式。 

當前應用到ACC系統上的雷達主要有單脈沖雷達、毫米波雷達、激光雷達以及紅外探測雷達等。單脈沖雷達和毫米波雷達是全天候雷達,可以適用各種天氣情況,具有探測距離遠、探測角度范圍大、跟蹤目標多等優點。激光雷達對工作環境的要求較高,對天氣變化比較敏感,在雨雪天、風沙天等惡劣天氣探測效果不理想,探測范圍有限,跟蹤目標較少,但其最大的優點在于探測精度比較高且價格低。紅外線探測在惡劣天氣條件下性能不穩定,探測距離較短,但價格便宜。 

無論使用何種類型的雷達,確保雷達信號的實時性處理是要首先考慮的問題。隨著汽車電子技術的迅速發展,現在大都利用DSP技術來處理雷達信號,應用CAN總線輸出雷達信號。 

自動剎車技術臨危救急 

根據相關事故數據顯示,在歐洲50%的自行車使用者死于與汽車相撞的交通事故,而自動緊急制動(AEB)系統讓汽車追尾事故的數量至少減少了四分之一,同時也降低了交通事故造成的人員傷亡數量。從2014年1月開始,歐洲新車評估(Euro-NCAP)將為各個汽車生產廠家的車載主動前部碰撞警示/自動制動技術進行評級,并在其評級表格中顯示相關車型的性能優劣級別。 

帶全力自動剎車的行人和自行車探測系統由一個嵌入格柵的雷達、一個安裝在車內后視鏡前端的攝像頭以及一個中央控制單元組成。雷達的功能是探測到汽車前方的物體和距離,而攝像頭則探測出物體的類型。雙重模式雷達使視野更加寬廣,因此能夠更早探測到行人和騎自行車的人。高清攝像頭能探測到行人和自行車的運動軌跡。中央控制單元則連續不斷地監控和分析交通狀況。 

當汽車在高速行駛時,駕駛員通常有足夠的時間來采取措施防止追尾事故的發生(汽車間的距離比較長。因此,城際緊急制動系統通常是配置了加強型制動裝置的前置防碰撞警示系統,該系統具有自動制動功能,其目的就是一旦駕駛員對警示信號沒有及時作出反應,汽車也能及時停下來。 

 

本田在全球率先開發出了時速60公里狀態下也能緊急制動的技術。能夠避免碰撞的最高時速比過去提高了一倍。豐田計劃2015年度在批量銷售的汽車上配備自動剎車系統。各車企紛紛以提高安全性作為在激烈競爭的市場上確立優勢地位的手段。 

富士重工業也在5月份銷售的旅行車“Levorg”上裝載了避免沖撞時速為50公里的新型自動剎車系統“EyeSight”。消費者可以自主選擇是否加載該系統,預計價格在10萬日元左右。 

車道偏移技術行車安全有保障 

在國外,車道偏移警示系統已經在很多車型上裝備,我們現在熟悉的國外大品牌基本上有配備類似系統的車型。而在國產車里,CC則是唯一一款具備該功能的車型。 

在車速超過65km/h時,CC通過帶有在線控制器的攝像模塊評估是否偏移行駛車道,通過組合儀表內的控制燈進行狀態顯示。如果行駛時偏離了車道,而駕駛者未及時作出反應,系統會根據偏移程度自動修正,同時向駕駛者發出提醒信號。在干預轉向過程中,如果車輛已經駛離行車道并且車速降到60km/h以下,車道偏移警示系統便通過方向盤的震動提醒司機,提醒駕駛者進行人為干預。 

有了車道偏移警示系統,只要不遇到很大的彎道,方向盤會自動修正方向,使車輛一直保持在車道內行駛不偏離,不需要駕駛者來頻繁的操作方向盤。同時,由于CC采用的數字式攝像機具有加熱功能,LaneAssit車道偏移警示系統在雨雪天氣的可靠性也大大增強。由于系統的工作原理是基于攝像模塊進行評估的,如果道路狀況不好,分隔帶不清晰的道路,系統功能會受到很大影響。 

線控技術讓未來駕駛更簡單 

線控技術是從應用于飛機駕駛控制上的Fly-By-Wire發展而來。該技術利用傳感器將駕駛者輸入信號傳遞到中央處理器、通過中央處理器的控制邏輯發送信號給相應的執行機構完成駕駛者的相關操作。這樣可取代傳統的機械結構,實現對汽車各種運動的電子線控。 

線控技術已經過20多年的持續開發,但消費者當時認為線控技術還不成熟,沒有機械傳動可靠,而豪華汽車用戶則覺得線控系統的使用感受不如傳統機械系統,因此這項技術的普及受到了很大阻礙。曾經豐田就因線控油門故障陷入一起訴訟。 

制動器制造商德國大陸特維斯公司(ContinentalTeves)總工程師RobertBeaver表示,目前,消費者逐漸能夠接受這項技術,這給新方案的研發帶來積極作用。大陸和其他零部件供應商近年來正在全力研發各類汽車電子線控技術。而近年火熱的電動車和混合動力車中則采用了電子線控換擋變速箱,搭載的車型包括豐田普銳斯、雷克薩斯CT200h等。基于電子線控技術的系統可采用更少的元件數量。簡化汽車制造的過程。從理論上說,應該也能簡化汽車設計,也就是說降低了整體的設計成本。

 


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