ADAS十大核心功能之自適應巡航控制系統（ACC）

在智能汽車(chē)飛速發(fā)展的當下，先進(jìn)駕駛輔助系統（ADAS）正逐漸成為汽車(chē)的標配，深刻改變著(zhù)人們的駕駛方式與出行體驗。ADAS包含多項功能，每項功能背后都凝聚著(zhù)復雜而精妙的技術(shù)，它們共同協(xié)作，為行車(chē)安全與駕駛便捷性保駕護航。從今天起，我們將開(kāi)啟一個(gè)系列文章，深入探討ADAS各項功能的技術(shù)原理，幫助大家更好地了解這一前沿汽車(chē)科技。

本次我們率先聚焦的是自適應巡航控制系統（ACC）。作為ADAS中的關(guān)鍵一環(huán)，ACC不僅在提升駕駛舒適度上表現卓越，更是在安全性方面發(fā)揮著(zhù)重要作用。接下來(lái)，就讓我們一同揭開(kāi)ACC系統神秘的技術(shù)面紗，探索它如何借助先進(jìn)的硬件和前沿技術(shù)，實(shí)現車(chē)輛的智能化巡航控制。

硬件協(xié)同：構建智能駕駛的堅實(shí)基礎

信息感知單元：多傳感器協(xié)作

信息感知是ACC系統運行的基石，它依賴(lài)多種傳感器的協(xié)同作業(yè)。毫米波雷達作為核心傳感器之一，在毫米波段發(fā)射電磁波。當電磁波遇到前方障礙物時(shí)會(huì )發(fā)生反射，系統通過(guò)分析反射波與發(fā)射波之間的時(shí)間差，便能精確計算出與障礙物的距離；同時(shí)，利用反射波的頻率偏移（即多普勒效應），可以準確測定目標物體的相對速度，從而為系統提供精準的前方目標距離和速度信息。    

車(chē)速傳感器安裝在變速器輸出軸上，它如同車(chē)輛的“速度記錄儀”，實(shí)時(shí)精確測量車(chē)輛的行駛速度，為系統判斷車(chē)輛行駛狀態(tài)提供關(guān)鍵數據。這一數據與毫米波雷達獲取的信息相互配合，幫助系統全面了解車(chē)輛與周?chē)h(huán)境的動(dòng)態(tài)關(guān)系。

此外，節氣門(mén)位置傳感器、制動(dòng)踏板傳感器和離合器踏板傳感器也各自承擔重要職責。節氣門(mén)位置傳感器獲取節氣門(mén)開(kāi)度信號，通過(guò)這一信號，系統能夠了解發(fā)動(dòng)機的進(jìn)氣量，進(jìn)而判斷發(fā)動(dòng)機的輸出功率狀態(tài)，為調整車(chē)速提供動(dòng)力方面的依據。制動(dòng)踏板傳感器時(shí)刻監測制動(dòng)踏板的踩下情況，當駕駛員主動(dòng)制動(dòng)時(shí)，系統會(huì )迅速做出反應，調整控制策略，避免不必要的干預。離合器踏板傳感器主要在手動(dòng)擋汽車(chē)中發(fā)揮作用，它獲取離合器踏板的動(dòng)作信號，協(xié)助ACC系統在離合器操作時(shí)做出相應判斷，確保系統與駕駛員操作的協(xié)同性。

電子控制單元（ECU）：系統智慧中樞

ECU堪稱(chēng)ACC系統的“智慧大腦”，其硬件組成與普通單片機相似，由微處理器（CPU）、存儲器（ROM、RAM）、輸入/輸出接口（I/O）、模數轉換器（A/D）以及整形、驅動(dòng)等大規模集成電路構成。

微處理器作為核心運算部件，負責處理大量數據。ROM用于存儲系統運行所需的程序和固定數據，這些程序如同ECU的“行動(dòng)指南”，指導其完成各種運算和判斷。RAM則用于臨時(shí)存儲傳感器實(shí)時(shí)輸入的數據以及運算過(guò)程中的中間結果。輸入/輸出接口負責連接各類(lèi)傳感器和執行單元，實(shí)現數據的雙向傳輸。模數轉換器將傳感器輸出的模擬信號轉換為數字信號，以便微處理器進(jìn)行處理。

ECU依據內部存儲的程序和數據，對傳感器輸入的信息進(jìn)行運算、處理和判斷。例如，它會(huì )分析毫米波雷達傳來(lái)的前方車(chē)輛距離和速度信息、車(chē)速傳感器提供的本車(chē)速度信息等，然后根據預設邏輯輸出精準指令，協(xié)調整個(gè)系統的運行。    

執行單元：指令的執行者

執行單元負責將ECU的指令轉化為實(shí)際動(dòng)作，直接控制車(chē)輛的行駛狀態(tài)。

節氣門(mén)控制器通過(guò)調整節氣門(mén)開(kāi)度，實(shí)現汽車(chē)的加速、減速及定速行駛。在傳統燃油汽車(chē)中，節氣門(mén)開(kāi)度的變化控制發(fā)動(dòng)機進(jìn)氣量，從而改變發(fā)動(dòng)機輸出功率，實(shí)現車(chē)速調整；在電動(dòng)汽車(chē)中，電機控制器替代節氣門(mén)控制器，通過(guò)控制電機輸出功率達到相同效果。

制動(dòng)控制器在車(chē)輛需要減速或面臨緊急情況時(shí)發(fā)揮關(guān)鍵作用。它能夠精準控制制動(dòng)力矩，確保車(chē)輛能按照指令降低車(chē)速。例如，當ECU判斷與前車(chē)距離過(guò)近時(shí)，會(huì )向制動(dòng)控制器發(fā)送指令，制動(dòng)控制器根據指令精確施加制動(dòng)力，使車(chē)輛平穩減速。

一些高級ACC系統配備轉向控制器，它可根據前方道路和目標車(chē)輛軌跡，在一定范圍內微調車(chē)輛行駛方向。例如，在彎道行駛時(shí)，轉向控制器結合雷達和攝像頭獲取的信息，自動(dòng)微調轉向角度，使車(chē)輛保持在安全、合理的行駛軌跡上。

擋位控制器在自動(dòng)擋汽車(chē)中，依據車(chē)速、發(fā)動(dòng)機轉速和行駛狀態(tài)等因素，控制變速器擋位。通過(guò)合理?yè)Q擋，保證車(chē)輛在不同行駛條件下都能獲得合適的動(dòng)力輸出和燃油經(jīng)濟性。比如在車(chē)輛加速時(shí)，擋位控制器會(huì )根據發(fā)動(dòng)機轉速和車(chē)速，適時(shí)降低擋位以提供更大的扭矩；在高速巡航時(shí)，升高擋位以降低發(fā)動(dòng)機轉速，減少燃油消耗。

人機交互界面：駕駛與溝通的橋梁

人機交互界面是駕駛員與ACC系統溝通的關(guān)鍵渠道。駕駛員可以通過(guò)方向盤(pán)上的相關(guān)按鍵或儀表盤(pán)上的界面，輕松啟動(dòng)或清除ACC控制指令。例如，按下方向盤(pán)上的“SET”鍵，即可設定當前車(chē)速為巡航車(chē)速；按下“CANCEL”鍵，可隨時(shí)取消ACC控制。

同時(shí)，駕駛員還能根據實(shí)際需求設定巡航車(chē)速和安全車(chē)距。儀表盤(pán)上的顯示屏會(huì )實(shí)時(shí)顯示系統狀態(tài)信息，如當前巡航車(chē)速、設定的安全車(chē)距、系統是否處于激活狀態(tài)等，讓駕駛員隨時(shí)了解ACC系統的工作情況。    

多維度技術(shù)融合，實(shí)現智能精準控制

距離測量技術(shù)

距離測量是 ACC 系統實(shí)現自動(dòng)跟車(chē)的重要前提，主要依靠雷達傳感器。毫米波雷達通過(guò)發(fā)射和接收電磁波，利用反射波與發(fā)射波之間的時(shí)間差精確計算與前車(chē)的距離。其工作原理基于電磁波的傳播速度（約為光速，c=3×108m/s）是固定的，設時(shí)間差為△t，則距離(d = c* △t/2。

（除以 2 是因為電磁波往返的路程）。

例如，若時(shí)間差為0.00001s，則計算可得距離

激光雷達則通過(guò)測量光脈沖從發(fā)射到反射回的傳播時(shí)間來(lái)實(shí)現對距離的精確測量。激光的傳播速度同樣為光速，其測量精度更高，能夠提供更為精確的距離數據。這些技術(shù)為系統提供了可靠的前方目標距離數據，是實(shí)現安全跟車(chē)的基礎。

激光雷達則通過(guò)測量光脈沖從發(fā)射到反射回的傳播時(shí)間來(lái)實(shí)現對距離的精確測量。激光的傳播速度同樣為光速，其測量精度更高，能夠提供更為精確的距離數據。這些技術(shù)為系統提供了可靠的前方目標距離數據，是實(shí)現安全跟車(chē)的基礎。

速度監測與匹配技術(shù)

車(chē)速傳感器實(shí)時(shí)監測本車(chē)速度，雷達傳感器獲取前車(chē)相對速度。ECU根據預設的安全車(chē)距和巡航速度，對比本車(chē)與前車(chē)的速度差。當本車(chē)速度高于前車(chē)速度且距離小于安全車(chē)距時(shí)，ECU會(huì )迅速向執行單元發(fā)送指令。

執行單元通過(guò)調節節氣門(mén)開(kāi)度，減小發(fā)動(dòng)機進(jìn)氣量（燃油車(chē)）或降低電機功率（電動(dòng)車(chē)），使車(chē)輛減速；或者控制制動(dòng)，直接施加制動(dòng)力使車(chē)輛減速；在自動(dòng)擋汽車(chē)中，還可能通過(guò)換擋操作，調整車(chē)輛的動(dòng)力輸出，使本車(chē)速度與前車(chē)速度相匹配，始終保持安全跟車(chē)狀態(tài)。    

目標識別與跟蹤技術(shù)

利用雷達探測信息和攝像頭圖像識別技術(shù)，ACC系統能夠對前方車(chē)輛、障礙物等目標進(jìn)行準確識別和跟蹤。毫米波雷達提供距離和速度信息，具有探測距離遠、精度高的優(yōu)點(diǎn)，但對于目標物體的形狀和類(lèi)別識別能力有限。前視攝像頭則提供目標的形狀、顏色等視覺(jué)信息，通過(guò)圖像識別算法，能夠識別出車(chē)輛、行人、道路標識等不同目標。

將毫米波雷達與前視攝像頭結合，兩者優(yōu)勢互補。例如，在復雜路況下，雷達發(fā)現前方有一個(gè)目標物體，通過(guò)攝像頭識別該物體的形狀和特征，判斷其為車(chē)輛還是其他障礙物。多傳感器融合技術(shù)進(jìn)一步提高了目標識別的準確性和可靠性，使系統能夠更精準地判斷前方目標的類(lèi)型、位置和運動(dòng)狀態(tài)。

控制算法與策略

ECU中運行著(zhù)復雜的控制算法，如PID控制算法、模型預測控制算法等。以PID控制算法為例，它根據傳感器輸入的車(chē)間距離、相對速度、本車(chē)速度等信息，計算出合適的控制量。

比例（P）環(huán)節根據當前誤差（實(shí)際車(chē)距與設定車(chē)距的差值）的大小成比例地調整控制量，誤差越大，調整力度越大；積分（I）環(huán)節對誤差進(jìn)行積分，用于消除系統的穩態(tài)誤差，確保車(chē)輛最終能夠穩定在設定的車(chē)距和速度；微分（D）環(huán)節根據誤差的變化率調整控制量，提前預測誤差變化趨勢，使系統響應更加迅速和平穩。

這些算法精確計算出合適的控制量，如節氣門(mén)開(kāi)度、制動(dòng)壓力等，實(shí)現對車(chē)輛速度和車(chē)距的精確控制，確保車(chē)輛在各種路況下都能安全、穩定地行駛。

自適應巡航控制系統（ACC）通過(guò)產(chǎn)品層面各硬件的緊密協(xié)同和技術(shù)層面多維度技術(shù)的深度融合，實(shí)現了車(chē)輛的智能化駕駛。隨著(zhù)技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng )新，ACC系統將在未來(lái)的交通領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用，為人們帶來(lái)更加便捷、安全、舒適的出行體驗。