汽车自适应巡航控制系统（ACC）技术详解

一 前言

在自适应巡航系统出现之前，汽车上搭载的都是定速巡航系统CCS。普通的巡航定速对于现阶段汽车配置来说已经是常见的功能之一了，大多数车辆均可加装，而成本也不过几百元。定速巡航有一个明显劣势，就是该功能非常简单，只能将车速保持在驾驶员预先设定的数值上，只能提供相对恒定的驾驶速度，而不能根据实际路况对车辆的行驶状态进行调节或者给予必要的预警提示，缺乏对环境的应变能力。当车辆在高速公路上还可以应付，但在实际的道路中路况都是千变万化的，会遇到种种意外让驾驶员不得不取消定速。比如当前面的车辆突然减速、行驶在车辆较多的城市、在地形相对复杂的道路上。在这些时候，定速巡航几乎就失去了作用，导致实际利用率很低。虽然可以暂时缓解右脚因长时间控制油门踏板而产生的压力，但驾驶员仍然必须时刻集中注意力关注车辆的行驶状况，普通巡航定速会因为踩刹车而失去效果，恢复时则需从新设定。这样繁琐的操作在遭遇车辆较多的复杂路况时往往会使驾驶员手忙脚乱，其便利性也大打折扣。定速巡航的速度固定，在需要频繁刹车的城市道路上显得有点力不从心。由于定速巡航系统容易使驾驶者在高速行驶中过度放松，从而出现精力分散或者疲劳的现象。一旦出现突发情况驾驶员很难做出快速反应，所以更加智能的ACC自适应巡航控制系统便应运而生。

自适应巡航系统相较于定速巡航，减少驾驶员需要不断取消和设定定速巡航功能的动作，适用于更多的道路情况。简而言之，自适应巡航除了可以根据驾驶员要求设定车速外，还可以通过对发动机和制动器进行适当控制，在驾驶员不干预的情况下，对汽车进行自动化的调整。也就是说，配有定速巡航的车型，只有在车流非常少、路况非常好的情况下才能发挥作用，而自适应巡航的适用场景就广泛得多。理想情况下，只要上了高速就可以直接把自适应巡航打开，让它自己控制减速和提速，几乎完全解放了右脚。ACC进一步考虑安全性与舒适性，能够缓解驾驶疲劳，具备广阔的发展空间。

自适应功能的诞生使巡航定速系统的易用性提升到了新的高度，它不仅简便了以往复杂的操作流程，而且在实际用途方面也极大的提高了车辆行驶的安全性。对于注重家庭使用的车型，具有自适应巡航系统能够让驾驶更加轻松；或者说在比较容易受后排干扰的环境下，自适应巡航系统能够带给驾驶员多一层保障，让平时城市高架和城际高速路况的使用更随心所欲。

显然自适应巡航更能在一定程度上减轻驾驶员的疲劳程度，也更加智能化。自适应巡航控制系统作为智能驾驶技术的一种，将是未来汽车发展方向，一个高级辅助驾驶功能的出现，提前预见了自动驾驶时代的到来，它也是最能让我们感受到自动驾驶功能的一项技术。自适应巡航被广泛认为是未来自动驾驶汽车的关键组成部分，但自适应巡航系统的应用还是不太成熟，难点在于它的自适应性。作为一种高级辅助驾驶系统，永远无法做到和驾驶员驾驶车辆一样智能，在道路拥挤、下雨或大雾等极端情况下，自适应巡航系统无法实现很好的工作。现阶段自适应巡航系统还是通过测量前方汽车车速对汽车进行适当控制，而对于两边车道的汽车的监测就略微不足，当两边车道的汽车需要变道到自己车道时，自适应巡航系统就无法做到很好的预判。自适应巡航系统在转弯情况时的表现也不是很好，如果前车忽然进入弯道时，由于雷达自身硬件缺陷，自适应巡航系统就会对前方车辆距离造成误判，从而对汽车速度进行调整，容易造成事故的发生。

自适应巡航控制的确提升了高速行驶的舒适性能，而且起到了非常必要的控制和预警作用。但是必须重申，该功能并不具有全力制动的效果，也并不能刹停车辆，所以在行车过程中依然要靠驾驶员对车辆进行最终状态的操作。为了行车安全，自适应巡航即使最小的跟车距离也不会很小，在拥堵严重的路况下易被加塞或者强行变道。道路情况较为复杂时，在遇到前车急刹车或者路口突然出现车辆的情况下,ACC系统很难精确控制，保证安全。遇到一些运载货物的车辆，当货物本身超出了车身尺寸时，雷达的精准识别率较低，难以保证安全。时刻保持注意力集中才是安全防患的重中之重。

但是在目前来看，机器始终是机器，并不能完全代替人类，再智能的驾驶也只是辅助驾驶，不能完全依赖和信任。自适应巡航系统只是辅助驾驶中的一小部分，并没有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。

自适应巡航在部分车辆上已经实现了商用化，也被认为是自动驾驶发展过程中必不可少的一项功能，自适应巡航的功能更可能被完整应用到最终的自动驾驶功能上。随着汽车技术的不断发展，更多高级辅助驾驶功能将逐步商用化、中低端搭载化，这也是自动驾驶技术普及过程中必不可少的一个过程。

二 概述

1.定速巡航和自适应巡航是很多驾驶员在高速上都会用到的功能。那么，这两个功能到底有什么区别、该怎么用呢？正式介绍ACC前，先了解下它的前辈定速巡航。

首先要认识下定速巡航系统，英文全称Adaptive Cruise Control，简称CCS，顾名思义，定速巡航就是让车辆已设定好的速度去行驶，不用踩下油门或者电门。定速巡航系统是安装在汽车上，能够让汽车保持设定速度行驶的设备。定速巡航的前身可以追溯到1992年，三菱汽车在汽车上提供了“距离警告”的功能，在驾驶员驾驶汽车过程中，如果与前方汽车靠得过近，就会给驾驶员进行提示，从而让驾驶员踩下制动踏板降低车速。定速巡航就是在该技术上进行了提升，驾驶员在驾驶汽车过程中可以开启定速巡航系统，之后就不需要再踩油门，汽车就可以按照设定的车速前进。一般在封闭路面使用，来解放下驾驶员的右脚。是通过指令开关、车速传感器、电子油门执行器和ECU，总共四个部分构成。不过这一功能一般车辆都会设置最低限速，也就是说需要达到一定速度的时候，车上的电脑才会“持续且稳定的”行驶。但是除此之外，包括转向、刹车这些还是需要车主自己来控制。

在定速巡航系统开启后，驾驶员也可以通过定速巡航的手动调整设备对车速进行小幅度的调整，且不需要去踩加速踏板。

启动这个功能后，汽车仪表盘就会显示定速巡航开启的图标了，车就会保持设定速度行驶。

在需要超车时，可以踩下加速踏板，超车完成后汽车还会自动回到原先设定的车速。当需要减速时，按钮取消或者踩下制动踏板就可以自动解除定速巡航，该功能立即消失。踩下制动踏板除了利用制动踏板消除功能外，还有驻车制动、离合器（M/T）、调速杆 （A/T）、车速小于30km/h 等操作会消除该功能。当需要时，驾驶员可以再按下按钮重新设定定速巡航。另外，定速巡航途中还可以根据车速与车况，加减巡航的速度。此外，如果想恢复之前的巡航速度，还可以通过RES按键实现，此功能在恢复速度和现行驶车速相差较大时慎用，因为此时启动后，系统一般会以地板油的形式加速到目标车速，此时驾驶员容易心里比较慌张而做出错误的判断。

某车型的定速巡航按键

现在的汽车配置中，定速巡航系统普及度很高，只要车速超过设定速度，系统就可以启动，汽车根据行驶阻力的变化，智能调节油门的开度，确保车辆始终保持相对恒定的行驶速度，使得驾驶者在长距离行驶途中，不必再用右脚时刻地踩着油门，极大缓解了驾驶疲劳。

定速巡航只可以在平坦、少车路面，如高速路面行驶，要么在高速上不堵车的路况下，或者在凌晨三点空旷无人的大街上才能用它，使用定速巡航让汽车保持匀速行驶，可以减少耗油量，也可以将驾驶员的双脚从油门踏板上释放出来，一定程度上减少驾驶员的驾驶疲劳，也可以让驾驶员将注意力全部放在路面上，但定速巡航会有一个初始速度，需要汽车达到一定车速时才可以使用，无法实现灵活的驾驶要求。在实际的生活中，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。

2.从实际驾驶特性出发，提出一种有效的计算安全跟车距离的算法，基于此开发全速自适应巡航系统，满足跟起、跟停、跟车、巡航等各种自适应巡航工况，满足实际驾驶情况的稳定性和舒适性。

3.针对汽车ACC系统的多性能指标不协调及不完善的问题，综合考虑汽车的多性能指标和汽车自身的驱动和制动能力，提出一种基于模型预测控制和最优控制的汽车自适应巡航控制算法。根据本车与前车之间的相互纵向运动学特性，建立离散状态空间表达式，引入饱和函数，并以输出变量的加权平方和作为协调多性能指标的目标函数，最后将目标函数的求解问题转化为一维极值问题进行求解。仿真结果验证了算法对安全车距保持的有效性和协调多性能指标的可行性。

三 定义

汽车自适应巡航控制系统（英文全称Adaptive Cruise Control，简称ACC），又可称为智能巡航控制系统，是基于普通的巡航定速系统延伸发展而成的，除了可以和定速巡航一样，设定既定车速，让汽车在道路上自适应行驶外，还对汽车进行了升级，是传统巡航功能的升级版，是在定速巡航控制系统CCS基础上发展起来的一种智能化自动控制系统。ACC功能作为辅助驾驶纵向控制的基础功能，是通往自动驾驶的基础控制。ACC作为高级驾驶辅助系统（ADAS）的一种，新一代汽车先进驾驶辅助系统之一，是将来自动驾驶功能的过渡配置之一。该系统也被称为主动巡航系统，相对于定速巡航，ACC不仅可以让车辆保持一定行驶速度，还能根据与前车的距离自动调节车速，以保证与前车的最佳安全距离。

ACC系统的功能是在传统定速巡航装置的基础上发展而来的，区别在于定速巡航只能限定速度，方向盘和刹车还需要驾驶员控制，而ACC能够较好的帮助驾驶员协调方向盘和刹车。定速巡航算是L1级别的自动驾驶，而ACC则可以算是L2级别的自动驾驶。它将汽车定速巡航控制系统（Cruise Control System，CCS）和车辆前向撞击报警系统（Forward Collision Warning System，FCWS）有机结合起来，既有定速巡航控制系统的全部功能对车纵向控制，还包含了预碰撞功能。利用预碰撞安全系统FCWS/PCS系统系统在危险发生前进行预警甚至干预驾驶，那么灾难出现的几率就会大大降低。还可以采用雷达探测前方车辆与本车的相对距离和相对速度，主动控制本车行驶速度，以达到自动跟车巡航的目的。结合车载的雷达，轮速传感器等感知前车环境和距离以及自身车速，实现智能的车速控制，始终处于安全行驶或者与前车保持安全距离的状态。同时搭载FCWS/PCS和ACC系统，可以明显提高汽车的安全性能。根据前方是否有车辆，系统可以在定速巡航和跟车巡航之间自动切换。

在车辆行驶过程中通过车载雷达等车距传感器监测汽车前方的道路交通环境，持续扫描车辆前方道路，同时轮速传感器采集车速信号。一旦发现当前行驶车道的前方有其它前行车辆，将根据本车和前车之间的相对距离及相对速度等信息，对车辆进行纵向速度控制，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，通过主动调整汽车行驶速度，自动减速、加速、更改跟踪目标等操作，它能够根据前车情况自动控制车距和车速，以使车辆与前方车辆始终保持安全距离，避免追尾事故发生，如下图所示。

与普通巡航定速不同，自适应巡航系统拥有雷达车距传感器，轮速传感器以及ACC电子控制单元，通过这个系统的相互作业对车速进行主动干预，使车辆按照驾驶员预设参数始终保持在一个相对安全的范围内行驶。

它是高级驾驶辅助系统的一种功能，包含防抱死制动器(ABS)，牵引力控制装置(TCS)及强化车辆稳定性系统(ESP)等部分，以驾驶员设定的车速为控制目标的智能控制系统。

ACC不是简单的巡航，而是在对实时路况的精确判断基础上，自动完成车速和车距的控制，从而减少驾驶者对油门和刹车的操作。ACC的主要目的是增加交通流量，改善驾驶员的舒适度，减轻工作负荷，为行车安全保驾护航。可以缓解长时间踩油门或制动的疲惫，让驾驶变得更轻松，提高舒适性。自适应巡航能更好地适应路况较复杂的城市路况，最大的好处就是降低驾驶疲劳，加上车道偏离辅助系统，可以让驾驶者在较好的城市路况中极大的解放双脚甚至双手。特别是轻微堵车的路况驾驶疲劳感很大部分来源于不停踩刹车，利用ACC系统可以轻松保持车距。但是，系统还是不能完全替代人工。

自适应系统是一个允许车辆巡航控制系统通过调整速度以适应交通状况的汽车功能。一般可以在40-150公里内进行车速设定，而因雷达性能不同，其工作范围一般为120-200米。因此驾驶员可以针对路况设定一个合理的跟车车距和巡航速度，当前方车辆出现突发性减速造成实际车距小于等于预设跟车车距时，自适应系统的控制电脑会及时通过车轮制动和调节发动机输出功率的方式使车速下降，并保持预设车距和前车以相同的速度行驶，当前车车速上升时，控制电脑将会自动将车速匀速提升至预设车速，使车辆从新回到巡航状态。

ACC主要有两个参数，车速和距离。

驾驶员设定所希望的车速，系统利用低功率雷达或红外线光束探测前方200m左右的距离，得到前车的确切位置，如果发现前车减速或监测到新目标，系统就会发送执行信号给发动机或制动系统来降低车速使车辆和前车保持一个安全的行驶距离。当前方道路没车时又会加速恢复到设定的车速，雷达系统会自动监测下一个目标。如果“前面没车”，那么可以使用驾驶员设定的期望车速来行车，这与定速巡航功能相当，如果配合车道保持LKA系统，可以做到沿当前车道一直行驶。如果前车很慢而导致本车不可能用期望车速来行驶，那么ACC可以使得两车保持驾驶员设定的期望车距。在需要时，车辆会自动刹车和/或变速，以保持设置的车速或距离。在某些行驶状况下，还会要求驾驶员主动进行制动，这个警报信息会以声音和视觉方式显示出来。

车距未达到安全距离时：                    

1）通过控制节气门降低动力输出                

2）主动制动                 

3）声光提醒驾驶员

四 组成

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。ACC是根据主车与前方车辆间的相对距离、速度等信息，通过自动调节油门开度和制动压力对主车速度进行速度和距离控制，使得主车与前方车辆保持安全的车间距。

ACC系统作为一种重要的汽车电子产品，由传感器、数字信号处理器以及控制模块三大部分组成，信号处理器负责将传感器接收到的信息进行数字处理，最后由控制模块处理收集到的信息进行控制。系统判断需要减速时，最终由ABS系统对车轮实施制动或者变速箱采用降挡的办法，将车速降低。主要由测距传感器、控制器ECU ，发动机管理控制器、电子节气门执行器、制动执行器（例如ABS/ESP等）等部分组成，其包括：

1. 自适应巡航系统ACC传感器和控制单元（雷达传感器）

2. 发动机管理系统控制器

3. 主动刹车及电子稳定系统

4. 控制和显示单元

5. 发动机电子节气门

6. 传感器

7. 变速箱控制器

↑自适应巡航系统ACC系统组成

典型ACC系统的基本组成如下图所示，主要由信息感知单元（传感器：车距传感器（雷达）、轮速传感器、转向角传感器等）、电子控制单元（ACC控制单元ECU）、执行单元（执行器）和人机交互界面等组成，包括雷达传感器、数字信号处理器和控制模块等。

ACC系统组成

1.信息感知单元

（1）传感器

信息感知单元（传感器）用于感知本车状态及行车环境等信息，如果用人类做比喻，传感器就类似于眼睛、耳朵、鼻子等器官，它负责感知前车以及本车确切位置，主要用于向电子控制单元（ECU）提供ACC所需要的各种信息，包括车间距离，车速信号，汽车转角信号，节气门位置信号等。它包括测距传感器、转速传感器、转向角传感器、节气门位置传感器、制动踏板传感器等。环境感知由毫米波雷达和摄像头等组成，通过数据融合，感知周边障碍物信息,如相对速度、纵向距离、横向距离、目标加速度以及置信率等。测距传感器用来获取车间距离信号，一般使用激光雷达或毫米波雷达；转速传感器用于获取实时车速信号，一般使用霍尔式转速传感器；转向角传感器用于获取汽车转向信号，用来判断汽车行驶的方向；节气门位置传感器用于获取节气门开度信号；制动踏板传感器用于获取制动踏板动作信号；在前后车轮上装有轮速传感器（与ABS系统共用），可以感知汽车的行驶速度。

目前市场上常见的传感器种类，有雷达传感器、红外光束传感器以及视频摄像头等几种，ACC一般都基于雷达或激光技术，现在可以基于视觉/相机技术，ACC系统的关键技术就是雷达传感器技术。品牌、车型不同，其安装位置也不同，常见的安装位置有车标后、保险杠两侧、下方以及车内后视镜背后等位置。造成这些差异的原因主要是各种传感器工作原理不同，当然其中也包含部分成本因素。

由于每种传感器都有自己的弱点，所以目前在ACC的开发过程中，研发人员便会根据各种传感器的特点，将它们组合应用，共同为控制器ECU提供信息。例如，雷达对于垂直方向上重叠物体的判断较弱。在实际驾驶中，当车辆行驶到立交桥附近时，如果前方与盘桥匝道上同时出现车辆，雷达传感器很可能出现误判。而当前方路面出现金属标识牌甚至是金属废弃物时，雷达传感器也很有可能产生误判。所以为了降低误判的可能，越来越多的自适应巡航系统采用两种传感器方式来采集汽车的周边环境信息。

雷达Radar的全称为Radio Detection and Ranging无线电探测和测距。典型雷达传感器系统组成包括无线电发射控制所需的锁相环控制芯片PLL ASIC和压控振荡器VCO。调制后的无线电信号经天线和镜头发射后，回波信号由四个定向天线接收。通过接收微波芯片MIC组成的混频器MIXER，将频率差信号经预放大器芯片Preamplifier ASIC放大后进行信号处理。

↑典型雷达传感器系统组成

作为车载雷达，目前适用的主要由脉冲多普勒雷达，双频CW雷达和FM雷达三种。雷达的功用是测知相对车距、相对车速、相对方位角等信息。雷达一般是用于探测路况，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（如在高速公路、多车道路面以及转弯时），雷达的视野中会出现多辆车。这时需要根据转向角传感器、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。

ACC中传感器部分一般使用测距雷达，是ACC系统的环境探测部分。测距雷达用于测量本车与前方车辆车头的相对距离，相对速度和相对加速度等参数，是ACC系统中的关键模块关键设备之一。测距雷达一般包括发射天线，接收天线，数字信号处理（DPS）单元和数据线总成等部分。当前，测距雷达的设计可以采用毫米波雷达和激光雷达两种形式。测距雷达的价格构成ACC系统的主要成本，是ACC系统中的也是决定该系统造价的主要元件。车距传感器一般安装在散热器格栅内或前保险杠的内侧，它可以探测到汽车前方200m左右的距离。

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辐射和其它通信设施的电磁波辐射，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。

当前应用到ACC系统上的雷达主要有单脉冲雷达、微波雷达、激光雷达以及红外探测雷达等。无论使用何种类型的雷达，确保雷达信号的实时性处理是要首先考虑的问题。随着汽车电子技术的迅速发展，现在大都利用DSP技术来处理雷达信号，应用 CAN 总线输出雷达信号。

ACC系统设计时，对雷达的基本要求是：外形体积（特别是天线）较小，适于在汽车上安装；测距范围大于100米；测量精度小于1米；接近速度在100公里/小时以上；应能使用汽车的电源，消耗功率要小。

1）毫米波雷达

毫米波雷达是利用目标对电磁波反射来发现目标，并测定其位置的。毫米波雷达频率高，波长短。这样，一方面可以缩小从天线辐射的电磁波射束角幅度/尺寸，从而减少由于不必要的反射所引起的误动作和干扰；另一方面由于多普勒频移大，相对速度的测量精度会较高。有中距雷达（MRR)和长矩雷达（LRR)。

中距雷达（MRR)：探测距离为160m，水平视场探测角度近距离±42°，远距离±6°。

长距雷达（LRR)：探测距离为250m，水平视场探测角度近距离±20°，远距离±6°。

ACC一般使用的是77GHz的长距离雷达，距离可达100-200米。

由于车用雷达传感器发射无线电波，因此需要符合使用国家的相应无线电波段管控规定。因此一般车用雷达会考虑通用性选择国际通行的无线电频率。比如常用的24GHz和77GHz频率，目前大多数的ACC系统都采用77GHz毫米波雷达，其中又以调频连续波技术(FMCW)应用最为广泛，为了更好的测距和测速，雷达传感器需要在一定频率范围内进行可控的频率扫描，这种雷达传感器称为调频连续波FMCW雷达传感器。以77GHz雷达为例，一般扫描频率范围为76.5GHz到76.7GHz。 

两车相随时，如果能够测量出毫米波从本车发射到目标车返回的时间，就可以计算出两车相隔的距离和相对速度。现在一般的方法不是去直接测量之后滞后时间，而是采用频率测量的方法。

↑调频连续波FMCW雷达传感器

FMCW雷达系统能同时探测出目标相对于车辆的距离和速度。若安装适当数量的天线，它们还能计算出目标与车辆的纵轴夹角。由于毫米波雷达的天线很小，所以可以安装于车身的任何位置。当然一般是被隐蔽地安装于汽车前端。

在汽车上应用毫米波雷达测距，有以下特点：首先，其探测性能稳定，不易受目标表面形状和颜色的影响。其次，具有良好的环境适应性能，由雨，雪，雾等造成的干扰比较小。

车用雷达传感器工作原理就是蝙蝠测距用的回波时间（Time of Flight，缩写为TOF）测量方法。

↑FMCW雷达传感器测距原理 

但要知道无线电传播速度等同于光速，也就是是每秒30万公里。要测量150米处的目标，总传输时间只有1微秒。要如此精确的测量时间成为雷达传感器以及自适应巡航系统最大的挑战。直接测量往返时间十分复杂，因此调频连续波FMCW的测量方法被引入进来，对往返时间进行测量，将其作为持续发射并即时变频的高频振荡电波来使用。变频（调制）为200兆赫/毫秒，以一个76.5Giga赫兹的输送信号作为“输送载体”，通过这种方法可绕过复杂且浪费的往返时间直接测量，取而代之以通过处理简单易得得发射和接收（反射）信号间得差值来获得所需要的信息。通过单位时间固定频率范围进行扫描，就可以通过测量发射频率和接收频率的频率差算出精确的传输时间，也就是完成了时间差和频率差的转换。而通过微波芯片和FFT傅里叶变换的信号处理，频率差相对容易精确计算。

发射信号与接收（反射）信号间的频率差值直接取决于和目标之间的距离。

反射波与发射波的形状相同，只是在时间上有一个延迟∆t，∆t与目标距离R的关系可以表示为

式中，R为本车至目标车的距离；c为光速，c=300000km/s。

T为频率的周期，∆F是调频的带宽，发射信号与反射信号的频率差为IF。从图中可以看出如下关系：

再将∆t带入式中可以得到

当目标车以相对速度V运动时，由于多普勒频移的原理，雷达接收的发射波会产生频移

f0为发射波的中心频率。三角波的升升沿河都会移动fd，用公式表示如下：

如果考虑到车速大大低于光速，因此目标车移动的相对速度为：

↑FMCW雷达传感器测速原理

平常在路上碰到救护车，就会发现救护车接近时警报声比较尖锐，离开时警报声比较低沉。这就是多普勒效应，相对速度会影响运动物体的频率变化。将调频连续波测量方法进行改进，在频率上升和频率下降过程中各测量一次频率差。这样就可以计算出多普勒效应造成的频率差从而算出前车速度，进而同时得到前车距离。

目前，ACC传感器为毫米波雷达，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。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（大雨天除外）工作的优点，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位置一般为前进气格栅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”是非常重要的，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（如雷达安装位置处发生了碰撞），必须重新标定，以保证ACC功能和性能都不受影响。

目标识别 

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（能有效识别行人的76Ghz/79Ghz雷达），从而无法被有效识别。除了对于上述目标没有反应外，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。

特定场景

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。

ACC无法有效识别目标，存在追尾的风险

ACC系统会识别通往高速公路出口的斜坡，目前Radar-only的ACC只能提供stop-go的交通堵塞辅助（TJA），即低速跟车功能。E-NCAP对ACC测试中包括车辆以80km/h的行驶时应对切入和切出的场景。

雷达探测的主要区域为本车道正前方，当旁边车道有车辆汇入时，需要一定的反应时间，将汇入车辆当作新的跟随目标。如果汇入车辆的动作不太突兀，雷达系统是可以从容应付的，但中国的交通环境比较复杂，强行变道随处可见，这种时候如果驾驶员没有介入，就很容易发生事故。

2）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。

3）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。

单脉冲雷达和微波雷达是全天候雷达，可以适用各种天气情况，具有探测距离远、探测角度范围大、跟踪目标多等优点，但价格高。

4）激光雷达

激光雷达是一种光子雷达系统，它具有测量时间短，量程大，精度高等优点。激光雷达根据激光束传播时间确定距离。激光雷达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果不理想，当激光镜头被泥、雪等物体遮盖后，或在强光干扰情况下，激光雷达的工作将受到影响。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。

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，遇到烟雾介质以及雨雪天气表现一般。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。

5）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：红外线探测雷达受光线影响较大，测距较弱，信号收集相对困难。在恶劣天气条件下性能不稳定，探测距离较短，价格最便宜。

6）摄像头

越来越多的车型采用摄像头作为传感器，感知周边环境，相比雷达，摄像头分辨率更高，可以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无法做到。摄像头按照镜头数分类主要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。摄像在光线较弱的环境下（黑夜和隧道），无法正常工作，也有局限性。

由于硬件发展水平的制约，现在汽上使用的雷达系统不能识别某一目标物的大小和形状，而且其视域宽度也相对狭窄，单独只用一套雷达系统根本无法完成原来的设计预想，由于每种传感器都有自己的弱点，在目前ACC开发实际应用过程中，研发工程师们根据各种传感器的特点，将它们组成搭档，共同为数字信号处理器提供信息。比如雷达对于垂直方向上重叠物体的判断较弱。在实际行车中，当车辆行驶到立交桥附近时，如果前方与盘桥匝道上同时出现车辆，雷达传感器有很大概率出现误判;前方路面出现金属标识牌甚至是金属废弃物时，雷达传感器也有很大概率产生误判。于是为了进一步降低误判的可能，越来越多的自适应巡航系统采用两种传感器收集信息。往往是通过摄像机和雷达系统配合使用，才能完成相应的技术指标。

可惜目前所使用的摄像机和雷达传感器都没有统一的标准配置，所以工程师们就想出了使用灵活的硬件平台来达成目的的方法。说起来，好像是有点尔拼凑的感觉，但是在汽车新技术的实际应用方面，毕竟向前迈进了一大步。

难道这些传感器除了搭档合作为数字信号器提供信息外，就没有其他解决办法了?当然不是。比如单一摄像头受到硬件限制较大，对于距离判断能力较弱，那两个摄像头对距离判断效果不错。在东京车展上，搭载双摄像头传感器的车型出现在了斯巴鲁展台上。

（2）传感器校准

ACC系统具有完备的自诊断能力，会将识别到的事件和相应环境条件存储到故障存储器内，其诊断地址码为13/8B。尽管雷达波束的传播性能很强，但是ACC系统也会因为视线不佳而关闭。如：天气原因，特别是在水沫多、浓雾、降雪的环境下；雷达传感器透镜表面脏污；以及行驶在隧道内时均会影响雷达波束的传播。

当出现以下情况时，必须对传感器进行校准调节：

△ 调整/改变了后桥的轮距

△ 拆装过ACC-单元

△ 拆装过前保险杠

△ 前保险因受较大外力而造成损伤

△ 水平失调角超过了±0.8°

在配备有两个ACC-单元的车辆中，进行校准时应先调节主控传感器，再调节从控传感器。进行调节前，应保证车距调节传感器和控制单元上的双头螺栓的长度正确。

1）校准主要设备：

校准过程中所用到的主要设备有：车辆诊断仪、ACC调校装置、ACC反光镜、测距仪、四轮定位仪、调整工具等。

2）校准要求：

△ 将前轮置于直线行驶位置

△ 将诊断设备导线通过打开的车窗连接到车辆

△ 车辆外部照明已关闭

△ 车辆所有车门已关闭

△ ACC反光镜安装位置距奥迪四环之间120cm±2.5cm

△ 检查水平仪和校准条的位置（依据四轮定位数据显示）

3）校准流程：

连接上诊断设备后，选择引导功能，根据提示一步步往下进行即可。

打开点火开关→选择品牌Audi→选择对应车型→选择功能/部件→选择J850-调整→读取失调角度→选择要调整的控制单元→进行调整控制单元1→调整控制单元2（调整调节螺钉）。

（3）实例

除了下述的控制单元外，ACC系统的主要组成部件是传感器（雷达发射器和接收器）和相应的控制单元。两者安装在同一个壳体内，被统称为ACC-单元。该单元上固定有一个可调支架，通过该支架和车辆前保险杠用螺栓拧在一起。在维修过程中不可被拆解，只能整体更换。

在ACC系统控制单元中采用主/从结构，即以控制单元J428为主，控制单元J850为从，两者相互配合完成ACC系统的控制。该系统间的通信则通过一条专用的数据总线与网关J533相连。

2.电子控制单元（控制器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。

ACC控制器（控制单元ECU），是ACC系统的中央处理器，是系统的核心单元核心部分。控制决策是根据感知信息，决策所需要的控制指令。它负责采集将各个传感器送来的信号/数据（包括相对距离、相对速度）进行处理，然后按照控制算法进行计算，用于对行车信息进行处理，最后形成指令控制作动器工作。实时地与发动机控制单元和制动防抱死控制单元交换数据，确定车辆的控制命令，对发动机和制动系统的状态进行控制。ECU根据驾驶员所设定的巡航安全距离以及巡航车速，结合信息感知单元传送来的信息确定当前车辆的行驶状态，决策出车辆的控制作用，发出对车辆的控制指令，并输出给执行单元。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，以使本车与前方车辆始终保持安全距离。例如当两车间的距离小于设定的安全距离时，ECU计算实际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报警，提醒驾驶员采取相应的措施。

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。

通过车距传感器的反馈信号，ACC控制单元可以根据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驾驶者施加在踏板上的力，ACC控制单元可以决定是否执行巡航控制，以减轻驾驶者的疲劳。

数据传输

通过操纵拨杆接通ACC功能，通过显示和操纵CAN总线传送到网关J533，同时J533通过FlexRay总线接收车距调节控制单元、传感器电子控制单元、ABS控制单元、水平调节控制单元、图像处理控制单元传来的信号；于此同时发动机和变速器控制单元通过驱动CAN总线选择性接收来自J533的信号，进而实现车辆的加速、减速、制动等ACC系统功能。

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。

通过车距传感器的反馈信号，ACC控制单元可以根据本车附近物体的移动速度判断道路情况，并控制汽车的行驶状态。通过反馈式加速踏板，可以感知驾驶者施加在踏板上的力。ACC控制单元可以据此决定是否执行巡航控制，以减轻驾驶者的疲劳。

自适应巡航控制系统ACC在控制汽车制动时，通常会将制动减速度限制在不影响舒适的程度，当需要更大的减速度时，ACC控制单元会发出声光信号通知驾驶者主动采取制动操作。当与前车之间的距离增加到安全距离时，ACC控制单元会控制汽车按照设定的车速行驶。

自适应巡航控制系统使汽车的编队行驶更加轻松。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，而且这个距离可以通过转向盘附近的控制杆上的设置按钮进行选择。    

自适应巡航控制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。

控制器ECU负责进行控制计算，将传感器接收到的信息进行数字处理，通过分析雷达测定的数据，再根据驾驶者预先设定距离和车速做出相应调整。并发出合适的控制指令，控制汽车速度和加速度的执行机构。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加稳定，适合复杂的路况，反应更加灵敏准确。

上图为参与ACC功能调节相关的所用控制单元。其中最复杂的调节过程涉及到了26个控制单元，而这些控制单元间进行的数据信息交换大约有1600条。

3.执行单元

底层执行部分包括驱动和制动系统，根据控制指令协同控制车辆的行驶；执行单元（机构），在接收到控制指令后执行电子控制单元发出的指令，对车辆实施加减速、定速控制，用于实现车辆加、减速。它主要由制动踏板、加速踏板及车辆传动系控制执行器等组成，包括油门控制器、制动控制器、挡位控制器和转向控制器等，油门控制器用于调整节气门的开度，使车辆作加速、减速及定速行驶；制动控制器用于紧急情况下的制动；挡位控制器用于控制车辆变速器的挡位；转向控制器用于控制车辆的行驶方向。

作动器 

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。

执行器包括节气门开度控制和制动控制。以满足控制的要求。执行器在接到ECU指令后，负责对车辆进行加速或者制动等控制。调节汽车的加速度，令其能始终与前车保持安全的行驶距离，或保持车辆按预设的速度行驶。由ABS系统对车轮实施制动或者变速箱采用降档的办法，将车速降低。

4.人机交互界面

人机交互是根据不同驾驶员的驾驶需求调节所需的巡航车速或安全车距。主要用来控制ACC的开关以及模式的设置（安全距离以巡航车速），用于驾驶员设定系统参数及系统状态信息的显示等。驾驶员可通过设置在仪表盘或转向盘上的人机界面启动或清除ACC系统控制指令。启动ACC系统时，要设定当前车辆在巡航状态下的车速和与目标车辆间的安全距离，否则ACC系统将自动设置为默认值，但所设定的安全距离不可小于设定车速下交通法规所规定的安全距离。

（1）方向盘按键

自适应巡航的方向盘按键与定速巡航相类似，但是多了一个安全距离选项。

汽车ACC系统的指令通过控制开关由驾驶员设定，如下图所示为某汽车ACC系统的控制开关，操作ACC所需的按键位于转向盘上，使用很简单，只用左手大拇指就够了。另外，按键的功能不唯一，可复用，如SET键还能以10为单位调整速度。自适应巡航系统ACC一般由多功能方向盘上的ACC按钮激活，然后需要设定巡航速度和巡航跟车间距。

某车型的自适应巡航按键 

1）ACC功能操作/设定

首先，打开ACC功能

ACC的所有操作功能都集成在了下图的拨杆上，把拨杆向司机方向拉动，即可开启ACC功能，把拨杆推回去则可以关闭ACC功能。

ACC功能的接通/关闭、以及功能设定均通过操纵拨杆实现。

当操纵拨杆往司机方向拉动时，ACC功能处于接通状态；往反方向拨动则可进行关闭。当ACC功能接通时，电子稳定控制（ESC）功能和电子驱动防滑调节（ASR）功能同时被激活，且无法进行关闭。

① ACC开启/关闭按键：按下此键可以在开启（满足激活条件时，系统进入待机状态）或关闭ACC之间进行切换。

② ACC复位/激活：沿此方向（靠近驾驶员侧）拨动手柄用来恢复当前保存的车速或激活ACC功能。

③ ACC退出：沿此方向（远离驾驶员侧）拨动手柄可退出ACC激活状态，进入待机状态。

其次，设定期望车速

向上或向下推动操纵杆，可以提高或降低期望车速，车速可设置的范围一般为30~200Km/h，默认30Km/h开始，每推动一次，可以增加或减少10Km/h(有些步长是5Km/h)，最后按下设置按键，即可保存车速，同时在仪表上也会显示设置的速度值。补充一下，对于全速ACC，则可以做到0Km/h起步，没有最低速度要求，这也是下文谈到的停停走走(Stop & Go)功能的基础。

通过操纵拨杆上的SET按键可将当前车速设定为期望的巡航车速进行存储。当向上拨动操纵拨杆时，进而相应的提高期望的巡航车速，往下拨动操纵杆时，可相应的降低期望的巡航车速。（每次车速以5或10km/h为一个基准单位进行变化）

④ 增大设置车速：ACC激活状态，沿此方向拨动手柄可设置增大车速。 

⑤ 减少设置车速：ACC激活状态，沿此方向拨动手柄可设置减少车速。

期望车距（本车和前车）的设定有四个级别，通过操纵拨杆上的滑动开关来实现。往1方向滑动开关则可实现减小车距，往2方向滑动开关则可实现增大车距。

车速有设定区间，如30~150km/h，在高速公路，设定的速度不要超过高速公路的限速，一般在80~120km/h之间；车距选择一般由远及近有5个挡位供选择，选择多大的车距，要根据车速和路况决定，比如在高速公路，建议距离设定在较远的两个挡位。这些参数设定完，ACC系统就可以工作。

再次，设定期望车距

安全距离由近到远一般分3~5挡,可以通过DIST+或者DIST-来调节。这个可以根据实际的车速和路况来选择，如高速公路行驶时，建议设置到最远安全距离。

本车和前车的车距，可以设置为4个等级，拨动滑动开关即可，默认车距为3级。需要注意，此处的车距不是一个固定的长度距离，而是一个恒定的时间间隔，最终的车距取决于前面设置的车速。原因在于，1到4级分别代表了不一样的响应时间，分别是1.0s、1.3s、1.8s和2.3s，实际上撞车的风险也是在于你的响应时间，很多事故及早响应都是能够避免的。车距设置的建议，一般在畅通的高速上，等级设高，因为车速较快，安全第一，而在市区道路，等级设低，车速不快，同时保持良好的停停走走体验。

ACC调节车距取决于相应的车速，即车距的调节不是恒定的行驶距离，而是一个时间上的恒定间隔。

再三，设定期望时距

⑥ 时距设置：通过旋转巡航手柄末端位置自锁式按键，可以实现四个档位车间时距的调节。

最后，可以开始ACC了

除了以上三项设置外，还有行驶程序设置，即设置你的驾驶模式，有舒适、自动、运动、高效和个性化几种模式可供选择。当然还能设置提示音量大小。

模式选择主要有限速巡航和自适应巡航.确认以后ACC统就会根据前车情况自动保持车距和车速，并且通常会在仪表盘上显示当前车速和设定车速。一些新一代的自适应巡航系统还能够自动保持车道，并且在可能发生碰撞事故时发出声光报警。

↑自适应巡航系统ACC工作示意图 

当你的车速超过30Km/h时，ACC就自动启动了(全速ACC可以直接启动)，他就会自动加速到你设定的车速(如果前方没有障碍物的话)，然后在车速和车距上进行保持。

还需要注意仪表上的显示，正常情况下绿色显示，在某些情况下，比如减速不能保持设定的车距，这时车辆就会发出警告，仪表会显示红色警告信息，同时会发出声音报警。

当汽车进入自适应巡航状态后，驾驶员右脚就可以彻底解放了不用一直踩着油门，只要握好转向盘，控制行驶方向即可。如果驾驶员预见前方的路况比较复杂，担心ACC系统不能正确处理，只需轻踩刹车就可以解除ACC系统了或它对车速的控制权。

对于带辅助转向功能的自适应巡航控制系统，当汽车进入自适应巡航状态后，驾驶员既不用踩着油门，也不用握转向盘，汽车能够自动跟随前车行驶。在遇到信号灯或者突发状态下，驾驶员踩下刹车/加速踏板，或者拉动转向盘，车辆便会回归到驾驶员的掌控中。

是不是马上就能获得舒适的开车体验了？是的，你可以把脚离开油门，甚至离开刹车都没问题。当然，离开方向盘不行，离开超过30秒会自动报警，毕竟不是自动驾驶，还是需要你来控制方向的。

2）ACC系统的状态

汽车ACC系统的状态可分为ACC关闭状态、ACC等待状态、ACC故障状态和ACC工作状态四种。ACC系统的状态及其转换如下图所示。

上图中，上角标a表示自检以后的手动和（或）自动操作。

ACC系统状态切换图

手动切换实现ACC的关闭与非关闭状态的转换，系统检测到错误后将自动关闭ACC。

（1）ACC关闭状态   直接的操作动作均不能触发ACC系统，驾驶员可通过车辆外部按键手动开启和关闭ACC。

（2）ACC等待状态  ACC系统没有参与车辆的纵向控制，但可随时被驾驶员触发而进入工作状态。

（3）ACC工作状态   ACC系统控制本车的速度或与前车的距离，且可以在驾驶员超车介入时，进入驾驶员超越模式，并且可以自动起停。车间时距是指本车驶过连续车辆的车间距所需的时间间隔，它等于车间距与车速之比。

（4）ACC故障状态：由于车辆执行机构本身、感知系统或ACC系统发生故障，进入ACC系统故障模式。

Ø ACC开启条件：驾驶员打开ACC开关按钮；雷达正常工作；ESP状态正常；安全带系好，且车门关闭；

Ø ACC触发（激活）条件：档位位于D档；驾驶员设定巡航车速，EPB不工作，驾驶员不踩制动踏板、离合器，ASR/EBS/ABS不工作；

Ø ACC挂起条件：驾驶员踩制动踏板；驾驶员踩加速踏板；雷达更换跟踪目标、驾驶员踩制动踏板、离合器，ASR/EBS/ABS工作；

Ø ACC关闭条件：驾驶员关闭ACC开关按钮；ESP状态不正常；ESP介入工作；AEB介入工作；雷达状态不正常；

Ø ACC故障条件：系统感知故障、EBS/ABS故障、发动机故障等。

3）ACC功能状态机：ACC控制状态如何与自车运行状态结合

ACC状态机是为了更好对自车进行控制及对车辆驾驶员进行交互的状态。通常ACC状态机分为初始化，待机模式，激活模式，静止模式，及降级模式。下图是各个状态进行跃迁的方向及关系，将结合此图对各个状态进行介绍。

初始化（init）

此状态是控制器内部在上电之后执行的逻辑，在此状态期间要进行各个关联ECU的自检及控制器内部一些故障的自检状态。通常与仪表交互的状态要按照需求的初始值进行发送。

待机模式（passive）

此状态是在自检完成之后且驾驶员通过主开关打开了ACC功能，但是纵向控制并没有激活，并为了能够提示驾驶员现在功能的状态，需要指示灯以特殊的灰色或者白色显示。

激活模式（active）

在系统待机模式后，驾驶员通过激活按键激活ACC功能后，系统进入激活状态。在进入激活状态前，根据实际驾驶员行车体验及功能安全的需求，需要确保自车满足几个条件：自车处于前进挡，ECU状态正常，ESP制动及ACC减速模块状态正常，仪表显示正常，轮速正常，车门信号正常，驾驶员侧安全带信号正常，HDC工作状态正常，DTC状态正常，EPB状态正常，并自车处于稳定行驶状态（ABS，ESP，DTC，TCS功能不处于激活状态）。这些条件有任何一个不满足，功能就要进入passive模式，并通知到驾驶员系统当前状态，以确保不会由于系统输入而带来不在期望范围内的控制。系统激活状态，驾驶员可以通过ACC功能相关按键来取消/激活，速度增、减等操作。

正常激活模式也包含了制动延续模式（BOM），这是为了系统在减速控制过程中异常退出时，确保系统安全交接给驾驶员而持续制动的状态，通常也认为是功能激活状态。

正常激活还包含了超越模式（override），此模式是在ACC正常控制车辆的过程时，在驾驶员主动踩加速踏板后并且需求扭矩超过系统需求扭矩时所处状态。此状态由于驾驶员主动加速，所以只需要通知驾驶员是激活整体即可。

静止激活模式（stand active）

此模式是在为了解决跟随的前车红路灯路口停车后再次起步过程为了减轻驾驶员驾驶干预而增加的状态。此时系统需要控制自车稳定控制在静止状态一定时间，一般为3秒，并且能够跟随前车自动起步。在此状态需要确保制动系统制动的性能，并且在检查到自车不能稳定静止时随时退出功能，并提示驾驶员接管车辆。

由于自车可能跟随前车起步，此时也要确保驾驶员在车上，以备自车前方出现系统无法探测识别目标时，驾驶员能够及时发现目标并采取行动。比如前方过马路的横穿行人，动物等传感器探测有局限的目标。

静止等待模式（standwait）

静止等待模式是静止激活模式的一个临时跳转状态，即由于系统长时间静止激活（3秒）后，系统为了安全起见就让系统进入静止等待模式。在此模式下需要驾驶员确认或者踩油门踏板系统能够自动恢复激活状态，从而达到长时间等红绿灯后系统再次控制起步。由于此系统下系统没有控制车辆，并且再次控制车辆时需要驾驶员确认操作，所以此状态时长一般由客户定义。

失效模式（failure）

失效模式是ACC功能所关联ECU或者传感器本身发生了关联信号故障后而进入的一种状态。由于发生此状态后会导致功能退出或者无法激活，所以此状态要通过功能故障点来通知驾驶员来让驾驶员注意检查相关系统故障问题。对于关键ECU发生了短暂恢复性故障，ACC系统应该持续保持故障并持续到下次点火周期并且故障消失后。

以上就是ACC功能工作的所有状态，其中激活状态是ACC中最为复杂且需要计算最多的状态。

（2）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……

辅助装置包括巡航控制开关，车速设定器，车距设定器，状态显示器，报警器等部分，完成相关辅助功能。

五 原理

通过在汽车前端安装雷达持续扫描车辆前方道路，且同时采集轮速传感器测得的汽车车轮速度来计算汽车行驶速度，在汽车过于靠近前方车辆时，自适应巡航控制单元还可以通过控制制动防抱死系统、发动机控制系统等，使汽车车轮适当制动，并使发动机功率下降，从而与前方车辆保持一定的安全距离。 自适应巡航功能主要包括雷达传感器/超声波测距传感器/红外测距传感器、数字信号处理器及控制模块，在自适应巡航功能工作时，通过低功率的雷达或红外线光束等多传感器融合来测量前方车辆的确切位置，如果发现前方车辆减速或检测到新的目标，自动巡航系统就会给发动机或者制动器传递降速的信号，从而让汽车和前方车辆实现安全距离下的跟车行驶。当前方没有汽车或前方汽车变道后，自适应巡航系统会让汽车根据设定车速安全行驶，而且雷达会不断测定前方目标，根据实际路况对车辆速度进行调整。

ACC功能主要利用了雷达技术，通过毫米波雷达，发射毫米波段的电磁波，利用障碍物反射波的时间差确定障碍物距离，利用反射波的频率偏移确定相对速度。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；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。

控制器有两个输入信号，一个是按驾驶员要求设定的设定车速信号，另外一个是汽车实际车速的反馈信号。电子控制器检测这两个输入信号之间的误差后，产生一个送至节气门执行器的节气门控制信号。节气门执行器根据接收的控制信号调节发动机节气门开度以修正电子控制器所检测到的误差，从而使车速保持恒定。实际车速由车速传感器测的并转换成与车速成正比的电信号反馈至电子控制器。在实际控制时，车速误差不能真正降低到零，而是保持在一定的误差范围内，因为当车速误差为零时，行驶阻力的微小变化都将引起节气门开度的变化，容易产生游车。

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。

1.控制原理

本车时速、前车时速、前车与本车距离、旁边车道是否有车辆进入等等，这些都是ACC系统的控制依据。

（1）ACC构成图

包括感知行车信息的传感器（前视探测器），建立安全距离速度模型，以及按照控制模型实施控制命令的执行器如发动机管理系统/节气门控制系统和主动制动系统等。目前前视探测器视毫米波雷达和激光雷达，而主动制动系统就是车辆稳定性控制系统（ESC/ESP)的制动系统。

ACC以雷达、相机为传感器，持续扫描车辆前方道路，探测前方障碍物的距离、速度，同时结合驾驶员意图和自车运动状态，决策安全跟车距离和安全跟车速度。当与前车之间距离过小时，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，使发动机的输出功率下降，使车辆与前方车辆始终保持安全距离。

注：VCU 为 Vehicle Control Unit，整车控制器；ESC 为 Electronic Stability Controller ， 车 身 电 子 稳 定 控 制 系 统 ；BMS 为 Battery Management System，电池管理系统。

（2）ACC系统控制逻辑图

主车行驶首先根据环境感知部分判断前方是否有车辆，若没有车辆，系统进行传统的定速巡航控制；若前方有车辆，则跟随前车行驶，即自适应巡航控制。判断选择何种行驶模式后，根据整车状态、设定车速、设定车距等信息计算相应的期望加/减速度，继而选择响应的驱动/制动方式，使主车保持一定车速或主车前车保持一定车距行驶。基于轮胎模型，得到所需的制动压力，平滑过渡后传送至ESP系统，控制逻辑见下图。

ACC系统控制逻辑

ACC系统需保证驾驶员优先原则，当驾驶员需要超车、制动等主观操作时，该系统需及时被抑制或关闭并由驾驶员接管。另外，ACC系统设计应尽可能保证驾驶的舒适性与安全性，即控制期望加速度保持在-3m/s² - 1 m/s²。当需要更大的减速度时，ACC控制单元会发出声光信号通知驾驶员主动采取制动操作，若驾驶员未采取相应操作时，ACC系统将采取强制制动。当与前车之间的距离增加到安全距离时，ACC控制单元控制车辆按照设定的车速行驶。

（3）ACC系统控制方法

（4）ACC系统框图

（5）自动制动系统的液压原理

2.工作原理

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。当车辆前方无障碍物行驶在畅通的车道时，车辆按设定的速度巡航行驶，ACC可以将车速持续保持在设定范围内；当行驶车道的前方有其他前行车辆（正常行驶的）时，ACC系统电子控制单元将根据本车和前车之间的相对距离及相对速度等信息，通过与ABS、发动机控制系统、自动变速器控制系统协调动作，对车辆纵向速度进行控制，则ACC自动制动到与前车相同的车速，并与前车保持固定的距离，使本车与前车始终保持安全距离行驶。如果前方没有行驶中的汽车，ACC便加速到设定的速度。

ACC的系统流程

当然，ACC系统的实现并非像上面所说的那么简单。首先，想要实现ACC系统基本功能，控制单元必须获取：与前车的距离、前方车辆的速度、前方车辆的位置三个基本参数，然后控制器根据这些信息再进行确定选择需要监控的车辆。还应注意的是：ACC系统只对移动中的物体或被识别为移动的物体才会有反应。

（1）第一步：距离测量

判断同前方车辆的距离，如果没有车辆(一般为毫米波雷达可探测的200米距离内)，那么车辆就开始按照设定的速度行驶。

车距判断：

通过雷达技术（是一种物体定位的电子手段，从发射信号到接收到反射信号所需要的时间取决于物体之间的距离），将接收到的反射信号与发射信号进行对比并分析来实现车距的判断。

在自适应巡航控制系统ACC的设计中，安全车距是保证汽车安全性的一个重要因素。车距算法的作用是决定本车跟随前车行驶时的安全车间距，也就是期望跟车间距。两车之间的安全车距，是指当前车突然刹车时，本车不会发生追尾的最小两车间距离。这个距离如果太小，就很容易导致交通事故的发生；而如果这个距离太大，一方面会影响道理交通的通畅程度，另一方面，邻近车道的汽车会很容易的换线切入，这种加塞行为，会使驾驶者感觉不爽，导致驾驶体验下降。因此，合理的车距算法对ACC系统的设计是至关重要的。

ACC系统中的车距算法，总的来说可以分为两种，即恒定车距与动态车距。

1）恒定车距算法，是在汽车行驶过程中，保持安全车距恒定不变，因而与本车的速度，周围环境等因素是无关的。这种算法结构简单，计算量小，易于实现。但是固定的车间距离无法适应变化的行车环境，不能满足车速在大范围内变化的要求。当汽车高速行驶时，过小的车距无法满足安全性的要求；而当汽车低速行驶时，过大的车间距离又会降低道理通行能力，减小道理利用率。由于恒定车间距离在汽车的稳定性方面表现也不好，如今已经没有ACC系统采用这种算法了。

2）动态车距算法的出现弥补了恒定车距算法的不足。动态车距算法也有很多种类，大部分是基于车头时距的。车头时距是指在同一车道上行驶的汽车队列中，对两辆连续车辆而言，其车头部通过某一断面的时间间隔。基于车头时距的动态车距算法又可分为恒定车头时距CTH(Constant Time Headway)和可变车头时距VTH(Variable Time Headway)两种。

①CTH算法是目前比较成熟的车距算法，很多车载ACC系统都采用了CTH算法。这种算法比较简单，合理考虑了跟车速度对要保持的车距的影响。但是CTH算法不够灵活和稳定，难以适应很多复杂的路况。

②VTH算法就是针对CTH算法的缺点而出现的。在VTH算法中，车头时距不再是恒定不变的，而是随着周围行车环境的变化而改变。这种算法考虑了两车的速度，加速度等因素的影响。在ACC系统的实际应用中，前车加速度无法通过本车的传感器直接得到，需通过两车的相对速度和本车的加速度计算出来。

在自适应巡航控制系统ACC中，采用合适的车距算法，对提高行车安全，彻底杜绝追尾事故的发生，无疑是非常必要的。

（2）第二步：确定前车速度

确定前车速度的目的在于获得相对速度，通过第一步中的距离，可以推算出抵达前车所需要的时间，这个时间就可以和ACC设定的期望车距进行比较了。(什么？时间和距离进行比较？没错，这里和上文的ACC设置期望车距相呼应，期望车距实际是响应时间)

车速判断：

其原理是采用“多普勒效应”：当发射波与被测物体之间的距离减小时，反射波的频率为高频率，当距离增大时，频率降低。相应的电子装置会分析频率的变化，从而得出前车的车速。

（3）第三步：确定前车位置

毫米波雷达的视场角虽然较小，但探测130米开外的物体，那探测宽度就可能超过三根车道，加上弯道等情况，雷达会判断到前方多辆不同位置的车。

位置判断：

车辆位置的确定，还需要另外一个参数：本车与前车相对运动的角度。为了获取此参数，在ACC系统控制单元上配备有四个发射器和四个接收器。而雷达信号波呈叶片状向外扩散，即信号强度（振幅）随着与车上发射器的距离增大而在纵向（X）和横向（Y）降低。控制单元则根据信号强度与发射器距离的关系和四个雷达射束就可以准确定位出前车的位置。

（4）第四步：确定针对哪辆车来进行调节

前一步是确定车辆和位置，这一步就需要确定跟随车辆，这是一个重要的判断决策，也是ACC安全保障的关键，需要协调车内其他控制单元一起来判断，比如车道识别单元。

另外，本处的调节，不仅仅是油门刹车这么简单，有更多的传感器单元参与其中，比如转向角、车轮转速等传感器。

3.控制过程

功能实现：

（1） 定速巡航控制

下图所示为定速巡航控制逻辑，当前方无车辆时，ACC进入定速巡航控制。根据设定车速和当前车速计算得到所需的目标加速度，进而得到目标扭矩偏差。

定速巡航控制逻辑

而根据车速和地面摩擦阻力可计算得到基准扭矩。基准扭矩和扭矩偏差组成目标扭矩，这样实际构成了前馈+反馈控制，提高了控制的响应速度和鲁棒性。为了减小超调，当前扭矩会平滑过渡到目标扭矩。平滑后的目标扭矩通过CAN总线传送到EMS系统，实现车速的控制。

（2） 跟车行驶控制

当前方有车辆时，ACC进入前车跟随控制逻辑。前车跟随控制主要根据雷达采集到的相对速度和相对距离进行距离控制和速度控制，跟车状态见下图。

ACC跟车示意图

当相对距离大于设定距离时，进行距离控制，通过控制器得到需要的加速度和扭矩偏差，结合基准扭矩，将目标扭矩平滑后传送至EMS系统。当相对距离小于设定距离时，进行速度控制，由相对距离和相对速度得到目标减速度。基于轮胎模型，得到所需的制动压力，平滑过渡后传送至ESP系统，控制逻辑见下图。

跟车行为控制逻辑

（3） 停启功能控制

当车速低于30km/h时，进入ACC的Stop&Go控制逻辑，实现在交通拥挤路况下的车辆启停。此时ACC控制的最大减速度变为-6m/s²。

当监测到前方车辆静止时，根据雷达信号和预设的常量偏置距离计算出所需的制动压力，通过ESP系统实现平缓停车。当停车时间超过门限值时，触发EPB控制。当监测到前方车辆启动时，若此时处于EPB控制阶段，发送EPB释放信号，若只是短暂停车，对轮缸制动压力泄压。根据前车车速和距离，计算平缓起步所需的扭矩。同时停启功能在启动汽车时考虑到道路坡度的影响，合理分配发动机扭矩，并且在坡度较大时退出ACC功能，控制逻辑见下图。

停启功能控制逻辑

（4） 前碰撞预警控制

ACC系统集成了前碰撞预警系统，当出现即将发生碰撞的危险时，预警系统通过报警信号，提醒驾驶员进行制动操作，此时ACC进入预增压模式，便于驾驶员实现最大刹车制动。若驾驶员没有响应预警，进行人为制动，则ACC控制器进行允许的最大制动强度制动，并持续对驾驶员进行报警提醒，控制逻辑见下图。

前碰撞预警功能控制逻辑

4.ACC系统制动过程动力学模型

5.ACC系控制算法

汽车自适应巡航控制系统，即ACC系统的控制目标，是适当地控制汽车的行驶速度，保持汽车间距为安全距离，提高汽车的驾乘舒适性及主动安全性。为实现这些控制目标，在确定理想的车辆安全距离后，需要选取合适的系统控制策略，并采用适宜的控制理论建立ACC系统的控制算法。

ACC系统控制算法大多采用分层控制结构。即上层算法依据传感器采集的距离和速度信息，以及驾驶者设定的车头时距和巡航速度来决定汽车的纵向加速度或减速度；下层算法将上层算法计算出的车辆期望加速度或减速度送到ACC控制器，由控制器来决定加速度或减速度的控制。然后求出期望的节气门开度角和制动系统制动油压值。最后通过对节气门或制动系统的控制，使车辆的实际速度跟随期望的速度变化，实现分层控制。

目前，最优控制理论，PID算法，滑模理论和模糊理论都被应用于ACC系统控制技术的研究。

LQ最优控制理论，是由韩国汉阳大学提出来的，用于在ACC系统中，确定理想的减速度。通过定义汽车间距误差和相对速度误差最小为性能指标的最优控制算法，可以获得较好的汽车驾乘舒适性和序列稳定性。

现代汽车公司与汉阳大学合作研究的ACC系统中，其控制算法采用比例控制（PID）来获得理想的加速度。这种算法将汽车的行驶工况分为两种，一种为汽车前方无其它前行车辆，另一种为前方存在其它前行车辆。

当汽车前方无其它前行车辆时，ACC系统采用定速巡航控制策略。对于存在其它前行车辆的情况，依据两车的实际距离大小又分为速度控制和距离控制两种工况。 其中速度控制工况采用速度控制策略；距离控制工况采用距离控制策略。

这三种控制策略构成的比例控制PID算法，可以使汽车获得最佳的加速度。让驾驶者有很好驾驶体验。PID算法比较成熟，所需的内存小，对系统硬件的要求低。

滑模控制理论的目标，也是为了确定理想的汽车加速度。这种算法与PID算法相比，能更好的跟踪期望的的汽车加速度值，控制效果更好，抗干扰性更强，具有良好的稳定性和自适应性。

模糊控制理论在ACC系统的控制算法设计上也有一定的应用。如美国密歇根大学提出的ACC控制系统采用典型的模糊控制算法。其模糊控制规则为前件的两个条件确定后件的一个行为。前件的两个条件分别为车辆间距和两车的相对速度，输出则是加速踏板开度。以控制汽车的行驶速度。该算法可以满足汽车在安全性和舒适性方面的要求，在高速和低速行驶状态时，都有很好的控制性能。

除了上述各种控制算法外，神经网络和模型匹配等方法也正在逐渐被应用于ACC系统控制算法的建立上。这些控制算法基本都可以满足ACC系统的控制目标。但各有其优缺点。在汽车ACC系统的实际设计中，往往基于系统需要强化的某些性能指标，来选择适宜的控制算法。

ACC系统的多性能指标控制算法 

近年来，随着技术的发展，对汽车安全性、舒适性、快速性等多个相互关联且存在一定矛盾的性能指标提出了新的要求，怎么协调这些性能指标成为ACC系统设计的关键问题，研究人员相继提出了基于PID控制、滑模控制、最优控制以及模型预测控制(Model predictive control,MPC)等控制理论的ACC系统控制策略。利用最优控制理论将引入前车加速度的前车跟随误差模型转化为线性二次型调节器问题，并定义前车跟随误差模型的无限时间离散二次型目标函数以协调多个性能指标，但其解为了简化运算忽略了前车加速度的影响，导致本车跟随前车时误差较大。在模型预测控制的框架下，将汽车自适应巡航控制算法设计转化为带约束的在线二次优化问题，虽然其仿真结果良好，但是其求解依赖于MATLAB优化工具箱的二次规划求解器，并且过程比较复杂，很难将其嵌入到实车控制器中。

在关于ACC系统的纵向动力学模型的基础上,引入约束函数,并且在模型预测控制的框架下,以系统的输出（间距差、相对速度、本车实际加速度）的加权平方和作为协调多性能指标的目标函数，接着将含有多个变量的目标函数转化为含有一个未知变量的一维极值问题，并运用MATLAB的fminbnd函数对目标函数进行求解,实现了ACC系统多性能指标的协调控制。最后通过仿真，验证了算法对协调汽车多性能指标（安全性、舒适性和快速性）的可行性。

基于驾驶员实际跟车特性的ACC算法开发

如何合理决策安全跟车距离与安全跟车速度是ACC算法开发的核心。

合理决策安全跟车距离是ACC算法开发的核心。分析驾驶员实际驾驶特性，得出安全跟车距离与静态距离、预瞄时间、相对速度之间的关系，并提出计算安全跟车距离的算法，应用到自适应巡航系统控制中。试验证明设计的自适应巡航系统比较符合驾驶员的跟车习惯，通过调整相关特征参数，能够适应和匹配不同的驾驶特性。

分析跟车过程中的驾驶行为，结合前车运动、自车运动和驾驶员反应时间计算实际跟车过程中的理论安全距离，通过与实际跟车测试数据对比，发现模型能够较好地拟合跟车过程，可用于自动驾驶或者自适应巡航系统的跟车距离决策，并且通过特征参数调整获取不同驾驶/乘坐习惯，这使自适应巡航系统更加符合驾驶员的跟车行为，带来更好的舒适性。

1. 基于驾驶员跟车特性的自适应巡航算法开发

1.1 ACC系统中安全跟车距离计算

图 2  跟随目标信息检测

ACC 系统通过获得自车运动状态（车速、加速度、转向盘转角）、驾驶员意图（转向盘转角、油门踏板开度、制动踏板开度）等车辆内部状态信息，进行车辆运动估计和驾驶员意图估计，然后指导雷达、相机等传感器进行信号处理和信息融合，提高识别的准确率和算法的运算效率，确定有效的跟随目标。确定有效目标后，获得跟随目标的距离、相对速度（相对自车）等信息，如图2所示。

获取目标车相对自车的距离与相对速度后，实时判断当前的跟车距离是否安全，当判定当前的跟车距离小于安全跟车距离时，执行减速控制；反之，当判定当前的跟车距离大于安全跟车距离并且当前车速未达到设置的巡航车速时，执行加速控制。可见，合理决策安全跟车距离在 ACC 系统算法中非常关键。

1.2 基于驾驶员实际跟车特性的安全跟车距离

目前，ACC 算法中多数是利用跟车时间间隙计算安全跟车距离，即：

式中，v 为自车的速度；T 为跟车时间间隙。

图 3  驾驶员跟车数据

图 3 为驾驶员跟车过程中记录的一段数据，从图中可以看出，在实际驾驶过程中，跟车距离不仅与自车车速相关，而且与目标车辆的相对速度趋势关系密切，所以，仅依据自车的速度决策跟车距离是不完善的，需要考虑驾驶员的跟车特性，提出一种新的充分考虑安全因素的决策安全跟车距离的算法。

根据加速度-位移公式：

可得，v_x 以减速度 a 从 v 减至 0，驶过的距离 s 与 v 满足式（2）。

假设自车当前的车速为 v_x，m/s，目标车辆相对于自车的速度为 v_r，m/s，减速度常数为 a，m/s^2，自车从当前位置以减速度 a 进行制动，所需要的制动距离为：

式中，S_ego 为自车制动距离，m。

目标车辆从当前位置以减速度 a 进行制动，所需要的制动距离为：

式中，S_target 为目标车辆的制动距离，m。

图 4  制动示意图

如图 4 所示，当目标车比自车慢，即 v_r < 0 时，若 2 车以同样的减速度 a 同时开始制动，自车完全停止所需要的制动距离比目标车完全停止所需要的制动距离长 S_Delta，即：

即当目标车辆开始减速时，如果自车驾驶员能够立即采取制动措施，那么需要 2 车制动前的距离不小于 S_Delta 才能保证2车刚好不相撞。在实际情况中，从前车开始制动到自车驾驶员开始采取制动措施之间，一定会存在一段时间间隔，定义这段时间为驾驶员的反应时间 T_r 。同时，图4 中为一种刚好不碰撞的临界状态，为提高安全系数，应该保证2车完全停止后，二者之间仍然存在一段距离，定义为停止距离 stopGap。

综上，提出安全跟车距离公式为：

式（6）为考虑驾驶员特性的安全跟车距离与当前自车车速、不同驾驶员反应时间、自车与目标车相对车速的关系。特定的驾驶员，其反应时间可以作为其跟车特性指标。根据式（6），特定驾驶员（T_r 为常数）所对应的安全跟车距离如图 5 所示。

图 5  安全跟车距离与自车车速和相对车速的关系

由图 5 看出，安全跟车距离与自车车速正相关，与相对车速负相关。

2. 基于驾驶特性的 ACC 系统仿真分析

图 6  不同反应时间下跟车距离与实际跟车距离对比

在实际驾驶过程中，将自车车速、目标相对车速作为式（6）的输入，设定不同驾驶特性，即可获得安全跟车距离与驾驶员实际跟车距离之间的关系，如图 6 所示，给出了驾驶员反应时间为 0.7s和 1.2s时的曲线。从图中可以看出，在接近前车、远离前车、随前车启动和随前车停止等工况下，式（6）的计算方法能够比较好地与实际跟车距离贴合，并且通过驾驶特性参数的调整，能够获得不同特性的自适应巡航特征。

图 7  Simulink环境下安全跟车距离模型

将安全跟车距离模型在Simulink环境下进行搭建，并通过快速原型设备进行实车测试。测试过程中实时获取目标车辆的相对距离、相对速度以及自车的速度，根据式（6）实时计算安全跟车距离。Simulink环境下的模型如图7所示。

其中，停止距离stopGap为7m，驾驶员反应时间T_r 为2 s，加速度常数a为1.5 m/s^2。

3. 基于驾驶特性的ACC系统实车测试

3.1 实车测试环境

图 8  ACC 开发平台与测试场景

将安全距离计算方法集成到ACC模型中，并进行实车测试，测试平台和测试环境如图8 所示。通过快速原型方式将算法下载到 AutoBox中，接入毫米波雷达获取目标距离、方位角、相对速度等障碍物信息，接入整车网络获取自车车速、转向盘转角等车辆状态信息。通过制动减速度、发动机扭矩实现自车车速控制，从而保持安全距离。

3.2 实车测试数据分析

图 9  实车测试结果

图9为基于图7的安全跟车距离进行自适应巡航的实车测试数据。从图中可以看出，所提出的计算安全跟车距离的模型能够为自适应巡航系统提供有效的控制目标，并与车速控制系统形成合理的闭环，及时响应速度与相对速度的变化，以此为依据进行后续控制能够将自车与目标车之间的距离保持在合理范围内。

5.  ACC系统要求

汽车ACC系统要求包括基本控制策略要求和基本性能要求。

（1）汽车ACC系统基本控制策略要求

① 当汽车ACC系统处于工作状态时，本车通过对速度的自动控制来与前车保持一定的车间时距或预先的设定速度（以两者中速度低者为准）。这两种控制模式之间的转换可由ACC系统自动完成。

② 稳定状态的车间时距可由系统自动调节或由驾驶员调节。

③ 当本车的速度低于最低工作速度时，应禁止由“ACC等待状态”向“ACC工作状态”的转换。此外，如果系统处于“ACC工作状态”并且速度低于最低工作速度时，自动加速功能应被禁止，此时ACC系统可由“ACC工作状态”自动转换为“ACC等待状态”。

④ 如果前方存在多车辆，则ACC系统应自动选择跟随本车道内最接近的前车。

（2）汽车ACC系统基本性能要求

① 控制模式（车间时距控制和车速控制）应自行转换。

② 车间时距可供选择的最小稳态车间时距应适应各种车速下的ACC控制，应大于或等于1s，并且至少应提供一个在1.5~2.2s区间内的车间时距。

③ 本车速度ACC系统可以控制本车的行驶速度。

④ 静止目标对静止目标的响应不是ACC系统所具备的功能，如果ACC系统不能对静态目标做出响应，则应在车辆的用户使用手册中予以声明。

⑤ 跟踪能力ACC系统应具备相关标准中规定的探测距离、目标识别能力以及弯道适应能力。

六 作用

汽车ACC系统是汽车驾驶辅助系统的重要组成部分，其作用是根据车载雷达等车载传感器探测本车的运动状态与其行驶车道上前方有效目标的运动状态，并考虑到汽车自身加速和减速能力、安全性、舒适性及快速性等多方面因素，建立的以保持安全车间距为目标，以本车与行驶车道内的前方目标的相对运动状态为输入，以本车期望纵向加速度为输出的系统控制器，并通过执行机构控制本车加速和减速，促使本车以期望车间距精确的跟随前车。汽车ACC系统通过对车辆纵向运动进行自动控制，以减轻驾驶员的劳动强度，保障行车安全，并通过方便的方式为驾驶员提供辅助支持。

1. 作用

① 汽车ACC系统可以自动控制车速，但在任何时候驾驶员都可以主动进行加速或制动。当驾驶员在巡航控制状态下进行制动后，ACC系统控制单元就会终止巡航控制；当驾驶员在巡航控制状态下进行加速，停止加速后，ACC系统控制单元会按照原来设定的车速进行巡航控制。

② 通过测距传感器的反馈信号，ACC系统控制单元可以根据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驾驶员施加在踏板上的力，ACC系统控制单元可以决定是否执行巡航控制，以减轻驾驶员的疲劳。

③ 汽车ACC系统一般在车速大于25km/h时才会起作用，而当车速降低到25km/h以下时，就需要驾驶员进行人工控制。通过系统软件的升级，ACC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。ACC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，ACC系统会提醒驾驶员，驾驶员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。

④ 汽车ACC系统使车辆的编队行驶更加轻松。ACC系统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系统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，而且这个距离可以通过转向盘附近的控制杆上的设置按钮进行选择。

⑤带辅助转向功能的自适应巡航控制系统不仅可以使车辆自动与前车保持一定间距，而且车辆还能够自动转向，使得驾驶过程更加安全舒适。

2.目前ACC同时包含定速巡航(CC)、停启系统（Stop&Go）等功能，并且当前绝大部分研究都将这些功能分开处理。这些功能的使用场景范围多种，例如：巡航功能的ACC系统多适用于高速公路，而Stop&Go功能的ACC系统多适用于城市堵车工况。目前开发的全速自适应巡航系统能够同时满足大多数的场景工况，使得驾驶员的劳动强度能够在更大程度上得到解放，很大程度上减轻驾驶员的负担和失误操作的几率，提高汽车驾驶的舒适性和安全性。

（1）基础功能

1） 定速巡航功能：前方无目标车辆时，按驾驶员设定车速（30~150km/h）稳定行驶； 

2） 跟车巡航功能：前方有目标车辆时，根据前车状态（0~150km/h）跟车巡航。 

（二）核心功能

1）目标车辆的识别跟踪

雷达只能将它所探测到的物体信息传递给ACC、ECU，ECU要根据传来的信息进行识别，从中确定一主目标用做 ACC控制中的参照物，依据两者间的相对运动及距离控制主车的行驶速度。

主目标是可变的，一般ACC系统将与主车间距离最近的车辆视为主目标。ACC系统不但要确定主目标，而且还应该能够对其进行跟踪，无论是弯道还是上下坡道都要保证主目标的一致性，以减少系统的误报率。对主目标进行跟踪的另外一个好处就是可以根据主目标的运行情况来预测出主车在未来时间内运行状态。例如主车现沿直道行驶，而此时主目标车辆已进入弯道，由于ACC系统可对主目标进行跟踪，故不会将正前方的护栏或旁车道上的车辆视为主目标，从而避免了误报的产生；同时主车根据主目标的运行轨迹判断出前方是弯道路况，可以使主车提前做好减速转向的准备。

2）主动制动

（3）.拓展/附加功能

当然，ACC系统的强大之处不仅仅只体现在它的基础功能。它还可以实现其它功能。

ACC的附加功能比较多，如变道辅助、超车辅助、弯道辅助、停停走走等功能，

1）制动警告

当前方车辆突然实施了强力制动或本车高速行驶时靠近了前方行驶缓慢的车辆时，或者和前车的车距过近，此时制动警告功能激活：

情形一、显示屏上出现红色指示灯闪烁并发出警报提醒驾驶员。

情形二、触发跟车行驶警告的同时，显示屏上显示警报灯并发出锣音信号。

2）Stop & Go停启系统

一个非常有用的功能，就是停停走走。当然不是所有具有ACC功能的车都配备了停停走走功能，还是有不少品牌车辆是不具备该功能的。

当ACC探测到的前行车辆停下，那么ACC车辆将会自动制动至停止状态，当前方车辆短暂停住后又开始前行，ACC车辆会自动加速起步。为实现本功能所需的制动力，均由ESC制动压力建立功能来完成。

如果ACC的跟车功能主要用于高速公路驾驶，那么ACC下的停停走走主要用于市区道路。简单的来说，停停走走功能依然是跟随前方车辆，但前方车辆停下的时候，ACC车辆也会停下，前方车辆再次前进，ACC车辆也会自动加速。停停走走可以非常好的解决了跟车堵车或等红绿灯的问题，缓解了市区复杂环境下开车疲劳问题，是女司机的福音。

停停走走功能也是有弊端的，一方面在停住前的2-3米，车辆是以2Km/h的速度爬行过去的，另一方面停车的车距在3.5-4米之间。这些弊端可能是出于安全考虑，而且国外行车环境也许相对文明，放在加塞抢道严重的国内环境，恐怕不知道被抢道超车多少次了，这种情况下走走停停的感受应该会很差吧。除了距离因素，还有时间因素，自动启动是在3秒后生效，对于拥堵的情况，多停3秒，给旁边的车辆增加了加塞的机会，也加剧了碰撞的风险。

3）超低车速时的全减速

在车速低于30km/h且具有撞车危险时，系统会对车辆自动实施制动。撞车危险评估由车距调节控制单元内的相应软件来完成，通过传递减速值约为8m/s^2至控制单元

，随后由ESC控制单元在车轮制动器上产生相应的制动压力。

4）弯道辅助

在驶入弯道时，ACC若识别到车辆的横向加速度超过计算的规定值，那么将适当降低行驶车速（降低10~15km/h）。

5）变道辅助

需借助行驶换道辅助系统和摄像头（用来侦测车道标识线）来实现。进行制动干预针对本车后方的交通情况和超车道占用进行适配。

6）超车辅助

可以帮助驾驶员顺利完成超车。接通了的转向灯信号会被ACC理解为驾驶员企图超车。当本车在完全离开自己车道前以及达到“前方无车”的状态前，车辆就已经开始加速了。

7）Boost 

可以允许司机在不关闭ACC的情况下，提高当前由ACC调节的车速。通过踩下油门踏板或拨动操纵杆来实现，操纵过程结束后，ACC仍能调节原来设定的期望车速。

3.进阶版ACC功能

目前市面上的自适应巡航系统一般需要30km/h才能激活。然而进阶版的ACC可以实现全车速的自适应巡航。相比一般的ACC，全车速ACC相当于多了停车/起步的功能以应对了城市中频繁的停车起步的工况。ACC的这种扩展功能，可以在低速行驶时仍能保持与前车的距离，并能对车辆进行制动直至其处于静止状态。如果前车在几秒钟内再次启动，装备有全速功能的ACC的车辆将自动跟随启动。如果停留时间较长，驾驶员只需通过简单操作，例如轻踩油门踏板就能再次进入ACC模式。另外，如果带有辅助转向的功能的ACC不仅可以使车辆自动与前车保持一定的安全距离，而且还能自动转向，使得驾驶过程更加安全舒适。

4.ACC系统工作模式

汽车ACC系统工作示意图如下图所示，根据不同的路况，共有4种典型的操作，即巡航/定速控制、减速控制、跟随控制和加速控制。图中假设当前车辆设定车速为100km/h，目标车辆行驶速度为80km/h。

（1）巡航控制

巡航控制是汽车ACC系统最基本的功能。当前车辆前方无行驶车辆时，当前车辆将处于普通的巡航行驶状态，ACC系统按照设定的行驶车速对车辆进行巡航控制。

（2）减速控制

当前车辆前方有目标车辆，且目标车辆的行驶速度小于当前车辆的行驶速度时，ACC系统将控制当前车辆进行减速，确保两车间的距离为所设定的安全距离。

（3）跟随控制

当ACC系统将当前车辆车速减至理想的目标值之后采用跟随控制，与目标车辆以相同的速度行驶。

（4）加速控制

当前方的目标车辆加速行驶或发生换道/移线，或当前车辆移线行驶使得前方又无行驶车辆时，ACC系统将对当前车辆进行加速控制，使当前车辆恢复到设定的车速。

在恢复行驶速度后，ACC系统又转入对当前车辆的巡航控制。当驾驶员参与车辆驾驶后，ACC系统自动退出对车辆的控制。

编辑：黄飞