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汽車(chē)制造

毫米波代替激光:本田ACC系統(tǒng)設(shè)計(jì)緣何如此?

星之球科技 來(lái)源: 汽車(chē)點(diǎn)評(píng)網(wǎng)2014-09-29 我要評(píng)論(0 )   

所謂ACC,亦即Adaptive Cruise Control,自適應(yīng)巡航系統(tǒng),恐怕算得上大家比較熟悉的一個(gè)概念。而最初,本田并不把這類(lèi)系統(tǒng)像絕大多數(shù)車(chē)廠那般稱(chēng)作ACC,而是稱(chēng)其為IHCC,...

        所謂ACC,亦即Adaptive Cruise Control,自適應(yīng)巡航系統(tǒng),恐怕算得上大家比較熟悉的一個(gè)概念。而最初,本田并不把這類(lèi)系統(tǒng)像絕大多數(shù)車(chē)廠那般稱(chēng)作ACC,而是稱(chēng)其為IHCC,亦即Intelligent Highway Cruise Control,智能高速公路巡航控制系統(tǒng)。當(dāng)然,不管稱(chēng)作什么,這一系統(tǒng)都是起到相同的作用的。而這一看似與“主動(dòng)安全”無(wú)關(guān)的系統(tǒng),實(shí)際上,這一系統(tǒng)可以說(shuō)是CMBS系統(tǒng)(Collision Mitigation Brake System,碰撞緩解制動(dòng)系統(tǒng)——一種可在探測(cè)到威脅時(shí)自動(dòng)剎車(chē)的系統(tǒng))乃至自動(dòng)駕駛系統(tǒng)等今日廣受歡迎的更為高級(jí)、復(fù)雜的系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

  1999年9月,IHCC系統(tǒng)首次開(kāi)始在量產(chǎn)車(chē)上使用。首個(gè)搭載這一系統(tǒng)的車(chē)型是本田Avancier(的幾種高配車(chē)型)。所謂本田Avancier(車(chē)架番號(hào)TA1/2/3/4),是一款本田于1999-2003年間在日本本土發(fā)售的旅行車(chē)。但是,雖然被稱(chēng)為“旅行車(chē)”,亦即station wagon(當(dāng)時(shí)本田本社用于稱(chēng)呼此車(chē)的詞是“ステーションワゴン”,這是station wagon的日語(yǔ)假名拼寫(xiě)方式),但是,這款車(chē)實(shí)際上與后來(lái)的本田第三代、第四代奧德賽以及杰德等車(chē)型更相似,與其說(shuō)是單純的旅行車(chē),不如說(shuō)是旅行車(chē)與Minivan/MPV的混合體。

  雖然被稱(chēng)為“旅行車(chē)”,但實(shí)際上Avancier是一款更接近后來(lái)的第三代、第四代奧德賽或者杰德的類(lèi)型的車(chē)。

 

 雖然是一款售價(jià)區(qū)間和定位都并不很高的車(chē)型(當(dāng)時(shí)于日本市場(chǎng)售價(jià)207-269萬(wàn)日元,比起同時(shí)期的日本規(guī)格雅閣Wagon略高一些),但在當(dāng)時(shí),這款車(chē)運(yùn)用了相當(dāng)多的新銳技術(shù)。其中,最為人矚目的新技術(shù),其一是5速雙平行軸自動(dòng)變速箱,其二就是IHCC技術(shù)。

  雖然是一款定位并不很高的車(chē)型,但Avancier搭載了相當(dāng)多的新銳技術(shù),除首個(gè)搭載IHCC系統(tǒng)之外,此車(chē)還是首個(gè)配備本田5速雙平行軸自動(dòng)變速箱的車(chē)型。

  相比今天被普遍性的配備于各個(gè)級(jí)別車(chē)型的巡航控制系統(tǒng)或者說(shuō)定速巡航系統(tǒng),IHCC/ACC搭載了雷達(dá),用于測(cè)定和前車(chē)的距離和速度差,輔之以其他傳感器,使搭載車(chē)得以使用相對(duì)固定的距離追蹤前車(chē),不僅降低追尾等事故的發(fā)生可能性,也降低了長(zhǎng)時(shí)間駕駛時(shí)駕車(chē)者的疲勞度。

  最初版本的IHCC,使用的是激光雷達(dá)。激光雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)在于,相對(duì)不易受到復(fù)雜情況的干擾(諸如隧道,欄桿等等)。但是,就像激光測(cè)距儀在雨雪、大霧等天氣中容易出現(xiàn)較大誤差一樣,由于激光的物理特性,激光雷達(dá)在這類(lèi)天氣下表現(xiàn)也不十分可靠。

 

  而且,激光雷達(dá)的安置位置有著比較嚴(yán)格的要求。當(dāng)時(shí)本田在權(quán)衡利弊下,選擇了將激光雷達(dá)安置在車(chē)頭原本的車(chē)頭標(biāo)位置,原有車(chē)頭標(biāo)則挪至更上方的發(fā)動(dòng)機(jī)蓋前部的方案。但這一方案在發(fā)表后,受到了日本的消費(fèi)者和汽車(chē)、產(chǎn)經(jīng)媒體們的批判:激光雷達(dá)的附屬機(jī)構(gòu)略微伸出車(chē)頭進(jìn)氣格柵,實(shí)在是讓人感到莫名其妙。甚至,本田社內(nèi)的社員們都對(duì)此感到不滿(mǎn)意。畢竟,讓通常來(lái)講,很不在意外觀造型,而更在意機(jī)能性方面的表現(xiàn)的日本消費(fèi)者和媒體們都產(chǎn)生了批判,那么這顯然是不適宜的設(shè)計(jì),更難以用到更在意造型美觀度的其他地域了。

   既然如此,必須重新檢討。本田技研的開(kāi)發(fā)人員,改換了思路,將目光投向了另一種方案:毫米波雷達(dá)(通常,毫米波雷達(dá)指的是工作頻率位于30-300Ghz頻域或者說(shuō)波長(zhǎng)為1-10mm的雷達(dá))。和激光雷達(dá)一樣,毫米波雷達(dá)也可以精確地測(cè)定距離。相對(duì)于其他波長(zhǎng)的雷達(dá),毫米波雷達(dá)通常具有體積小、重量低、空間分辨率高的優(yōu)勢(shì)。

  雨雪、大霧天氣下的不良表現(xiàn),再加上突出進(jìn)氣格柵的特殊造型,成了激光雷達(dá)為基礎(chǔ)的方案的痼疾,因此,本田的開(kāi)發(fā)人員決定尋找其他方案。

 

 而相比此前采用的激光雷達(dá),毫米波雷達(dá)先天具有對(duì)煙霧、灰塵的強(qiáng)大穿透力,具有近乎全天候的工作能力,同時(shí),抗干擾能力也很強(qiáng)。此類(lèi)探測(cè)裝置并非沒(méi)有缺陷,限于毫米波本身的特性,其在大氣中衰減嚴(yán)重,探測(cè)距離非常有限。但由于是用于測(cè)定前車(chē)距離的場(chǎng)合,這種缺點(diǎn)不會(huì)造成影響。

  對(duì)于毫米波雷達(dá)的大規(guī)模實(shí)用化研究,起步較晚,迄今為止,哪怕在對(duì)成本要求非常寬松的軍事領(lǐng)域也不過(guò)有四十余年的歷史。但是上世紀(jì)九十年代初,冷戰(zhàn)結(jié)束后,由于軍事領(lǐng)域的訂貨量和需求量的降低,大量持有相關(guān)技術(shù)的公司,開(kāi)始將其推向民間,得以讓相關(guān)產(chǎn)品成本迅速下降,讓本田這樣的經(jīng)營(yíng)領(lǐng)域并不涉及軍事工業(yè)的車(chē)廠可以使用。

  毫米波雷達(dá)運(yùn)用在導(dǎo)彈導(dǎo)引頭時(shí)(綠色彈體的PAC-3的導(dǎo)引頭為毫米波導(dǎo)引頭),面臨的環(huán)境較為簡(jiǎn)單,而如果用于行駛在地面的車(chē)輛上,那么,就要面臨紛繁復(fù)雜的環(huán)境了。

  但是,將毫米波雷達(dá)運(yùn)用在IHCC系統(tǒng)當(dāng)中,本田技研的開(kāi)發(fā)人員們也遇到了極大的困難。比如說(shuō),雖說(shuō)毫米波雷達(dá)抗干擾能力強(qiáng),但是這指的相對(duì)于其他類(lèi)型雷達(dá)的表現(xiàn),而且說(shuō)的是將毫米波雷達(dá)制成導(dǎo)引頭,裝置在導(dǎo)彈上等等場(chǎng)合。以這種場(chǎng)合來(lái)說(shuō),導(dǎo)彈飛行在空曠的空中,受到的干擾毫不復(fù)雜,作為導(dǎo)引頭核心部分的毫米波雷達(dá),只要單純的追蹤目標(biāo)就可以了。

 

  而搭載了運(yùn)用毫米波雷達(dá)的IHCC系統(tǒng)的車(chē)輛,要行駛在地面上,公路周邊不可避免的有各種各樣的對(duì)于毫米波雷達(dá)來(lái)講,簡(jiǎn)直是復(fù)雜紛亂的環(huán)境。比如說(shuō),測(cè)試人員們駕駛搭載了新系統(tǒng)的試作車(chē),碰到鐵橋的欄桿或者公路兩旁的金屬欄桿時(shí),系統(tǒng)就出現(xiàn)了簡(jiǎn)直像是神經(jīng)錯(cuò)亂一般的反應(yīng)。碰到公路附近各類(lèi)建筑物造型比較紛亂的情況、隧道中隧道內(nèi)面不夠平整的情況,也都會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。

  在實(shí)際駕駛中,毫米波雷達(dá)所面臨的環(huán)境近乎是不可控的,紛繁復(fù)雜的周邊路況、各類(lèi)形狀不同的建筑物、欄桿等等都可能對(duì)其造成干擾。

  唯一的解決方法就是,針對(duì)各類(lèi)復(fù)雜情況進(jìn)行算法的優(yōu)化,以排除復(fù)雜環(huán)境造成的干擾。為此,測(cè)試人員駕駛著試作車(chē),走遍了北至北海道、南至九州的近乎整個(gè)日本,以收集面臨復(fù)雜的道路周邊環(huán)境和各類(lèi)不同氣候環(huán)境下的數(shù)據(jù),以此種海量的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)來(lái)進(jìn)行修正。而為了確保萬(wàn)無(wú)一失,相關(guān)人員甚至還去北美和歐洲等地區(qū)收集了現(xiàn)地的數(shù)據(jù)。

  另外,一般雷達(dá)的工作方式是所謂“機(jī)械掃描”,單位時(shí)間內(nèi)的掃描次數(shù)是有限制的。實(shí)際駕駛中,道路情況是瞬息萬(wàn)變的,如果掃描的速度過(guò)慢,就會(huì)錯(cuò)失時(shí)機(jī),讓系統(tǒng)做出錯(cuò)誤的加減速判斷,反而造成了不安全的因素。為了消除這種問(wèn)題,本田技研的工程師與毫米波雷達(dá)的供應(yīng)商的工程師協(xié)力,將掃描速度提高到了每秒五次,亦即每0.2秒掃描一次,達(dá)到了一般人類(lèi)的反應(yīng)速度級(jí)別,確保了系統(tǒng)不會(huì)做出錯(cuò)誤判斷。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

 

除了以上問(wèn)題以外,開(kāi)發(fā)人員們要解決的還有一個(gè)問(wèn)題:如何讓IHCC系統(tǒng)表現(xiàn)出類(lèi)似熟練的人類(lèi)駕駛者一般的平滑的加減速反應(yīng)。要做到這一點(diǎn),其中最難的部分之一是如何進(jìn)行平滑和漸進(jìn)的減速。如果是用最簡(jiǎn)單的方式去進(jìn)行設(shè)定,讓IHCC系統(tǒng)直接控制油門(mén)、剎車(chē)踏板,如果車(chē)輛正處在抓地力缺失或者高速?gòu)澋喇?dāng)中,這種突然的動(dòng)作會(huì)導(dǎo)致車(chē)輛姿態(tài)的異常或者直接失控。

  如果處于彎道中,甚至面臨低附著力的特殊路面時(shí),IHCC/ACC系統(tǒng)如果突然控制車(chē)輛加減速,則可能造成意外的發(fā)生,本田方面做出的解決方案是配合VSA系統(tǒng)共同作動(dòng),防止此類(lèi)意外的發(fā)生。

  而跟在IHCC系統(tǒng)搭載車(chē)之后的車(chē)輛的駕駛者,也會(huì)因?yàn)榍败?chē)的突然動(dòng)作而被驚嚇,尤其在日本這種平均車(chē)速高、平均車(chē)距近的地區(qū),很可能會(huì)導(dǎo)致后車(chē)駕駛者反應(yīng)不及而造成意外的事故。

  對(duì)于此項(xiàng)問(wèn)題,最終選用的解決辦法是結(jié)合VSA(Vehicle Stability Assist,車(chē)輛穩(wěn)定控制系統(tǒng))共同作動(dòng)。在IHCC探測(cè)到前車(chē)的減速發(fā)生后,發(fā)出減速的命令,通過(guò)VSA(Vehicle Stability Assist,車(chē)輛穩(wěn)定性控制)系統(tǒng)的綜合控制,考慮到抓地力等情況,對(duì)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度進(jìn)行控制,并同時(shí)根據(jù)各個(gè)車(chē)輛的抓地力情況進(jìn)行單獨(dú)控制,在保證車(chē)輛姿態(tài)的情況下,完成漸進(jìn)的減速,充分模擬熟練駕駛者在此類(lèi)情況下的反應(yīng)。

  2002年10月,隨著第七代雅閣于日本的上市,基于全新的毫米波雷達(dá)的新型IHCC系統(tǒng)正式商品化。

  如果從1999年基于激光雷達(dá)的最初版本登場(chǎng)計(jì)算,這一系統(tǒng)已經(jīng)有15年的歷史。其間經(jīng)歷了多次改良,并已更名為ACC。但對(duì)于本田技研的開(kāi)發(fā)者們而言,依舊不能說(shuō)沒(méi)有遺憾。

  首先,ACC系統(tǒng)依舊成本較高,因此沒(méi)有被運(yùn)用到本田于所有地區(qū)販賣(mài)的所有車(chē)型之上。本著本田技研的社是“我們站在全球的立場(chǎng),盡全力以合理的價(jià)格供給讓全球顧客滿(mǎn)意的商品”(私たちは、地球的視野に立ち、世界中の顧客の満足のために、質(zhì)の高い商品を適正な価格で供給することに全力を盡くす),開(kāi)發(fā)人員希望能夠盡快的降低成本,實(shí)現(xiàn)普遍性配備的目標(biāo)。

  雖然在一般的雨雪天氣之下,IHCC/ACC系統(tǒng)多年前已經(jīng)擁有完全令人滿(mǎn)意的性能,但是,面臨極端惡劣的能見(jiàn)度幾乎為0的氣候時(shí),其表現(xiàn)還不能說(shuō)是完美無(wú)缺,而這,也是未來(lái)本田改進(jìn)的方向。

 

  其次,隨著全球各國(guó)的老齡化程度加深,老年人口增加,ACC系統(tǒng)以及其他相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng),暫時(shí)所需控制按鈕較多,使用還不夠便利,希望能夠做到更為人性化和自動(dòng)化的程度,讓對(duì)新事物的學(xué)習(xí)速度較慢的老年人,也能夠輕易的使用。并且,雖然今日的基于毫米波雷達(dá)的ACC系統(tǒng),已經(jīng)比起早期的基于激光雷達(dá)的系統(tǒng)適應(yīng)性強(qiáng)大了太多,但依舊在能見(jiàn)度近乎降低至0的暴雪、暴雨的極端環(huán)境下表現(xiàn)不夠好,希望做到完全徹底的全天候使用,在駕駛者視覺(jué)已經(jīng)無(wú)法判斷情況之時(shí),也一樣能維持安全舒適的駕駛。

 

 

 

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