一汽丰田皇冠碰撞预测安全系统(雷达式)解析

一汽丰田皇冠 碰撞预测安全系统（雷达式）解析 此篇文章已于 2010 年 9 月、10 月在汽车维修技师杂志上发 表 一汽丰田公司生产的第十三代顶级版皇冠（CROWN）轿车，配备了丰田汽车公司最新 研发的碰撞预测安全系统（雷达式）。该系统是为了保护驾驶员的安全性而设立的。当车 辆检测到前、后轮出现打滑趋势或紧急制动时，该系统将激活并通过操作碰撞预测座椅安 全带电动机，使之作出相应反应以保护驾驶员的安全。在不同路况上行驶时该系统不但可 以提前预测前方的障碍物，而且还将通过多信息显示屏和防滑控制蜂鸣器来警告驾驶员前 方将要发生碰撞，并且系统通过相关工作来减少驾驶员在碰撞中的冲击。本文就该系统的 部件组成、功能、工作原理和故障诊断等进行介绍，以便读者对新款皇冠的新技术运用有 所了解。 一.碰撞预测安全系统的主要组成部件及其功能 碰撞预测安全系统的主要组成部件及其功能见表 1 二.碰撞预测安全系统的组成结构及控制原理 1.碰撞预测安全系统的结构组成如图 1 所示 1.1 毫米波雷达传感器 毫米波雷达传感器由一条发射天线、五条接收天线、毫米波雷达电路、信号处理电路和 CPU 表 1 碰撞预测安全系统的主要组成部件及其功能 零部件 功能 毫米波雷达传感器 检测前方有无行驶车辆、车距和相对速度，并将检测信息传输 给行驶辅助 ECU 转速传感器 检测车轮转速信号并将信号传输至防滑控制 ECU 制动执行器总成 由防滑控制 ECU、泵电机和主缸压力传感器组成 前排座椅外安全带总 成-座椅安全带电动机 根据从驾驶员安全带控制 ECU 接收的信号收紧座椅安全带 组合仪表总成 由 PCS 警告灯、多信息显示屏、主警告灯和蜂鸣器等组成 转向角传感器 检测转向角度和方向并将信号传输至防滑控制 ECU 和行驶辅助 ECU 横摆率传感器 检测横摆率和车辆的横向/纵向减速度并将信号传输至防滑控制 ECU 和行驶辅助 ECU 座椅安全带控制 ECU 接收来自行驶辅助 ECU 和防滑控制 ECU 的座椅安全带工作请求 信号并操作座椅安全带 行驶辅助 ECU 根据从毫米波雷达传感器接受的信息判断碰撞是否不可避免。 碰撞预测制动取消开 关 打开开关时停止碰撞预测制动控制。PCS 警告灯亮起以告知驾 驶员碰撞预测制动控制关闭 组成（如图 2 所示），所采 用的频率为 76GHZ。该传感 器的信号处理 电路通过产生 毫米波向其前 方发出，利用 多普勒效应 （如图 3 所示， 所谓多普勒效 应是指观察者 本身发出一个 无线电波，当 移动物体接近 观察者时，观 察者感受到该 物体折射回来 的无线电波频 率较高，而当 移动物体远离 观察者时，观 察者感受到该物体折射回来的 无线电波频率较低。这种现象 是由于物体位于远处时，接收 无线电波的频率高于自身发出 的频率所致计算接受天线接收 到的反馈信号检测前 方物体的的距离、相对速度和 方向角（水平角度）。然后， 经过该传感器内部的 CPU 进行 计算，并将计算结果传输给行 驶辅助 ECU。 1.2 防滑控制 ECU 防滑控制 ECU 是该系统制动执 行器总成的中枢部分。 a 接收来自行驶辅助 ECU 的制动 辅助备用请求信号并将制动 辅助切换到备用模式。此时 驾驶员踩下制动踏时操作制 动辅助。 b.防滑控制 ECU 接收来自行 驶辅助 ECU 的碰撞预测制动 请求信号,即使驾驶员未施加 毫米波雷达传感器 中央空气囊传感器总成 防滑控制蜂鸣器总成 行驶辅 助 ECU 座椅安 全带控 制 ECU 动力管理控制 ECU 防滑控制执行器 总成防滑控 制 ECU CAN V2 总线 CAN V1 总线 图 1 碰撞预测安全系统构成图 前排左、右侧座椅外安 全带总成座椅安全带 电机（带扣开关） 组合仪表总成 转向角传感器 横摆率传感器 转速传感器 x4 碰撞预测制动取消开关 频率 F 频率 F(频率增高) 图 3 多普勒效应工作原理图 信号 处理 回路 和 CPU 电路 垂直角度： 4 水平角度：20检测距离：120m 发射天线 接收天线 图 2 毫米波雷达比传感器组成图 760GHZ 制动，防滑控制 ECU 会向泵电机发出制动指令，使车辆施加制动。 c. 防滑控制 ECU 根据从主缸压力传感器接受的信号判断车辆是否施加了紧急制动，或判定 车辆的前轮和后轮有无打滑趋势后，随即将座椅安全带是否工作的信号输出至安全带控制 ECU。 1.3 组合仪表总成 组合仪表总成配有主警告灯、PCS 警告灯和多功能显示屏，以在碰撞与侧安全系统中发 出警告并显示。同时，防滑控制 ECU 使防滑控制蜂鸣器总成鸣叫以提醒和警告驾驶员。 a.如果行驶辅助 ECU 判定发生碰撞的可能性很大，则将信号发送至组合仪表总成。组合仪 表总成在接受到信号后会在多信息显示屏上显示警告。 b.如表 3 所示，碰撞与侧安全系统采用 2 种形式的警告信息，当显示此信息时，碰撞预测 安全系统将会停止相关系统的工作。 2.1 预碰撞与侧安全系统的工作条件 预碰撞与侧安全系统的工作条件见表 4 3.1 预碰撞与侧安全系统的系统控制原理 a.前轮或后轮打滑趋势操作控制原理如图 4 所示， 3.碰撞预测安全系统的系统控制原理 表 3 碰撞与侧安全系统第 1 种形式的警告信息 多信息显示屏 工况 PCS 警告灯 防滑控制蜂鸣器总成 以 0.5 秒的 间隔闪烁 行驶辅助 ECU 判定发生碰撞 的可能性很大 不点亮 鸣响 显示 行驶辅助 ECU 判定发生碰撞 的可能性比上 述情况还大 闪烁 鸣响 表 3 碰撞与侧安全系统第 2 种形式的警告信息 多信息显示屏 工况 主警告灯 PCS 警告 灯 防滑控制 蜂鸣器总 成 诊断故障码 检 查 PCS系 统 座椅安全带控制 ECU 和行驶辅助 ECU 检测到系统 故障时 点亮 闪烁 鸣响一次 有故障码 PCS现 在 不 可 用 毫米雷达传感器 脏污；天气情况 恶劣；座椅安全 带控制 ECU 过热 不点亮 点亮 不鸣响 无故障码 表 4 预碰撞与侧安全系统的工作条件 工作控制 工作条件 碰撞预测座椅安全带（紧急制 动操作/前轮或后轮打滑趋势操 作 a.车速约为 30km/h 或更高 b.锁紧前排座椅安全带 c.检测到前轮或后轮打滑趋势施加紧急制动 碰撞预测座椅安全带（碰撞预 测安全操作） a.车速约为 5km/h 或更高 b.锁紧前排座椅安全带 c.迎面车辆或障碍物的相对车速约为 30km/h 或更高 碰撞预测制动辅助 a.车速约为 30km/h 或更高 b.踩下制动踏板 c.迎面车辆或障碍物的相对车速约为 30km/h 或更高 碰撞预测制动器 a.车速约为 15km/h 或更高 b.未按下碰撞预测制动取消开关 c.迎面车辆或障碍物的相对车速约为 15km/h 或更高 a.前轮或后轮打滑存在打滑趋势的操作原理（如图 4 所示） (1)车辆以约 30km/h 或更高的速度行驶时，防滑控制 ECU 根据接收来自转向角传感器、横 摆率传感器和四轮转速传感器的信号判定前轮是否打滑。 (2)防滑控制 ECU 根据（1）各传感器所提供的数据在内部进行计算，并将计算结果以 CAN 总线通讯的方式传输给座 椅安全带控制 ECU。 (3)座椅安全带根据防滑控 制 ECU 的检测结果和前排 左、右安全带带扣开关信 号判定前排座椅安全带电 动机的工作状态。然后， 向座椅安全带电动机发出 收紧座椅安全带的指令。 (4)当车辆的相关状态稳定 后，座椅安全带控制 ECU 向座椅安全带电动机发出 指令将座椅安全带返回至 正常状态。 b.车辆紧急制动时的操作控 制原理（如图 5 所示） (1)车辆约以 30km/h 或更高 的速度行驶时，防滑控制 ECU 可根据主缸压力传感 器、轮缸压力传感器、刹 车灯开关总成和四轮转速 传感器的信号判定紧急制 动状况。 (2)如果防滑控制 ECU 判定 车辆紧急制动时，马上会 将座椅安全带工作请求信 号通过 CAN 总线传输至座 椅安全带控制 ECU。 (3)座椅安全带控制 ECU 根 据防滑控制 ECU 输送来的 紧急制动信号和前排座椅 安全带带扣开关信号，判 定前排座椅安全带电机的 工作状态。然后，向座椅 安全带电动机发出收紧座椅安全带的指令。 (4)松开制动踏板后，座椅安全带控制 ECU 向座椅安全带电动机发出指令将座椅安全带返 回至正常状态。 c.碰撞与侧安全操作的控制原理如图 6 所示 前排左侧座椅外安全带 总成座椅安全带电机 前排左侧座椅内安全带 总成安全带带扣开关 前排左侧座椅外安全带 总成座椅安全带电机 前排右侧座椅内安全带 总成安全带带扣开关 中央空气囊总成 转向角传感器 横摆率传感器 转速传感器 x4 座椅安全带 控制 ECU 动力转向控制 ECU CAN V2 总线 CAN V1 总线 (3) (3) (3) (3) (3) (1) (1) (1)(1) 防滑控制 ECU (1)(2)(3) 图 4 前轮或后轮打滑存在打滑趋势的操作系统 图 前排左侧座椅外安全带 总成 座椅安全带电机 前排左侧座椅内安全带 总成安全带带扣开关 前排左侧座椅外安全带 总成座椅安全带电机 前排右侧座椅内安全带 总成安全带带扣开关 中央空气囊总成 转速传感器 x4 刹车灯开关总成 主缸压力传感器 座椅安全带 控制 ECU 动力转向控制 ECU CAN V2 总线 CAN V1 总线 (3) (3) (3) (3) (3) 防滑控制 ECU (2) (3) (1) (1) (1) 图 5 .车辆紧急制动时的操作控制系统图 (1)形式辅助 ECU 根据从毫米波雷达传感器、转向角传感器、四轮转速传感器和横摆率传 感器接收的信 号，判定车辆 与前方物体发 生碰撞的可能 性很高。 (2)此时，行驶 辅助 ECU 将警 告显示请求信 号输出至多信 息显示屏，并 将警告蜂鸣器 请求信号输出 至防滑控制 ECU。 (3)防滑控制 ECU 接收到此 信息后，将制 动辅助切换到 备用模式。 (4)随着车辆的 行驶，行驶辅 助 ECU 根据毫 米雷达传感器、 转向角传感器、 四轮转速传感 器和横摆率传 感器接收的信 号，判定车辆 与前方物体存 在不可避免碰 撞的情况。 (5)此时,行驶辅 助 ECU 将座椅 安全带工作请 求信号输出至 座椅安全带控 制 ECU，并将制动请求信号输出至防滑控制 ECU。 (6)座椅安全带控制 ECU 根据此信号和座椅安全带带扣开关信号判定前排座椅安全带电机 的工作状态，并通过操作前排座椅安全带电动机卷起座椅安全带。 (7)如果未发生碰撞，座椅安全带控制 ECU 向座椅安全带电动机发出指令将座椅安全带返 回至正常状态。 三.系统的故障诊断及失效保护功能 1.1 检查故障 DTC 毫米波雷达传感器 前排左侧座椅内安全带 总成安全带带扣开关 前排左侧座椅外安全带 总成座椅安全带电机 前排右侧座椅外安全带 总成座椅安全带电机 前排右侧座椅内安全带 总成安全带带扣开关 中央空气囊传感器总成 组合仪表总成 转向角传感器 横摆率传感器 泵电动机 防滑控制蜂鸣器总成 主缸压力传感器 转速传感器 x4 行驶辅 助 ECU 座椅安 全带控 制 ECU 动力管理控制 ECU 防滑控制 ECU (1) (4) (6) (6) (6) (3) (6) (2) (1) (4) (1) （4）(1) (4) (5) (5) (6) (1)(4) (2)(6) CAN V2 总线 CAN V1 总线 制 动 执 行 器 总 成 图 6 碰撞预测安全操作控制系统图 (1) 将丰田智能检测仪IT与车辆的诊断插座（DLC3）连接。 (2)打开点火开关（IG 位置） ，进入以下菜单： Body(车身 )碰撞与侧安全系统进行故障 DTC 读取。 1.2 清除故障 DTC (1) 将丰田智能检测仪IT与车辆的诊断插座（DLC3）连接。 (2) 打开点火开关（IG 位置） ，进入以下菜单：Body(车身 )碰撞与侧安全系统进行故障 DTC 清除。 1.3 该系统的 DTC 将分别存储在行驶辅助 ECU 和座椅安全带控制 ECU 中，因此，在检测和 消除 DTC 时，一定要检测碰撞预测安全系统 1 和碰撞预测安全系统 2 中的 DTC。 2.该系统的失效保护功能 (1)碰撞预测安全系统的相关部件出现故障时，多信息显示屏会出现如表 3 所示的第 2 种显 示信息。此时，碰撞预测安全系统会停止运行。 (2)毫米波雷达传感器安装于车辆的前机盖锁旁，由于散热器或毫米波雷达传感器总成上有 污物；由于下雪或其他不利条件，多