一汽丰田皇冠碰撞预测安全系统(雷达式)解析.doc

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ECUCANV2总线CANV1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760GHZ信号处理回路和CPU电路发射天线计算接受天线接收到的反馈信号检测前接收天线方物体的的距离、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。水平角度：20垂直角度：4 1.2防滑控制ECU图2毫米波雷达比传感器组成图检测距离：120m防滑控制ECU是该系统制动执行器总成的中枢部分。图3多普勒效应工作原理图 频率F(频率增高) 频率F 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。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ECUCANV2总线CANV1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。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ECUCANV2总线CANV1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(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)CANV2总线CANV1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)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(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，多功能显示屏会显示“PCS暂时不可用”，系统