智能交通系统—avcs.
智能交通系统 Intelligent Transport Systems 交通运输学院交通工程系交通运输学院交通工程系 陈明明陈明明 （八） AVCS先进的车辆控制系统 Advanced Vehicle Control Systems Ø 先进的车辆系统概述 Ø 安全辅助驾驶系统 Ø 车辆自动驾驶系统 Ø 自动公路系统 AVCS先进的车辆控制系统 先进的车辆系统（Advanced Vehicle Control Systems，AVCS）是利用先进的传 感器技术检测车辆周围信息，通过信息融合 和处理，自动识别出危险状态，协助驾驶员 进行安全辅助驾驶或者进行自动驾驶，以提 高行车安全和增加道路通行能力的系统。 （1）先进的车辆系统概述 AVCS结构 智能车由装备了若干传感器和控制单 元的车辆组成 通信系统 ü车路通信系统 ü车车通信系统 （1）先进的车辆系统概述 AVCS本质 在车辆-道路系统中将现代化的通信技 术、控制技术和交通流理论加以集成，提供 一个良好的辅助驾驶环境，在特定条件下， 车辆将在自动控制下安全行驶。 （1）先进的车辆系统概述 AVCS意义与必要性 Ø 提高安全 Ø 增加通行能力 Ø 降低成本 Ø 减少废气污染，保护环境 （1）先进的车辆系统概述 （1）先进的车辆系统概述 AVCS涉及的理论与技术基础 Ø汽车理论（运动学、动力学） Ø人工智能（神经网络、专家系统） Ø控制理论（最优控制、模糊控制、自适应控制） Ø计算机基础（计算机测试、控制、通讯、管理） Ø电器、电子基础（元器件选择、电路设计、系统调试） Ø传感器（传感器选择、传感器融合） Ø通信理论（有线、无线、卫星、网络） （1）先进的车辆系统概述 AVCS的关键技术 Ø 传感器设计技术（Sensor Design） Ø 图象识别技术（Image Identification） Ø 导航自动控制技术 (Automatic Navigation Control ） Ø 避障防撞技术（Obstacle Detection & Avoidance ） Ø 信息通讯技术（Information Communication ） Ø 人机交互技术 (Human-machine Communication) Ø 状态监测技术(Condition Monitoring ) Ø 调度管理技术 (Accommodating & Management) （1）先进的车辆系统概述 传感器技术 Ø 探测障碍物的传感器（如激光雷达、无线电探测与测距 、视觉传感器、超声波传感器等） Ø 判断车辆位置的传感器（如信号电缆传感器、霍尔传感 器、磁传感器等）。 （1）先进的车辆系统概述 先进的车辆系统中涉及的通信技术运用在传感器与执 行元件、车辆与道路、车辆与车辆之间，主要是有线和无 线通信（包括无线电频道的分配及调频技术），其目的是 实现准确地传输图像、数据、语音等各种信息。 通信技术 利用车载计算机作为决策和控制中心，对由各种传感 器收集来的信息（包括道路、车辆、驾驶员、环境等）加 以综合利用，通过计算机的综合处理做出最佳控制执行方 案，并通过车辆上的各种控制系统自动控制车辆。 控制技术 （1）先进的车辆系统概述 利用各种监控技术对汽车的行驶状态及工作状态（如轮 胎压力、气温、轴速、轴温等）进行监控，并且对驾驶员的 状态（疲劳、分神、喝酒等）进行监控。 主要利用LED、LCD和CRT等显示设备及发声装置，作为 文字图像显示、状态指示及声音提示的工具，为驾驶员提 供完善的信息，协助驾驶员的驾驶行为。 信息显示提供技术 驾驶状态监控技术 利用温度、湿度、风力、雾检测器等设备为驾驶员提供必 要的信息。 气象检测技术 （1）先进的车辆系统概述 先进的车辆控制系统工作原理 天线 磁性传感器 测距雷达 摄像机 同轴电缆 磁性标记 电子地图 车辆行驶状态传感器： 震动、制动压力、 转速、油门开度、加速度 信息处理： 交通信息 环境信息 车辆间距 车道边缘 行驶控制： 行驶方向 辅助控制 传动控制： 油门传动 制动传动 航向传动 信息显示 驾驶转换 行驶控制： 速度控制 航向控制 （1）安全辅助驾驶系统 安全辅助驾驶系统用安装在车上的传感器、激 光雷达、红外雷达、盲点探测器、超声波传感器、 电波雷达等检测周边信息，对危险信号发出警告提 醒驾驶员，从而有效地防止事故发生的系统。 典型的安全辅助驾驶系统有驾驶疲劳警告系统 、驾驶分神警告系统、驾驶员酒精过度警告系统、 车辆运行状态监测与警告系统等。 AVCS的分类智能化程度 （1）先进的车辆系统概述 （2）自动驾驶系统 自动驾驶包括车辆纵向控制和横向控制。纵向 控制是在行车速度方向上的控制，即车速以及本车 与前后车或障碍物距离的自动控制，达到提高速度 、减小车间距的同时保证安全，即达到安全、高效 的目的。 横向控制指垂直于运动方向上的控制。分为车 道保持和车速变换。车道保持的目标是控制汽车自 动保持期望的行车路线，车道变换是自动控制车辆 安全转移到目标车道上去。 （1）先进的车辆系统概述 AVCS的分类智能化程度 （3）自动公路系统 建有通信系统、监控系统、光纤网络等基础 设施，并对车辆实施自动安全检测、发布相关的 信息以及实施实时自动操作的平台，它为实现智 能公路的运输提供更为安全、经济、舒适、快捷 的基础服务。它是管理多个自动驾驶车辆的系统 ，即实现车队的自动有序运行。系统中的所有车 辆可以进行自动驾驶，车辆与车辆之间、车辆与 道路之间通过通信实现相互的协作，达到高效、 安全的运行的目的。 （1）先进的车辆系统概述 AVCS的分类智能化程度 Ø 视野的扩展 Ø 纵向防撞 Ø 横向防撞 Ø 交叉路口防撞 Ø 安全状况（检测） Ø 碰撞前乘员保护 Ø 自动车辆驾驶 （1）先进的车辆系统概述 AVCS的功能 视野的扩展 利用车载设备、运输信息和控制技术，扩 展车辆驾驶员的视野，以便在能见度较低、视 野盲区或其它恶劣行驶环境下，提高驾驶员对 路上行人、车辆、障碍物或危险状况的观察与 判断能力，及时采取措施，避免交通事故。 子服务： Ø 视野范围的扩展 Ø 视野能见度的提高 （1）先进的车辆系统概述 纵向防撞 利用车载和路边探测、通信和控制技术， 对车辆前后方车辆、障碍物和行人等情况进行 实时监控，并通过向驾驶员和周围驾驶员的预 警和采取辅助驾驶措施，使人、车安全避险。 此外，在碰撞发生时，采取相应的被动安全措 施，以减轻碰撞对驾驶员和乘客的伤害。 子服务： 追尾防撞 、倒车防撞、正面/会车防撞 （1）先进的车辆系统概述 横向防撞 利用车载和道路设备，自动识别行驶环境 （如道路状况、路旁设施、其它车辆等），当 车辆变换车道或发生横向偏离时，判别发生横 向碰撞的危险程度并向驾驶员发出警告。 子服务： Ø 变换车道时防止横向碰撞 Ø 车辆产生横向偏离时避免横向碰撞 （1）先进的车辆系统概述 交叉路口防撞 在车辆即将进入或通过有信号控制的交 叉路口时，利用车载设备及通信系统所获得 的信息，及时地将交叉路口的交通状况通知 驾驶员，并根据需要辅助驾驶员对车辆进行 控制或车辆自动执行防撞措施（其中包括纵 向防撞、横向防撞以及纵横向综合防撞）， 或发生碰撞后对司乘人员及时给予保护。 （1）先进的车辆系统概述 安全状况（检测） 利用车载设备，对驾驶员、车辆关键零部 件以及路况三者进行监控，及时地将本车各非 正常状况的有关信息向本车、邻近车辆驾驶员 和交通管理中心预警，主动采取措施，以保证 交通安全。 子服务： 基础设施安全状态检测 、驾驶员身心状况监控 车辆安全状况监控 、对邻近车辆的预警 （1）先进的车辆系统概述 碰撞前乘员保护 利用车载设备，对周围可能与本车辆发生 碰撞的潜在障碍物进行实时监测，根据采集到 的数据、信息、分析、判断发生碰撞的可能性 ；对可能发生的碰撞，及时对驾驶员发出警告 ，并根据其发生的概率大小，碰撞类型和严重 程度，适时自动开启相应的保护装置，以避免 或减轻碰撞发生时的人身伤害。 （1）先进的车辆系统概述 自动车辆驾驶 汽车类机动车辆，通过自动高速公路系统、 智能通信与信息系统、车辆智能控制系统的支 持，在无人工干预或部分人工干预的情况下， 实现在高速公路上的车道跟踪、车距保持、换 道、巡航、定位停车等操作。 子服务： 车道自动跟踪 、车距保持 、自动换道 自动巡航 、自动定位停车 （1）先进的车辆系统概述 安全辅助驾驶内容 Ø 驾驶员监测：疲劳、分神 Ø 防撞系统 Ø 巡航控制系统 Ø 视觉增强系统 （2）安全辅助驾驶系统 驾驶员监测警告系统 估计每年近8000例公路交通死亡事故是直接或 间接的由于驾驶员注意力不集中，疲劳或困倦引起 的。据英国汽车协会的统计，英国因车祸死亡的人 中，有十分之一是因为司机疲劳驾驶引起事故。同 时有资料表明，高速公路上发生的交通事故中有50% 以上是由于长途驾驶造成疲劳或所见目标单调而形 成注意力不集中、甚至打瞌睡等原因造成的。 驾驶员疲劳检测视频 （2）安全辅助驾驶系统 日本丰田汽车公司研制的“丰田先进安全汽车”上采 用了17项最新技术，其中包括打瞌睡驾驶警报系统。它的 原理是监测驾驶员眼睑的运动。一旦发现驾驶员疲劳，系 统先向驾驶员提出声音信号，再发出薄荷味道和冷空气来 唤醒驾驶员。 生理信号指标最能准确反映人的疲倦程度。其中脑电 波EEG被称为测量睡眠的“金标准”。由于在线检测脑电波 很困难，难以在实车上推广应用。以色列开发了一系列的 相关驾驶员监测器，它应用肌电图学原理来监测驾驶员手 腕活动（通过一种无线手腕监测器）并通过振动刺激向驾 驶员报警。 （2）安全辅助驾驶系统 驾驶员监测警告系统 司机在疲劳状态下对车辆的控制能力会下降，如对 方向盘的操控、踩油门、刹车的力和速度，以及车本 身的速度、侧加速、侧位移等。 西班牙防疲劳系统通过监测方向盘的转向压力来 监测驾驶员瞌睡。一旦监测到驾驶员疲劳，系统通过 闪汽车前照灯和声音报警来警告周围的汽车，而且自 动切断汽车燃料供给使汽车停车。 美国戴姆勒克莱斯勒公司开发了一种监测算法 ，它利用车辆的侧向位置，车轮转向角和纵向车速等 信息来监测驾驶员疲劳。这种算法在模拟场地实验中 是有效的。 （2）安全辅助驾驶系统 驾驶员监测警告系统 （2）安全辅助驾驶系统 驾驶员监测警告系统 在车辆防撞系统中，涉及到多种传感器的应用技术，但 是应用最为广泛的是微波雷达、激光雷达和摄像机，特别是 在考虑环境因素的时候，微波雷达是最为常用的。 为了充分利用车辆防撞系统,需要研发出具有一定智能 的综合系统来感知道路环境的态势,将感知信号传给中心处 理系统(车载计算机系统)。在发现障碍物的情况下,处理器 能够根据从制动、专向、语音、及其他车辆系统控制。障碍 物返回雷达信号的时间来确定障碍物的距离,从返回信号频 率的变化可以推测障碍物大小。完全解析返回信号后,就可 以通过输出控制系统及时提醒驾驶员,或通过对车辆相关系 统进行调节,如调整节气门等。 汽车碰撞模拟 （2）安全辅助驾驶系统 防撞系统 Distance Warning System for Succeeding Vehic （2）安全辅助驾驶系统 防撞系统 车辆巡航控制系统就是在计算机精确控制下 调整车辆节气门，从而达到在不同路况下始终保 持设定车速的辅助驾驶系统。车辆巡航控制系统 主要功能框架，该控制系统就是控制发动机转速 ，从而能够将车速保持在一定设定范围内不变， 驾驶员不需要操纵加速踏板。 （2）安全辅助驾驶系统 巡航控制系统 车速传感 器 车辆运动发动机 控制单元 目标车速 调整器节气门 变速器路面车轮 驱动力 （2）安全辅助驾驶系统 巡航控制系统 驾驶员视觉增强系统已经成为 增进驾驶安全研究热点。大部分发 生的交通事故都是因为驾驶员的视 觉太差，或是由于车辆前方的视觉 环境质量太低所至。影响驾驶员观 察周边物体和交通状况的主要因素 有驾驶员的年龄、天气状况、所
