智能运输系统讲义(自动公路系统AVS).ppt

®1． 了解AHS的目标 2． 了解AHS的各种系统方案的特点 3． 了解AHS的一般结构 ®1． 智能公路应有的功能 2． 车辆自动列队行驶的横向控制方法 3． AHS的目标和现状 ® ®AVCS和AHS没有明显界定，只是侧重点不 同，注意这个不同 ®4.6 自动公路系统（AHS）®4.6.1 自动公路系统概述 ®1. 自动公路系统的含义® 自动公路系统（AHS，Automated Highway Systems），日本学者称之为自动驾驶道路系统 ，是指用现代化的传感技术、通讯技术、计算机 技术以及检测技术等装备公路系统，并通过车路 通信和车车通信，达到车辆可自动控制方向、速 度、车间距等，从而使汽车自动行 驶于其上的智 能化公路系统以及其他的安装设备AHS系统的 本质就是使公路系统具有一定的智能，并依靠车 辆的智能控制车辆的自动驾驶，将交通流调整至 最佳状态，从而减少由于人工驾驶引起的交通问 题，提高整个公路系统的安全性和运行效率 视频：AHS 参考美国“IVHS”）® ®自动公路系统（AHS）在ITS的一系列研究领域中，是一 项技术性强、涉及领域广、最具挑战性和最具市场潜力的 一项研究。

仅从技术上讲，自动公路系统是ITS的最高形 式，是公路系统发展的方向，也是政府、工业界和学术界 共同致力的研究领域®AHS开发与研究涉及到了许多ITS其他领域中的相关技术 ，如先进的交通管理系统ATMS、先进的车辆控制系统 AVCS以及先进的交通信息系统 ATIS等，在某种程度上 可以说，自动公路系统是以上技术的综合利用尤其是在 达到自动驾驶这一目标上，AHS系统和AVCS系统是非常 相似的，但它们是从不同的角度出发来达到这一目标的 AHS系统主要通过交通基础设施的改善，使道路系统具有 一定的智能，通过车路通信达到自动驾驶的目的而在 AVCS系统则更注重智能化汽车的研究与应用® 为了更好地了解AHS的涵义，将AHS中车辆的运行和 人工驾驶的区别列于下图®在人工驾驶状态下，不同司机对外界的刺激 有不同反应，从而导致了车辆的速度、间距 、车道转换以及合流和分流等过程中，不同 的司机有不同标准，因此车流的运行是无规 则的这种无规则性导致了潜在事故率高、 通行能力低、能耗和环境污染程度高而在 AHS状态下，车辆在统一的调控下形成均衡 稳定的车流，通行能力得到提高，能耗和环 境污染都大大降低。

® 总之, 自动公路系统是以智能道路为基 础的智能运行系统，它可以解决大量的交通 问题，是道路系统未来发展的方向®2.自动公路系统的系统方案构想® 在AHS方案的制定中，车辆和基础设施之间的 智能分配是关键研究内容一个AHS方案，有人 认为是自动驾驶（即多数的智能都在车内），有 人认为应是基础设施控制（即多数的智能系统在 基础设施上）美国NAHSC（国家自动公路系统 共同体）提出了AHS方案的五大类构想，即：自 动驾驶、合作协调、基础设施支持、基础设施管 理和基础设施控制这五类构想代表了由智能在 车辆和基础设施之间不同分配形式而形成的不同 方案® 自动驾驶方案的智能控制主要集中在车辆上， 这样装备起来的智能车辆具有检测功能，检测内 容包括驶近的车辆和车道界限等周围环境信息 在这一方案中，车辆不和基础设施进行通信联系 ，只与ITS控制中心交换信息，以获取确定路线及 呼救等方面的服务信息 ® 合作协调方案与自动驾驶方案内容相似， 只是增加了车－车通信功能，协调了车道变 更控制，并有可能支持车队的控制在这一 种方案中，如果有一辆车想变更车道，就可 以向周围车辆发出信息，请求它们减速，以 形成空档，从而完成车道变更。

车辆汇合进 入其他的车道时，进行同样的处理® 基础设施支持方案通过对基础设施的总体 装配，并增加了车—路同步通信功能道路 部门监测总体的交通流和瓶颈路段的交通情 况，并向车辆提供确切的位置信息 ®基础设施管理方案中，基础设施仅指挥单一的车 辆，车辆自己保持固定的速度，但是特别的驾驶 行为（例如变更车道，进入车道等）由基础设施 部门调控在这“需求——反应”的做法中，车辆 如果要有特殊的驾驶行动，则会向基础设施管理 部门提出请求，基础设施管理部门会向提出请求 的车辆和其他车辆发出指令（例如，指令其他车 辆增加间距以进行车道变更）基础设施管理方 案比基础设施支持方案提供了更大的利用效率， 但它也需要更多的信息，例如单个车辆位置的信 息，以及车辆间进一步的联系等 ® 在基础设施控制方案中，车辆完全由基础设施 控制基础设施连续追踪每一辆车，并向每一辆 车发出指令这些指令控制驾驶、减速、刹车和 转弯等在这种方案中，车辆具有将指令转化成 为发动机的控制程序和检测调节发动机响应的能 力®3. 自动公路系统的发展现状®（1）日本® 从1970年代开始，日本就开始进行自动公路系 统的开发与研究，这些系统包括安全驾驶系统、 全自动驾驶系统等。

下面列出了日本在AHS研究 领域中的重大事件和研究进展 ®· 1970年代 研究将视觉仪器应用于自动汽车 碰撞预警技术的研究 使用车载信号与警报的路－车通讯系统的开发 · 1980年代 智能运行控制的研究 使用激光雷达的商用前撞警视技术研究 车—车通讯系统的研究 道路自动管理技术的研究®· 1990年代 1995年11月在建设省土木研究所的试验路 上进行了AHS实验（测试横向与纵向控制下 的9辆车组成的汽车列队运行），这是世界 上第一次AHS模拟实验 1996年7月，按日本ITS综合计划，进行了 安全驾驶的试验 1996年9月，在上信越高速公路上，进行了 第二次操作性模拟试验（11辆车组成的汽车 群），这是世界上第一次在真正的公路上进 行的AHS试验 1996年10月，官方成立了自动公路系统研 究协会（AHSRA），并确立了到2000年建 成AHS原型的研究目标®（2）美国® 美国将自动公路系统作为未来地面运输系统的一个关 键组成部分, 它将提供专门单行道上的自动运输、个人车 辆的自动运行以及促进客货运输更有效的完成等功能。

ISTEA制定了一个AHS项目工程：交通部应指定一个自 动化道路与车辆标准，从这个标准出发，可以发展将来 的全自动的智能车—路系统这个发展同时包括了为确 保适当的人—车关系而进行的人的因素的研究，这个项 目的目标是在1997年，第一条全自动或半自动试验性道 路投入使用 ® 美国AHS系统的开发大致经历了三个阶段：分析阶段 、系统定义阶段和运行及评价阶段 ®· 分析阶段® 在此阶段，主要进行了自动公路系统的技术、非技术 及相关因素效果的总体分析美国DOT组织启动了15项 AHS“优先研究项目”，研究其技术的可用性和其潜在利 益这项研究涉及到了355个组织，包括大学、法律人员 和系统综合人员等这些研究表明AHS可以提高每条道 路的通行能力的20%~30%，缩短旅行时间的20%~30% ，减少事故率的50%~80%此项研究也解决了大量的技 术上和社会上的重大问题® 系统定义阶段® 系统定义阶段从1993年开始在12月，美国DOT组织 向公众征集与联邦政府合作开发试验AHS原型的申请并 建立了由汽车公司生产部门、政府部门和学术部门等十一 个参加者组成的国家自动公路系统共同体（NAHSC）。

NAHSC在1994年11月开始进行系统定义阶段，重大事件 有： ®1995年6月 开发与设计目标 1996年6月 可行性AHS方案的识别与描述 1997年3月 演示系统技术的可行性 1999年3月 对提出的AHS系统构造方案的选择 2001年—2002年 原型试验的完成®· 运行评价阶段® 运行评价阶段将于2002年开始 ，包括提交的AHS的系 统结构与已有的习惯技术与规章制度的环境的融合、这一 结构在大量操作环境下的评价 ®4.6.2 自动公路系统的基本结构 ® 自动公路系统由智能化道路系统、智 能车辆系统和车路通讯系统组成其基 本结构示意图如下图所示 ®自动公路系统基本结构示意图®4.6.3 自动公路系统的实施过程 ® 目前，自动公路系统的发展主要处于研究开发阶段由 于AHS的系统结构复杂、涉及因素较多、技术难度大，因 此根据AHS相关技术的发展，AHS的实施过程可分为如下 三个阶段：信息提供阶段、辅助驾驶阶段和自动驾驶阶段 在每个阶段，信息提供、车辆控制和责任分配如下表所 示。

®AHS各实施过程对比® 现状 信息提供阶段 辅助驾驶阶段 自动驾驶阶段 信息提 供 司机 司机 司机 系统 系统 系统 车辆控制 司机 司机 司机 系统 系统 责任分配 司机 司机 司机 系统 (?) ®1． 信息提供阶段® 在此阶段，系统主要强调信息的提供和预警实施，以帮 助驾驶员进行安全操作，从而减少交通事故的发生系统 通过路侧通信设施、路——车通信系统及车载设备等，收 集前方道路交通情况、车辆行驶状态和车辆周边环境等资 料，根据车辆间距、车速和车辆位置，判断车辆是否处于 危险位置，在需要时给出警告信息，警告与提醒驾驶员采 取正确的操作反应 ® 此阶段的主要目标是防止纵向、横向和交叉口碰撞，主 要配置如下表 所示 现现状 信息提供 阶阶段 辅辅助驾驾 驶阶驶阶 段 自动驾动驾 驶阶驶阶 段 信息提供 司机 司机 系统统司机 系统统系统统辆辆控制 司机 司机 司机 系统统系统统责责任分配 司机 司机 司机 系统统®信息提供阶段特征®2. 辅助驾驶阶段® 在此阶段，系统能辅助驾驶员在事故潜在的危险区 域控制运行车辆的加减速、刹车和转向操作，以避免 事故的发生。

此阶段的道路基础设施和车辆都具有了 一定的智能，AHS专用道路系统能检测到更为准确的 障碍物和交通环境的信息车辆则具有辅助驾驶的功 能此阶段系统主要具有防撞功能和适度提高通行能 力两个目标 ®· 防撞目标® 当系统检测到车间距太小，达不到安全车距时，系 统将会产生警告信息，并提供给司机，并且在必要时 启动自动刹车侧撞的产生主要由车辆变换车道或行 驶车辆偏离车道中心线而引起的AHS的车辆会自动 辨识自身相对于另一车道的车辆位置或偏离中心线的 程度当变换车道有潜在的危险（侧向碰撞）或车辆 偏离车道时，系统会将产生的侧撞警告信息传递给司 机，必要时采取自动驾驶，从而防止侧撞的产生例 如在弯道上，车辆发生对撞（或障碍物相撞）的预警 系统操作过程如下图所示 ®车辆发生对撞的预警系统操作过程® 探测障碍物的（或驶离或停靠的车辆）的摄像 机安装在弯路上，图像处理器会检测到障碍物 系统主要通过AHS车辆和普通车辆之间的距离和 相对速度进行判断，当车辆进入到危险区后，系 统会向司机发出警告 ®· 通行能力的提高® 此阶段通行能力的提高主要通过车载导航控制 系统，适当控制AHS车辆和其他车辆的间距来提 高通行能力。

®3. 自动驾驶阶段® 自动驾驶是AHS研究及发展的最终目标在此 阶段，系统完全自动控制车辆的行驶，具有检查 车辆出入、车道控制、车间距控制、防撞、合流 以及分流等功能其中变换车道的自动控制和合 流的自动控制是此阶段的关键技术 ®4.6.4 自动公路系统案例®1. 日本上信越高速公路的AHS试验® 日本于1996年9月，在上信越（ Joshinetsu）高速公路的小诸（Komoro） 入口和东部汤之丸（Jobnomorn）入口间 的一段封闭路段上进行了一个AHS操作性。