智能汽車與車聯(lián)網(wǎng)汽車智能化技術(shù)簡介汽車防撞警示系統(tǒng)事故自動報警系統(tǒng)無人駕駛汽車智能交通系統(tǒng)與車聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容概要7.1汽車智能化技術(shù)概論智能汽車是指一輛汽車具有規(guī)劃自己的行車路線，感知周圍環(huán)境，針對實時交通情況做出合理決策，并輔助、甚至代替駕駛員進行車輛駕駛的能力，從而減小駕駛員的勞動強度，使車輛行駛過程變得更加安全、舒適、高效。智能汽車定義智能汽車及其部分單項技術(shù)(1)數(shù)據(jù)級融合：在傳感器的原始信息未經(jīng)處理之前進行的信息綜合分析，以達到盡量多地保持景物信息。這種融合方式的信息處理量大、處理時間長、實時性較差。信息融合Body控制環(huán)的3種方式(2)特征級融合：在對信息預(yù)處理和提取特征后，對所獲得的景物特征信息(如邊沿、形狀、輪廓、方向、區(qū)域和距離等)進行綜合處理，以達到保留足夠數(shù)量的重要信息和實現(xiàn)信息壓縮，從而有利于實時處理。(3)決策級融合：融合之前，每種傳感器的信號處理裝置已完成決策或分類任務(wù)。信息融合只是根據(jù)一定的準則和決策的可信度做最優(yōu)決策，以便具有良好的實時性和容錯性，使在一種或幾種傳感器失效時也能工作。國內(nèi)外的發(fā)展狀況

(1)德國慕尼黑國防軍大學(xué)所進行的VaMors和VaMP智能汽車研究。該研究是由奔馳汽車公司和德國慕尼黑國防軍大學(xué)聯(lián)合進行的經(jīng)過幾年的努力后，其聯(lián)合開發(fā)的第二輛命名為VaMP的自主車，自主駕駛速度更是達到廠創(chuàng)紀錄的160km/h以上，在高速公路上能夠安全地進行車道跟蹤、超車等駕駛動作)。國防科技大學(xué)自動化研究所無人駕駛技術(shù)課題組長期以來都在進行自主駕駛技術(shù)的研究，2001年9月，與中國第一汽車集團公司合作，開始進行高水平的汽車自主駕駛技術(shù)的研究—紅旗CA7460自主駕駛汽車。2003年七月，該項目實現(xiàn)了巨大的突破，其多項指標均達到或超過了當今世界汽車自主駕駛的先進水平。該項技術(shù)被國內(nèi)50多家汽車媒體聯(lián)合評為2003年度“最佳汽車技術(shù)”。國內(nèi)紅旗HQ3當前汽車智能化技術(shù)的研究熱點及發(fā)展方向車道偏離報警碰撞報警防撞系統(tǒng)/輔助駕駛系統(tǒng)全自動汽車（無人駕駛）駕駛員疲勞檢測工業(yè)運輸智能化7.2、汽車防撞警示系統(tǒng)汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)是在汽車行駛過程中，對汽車的前后以及左右方向的危險物進行檢測，在汽車與危險物具有發(fā)生碰撞危險的情況下進行聲光報警，提示駕駛員危險物的方向以及危險程度，以便讓駕駛員采取相應(yīng)的措施，避免追尾碰撞和側(cè)掛等交通事故的發(fā)生。通常由三部分組成：（1）測距裝置：測距裝置采用雷達、超聲波、激光、紅外線等測定障礙物與汽車的距離。（2）處理裝置：電腦根據(jù)事先儲存的程序，判斷出有碰撞的危險時，向駕駛員發(fā)出警報。如果駕駛員未能及時采取措施，則向制動器、轉(zhuǎn)向器等發(fā)出指令，以保證汽車的安全。（3）執(zhí)行裝置：警報及執(zhí)行裝置警報器一般采用燈光信號或伴隨聲音信號。執(zhí)行裝置可根據(jù)電腦發(fā)出的指令使制動器制動，或使轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)彎。國內(nèi)外發(fā)展狀況美國的Delco電子公司研制出一種汽車雷達系統(tǒng)，1995年已經(jīng)為卡車推出了雷達系統(tǒng)的產(chǎn)品。這種卡車雷達防撞系統(tǒng)有一個8.16厘米見方的微波收發(fā)機,安裝在卡車貨箱的側(cè)面。當司機接通轉(zhuǎn)彎信號時,系統(tǒng)就同時工作。由收發(fā)機發(fā)射的微波被出現(xiàn)在司機盲區(qū)內(nèi)的汽車反射后,其反射信號又被收發(fā)機檢測接收,并立即發(fā)出可聽見的聲音告警,并使指示燈亮。這種系統(tǒng)的監(jiān)測范圍為3.7～4.5米。美國一些公司還研制出微波雷達防撞系統(tǒng)、脈沖射頻防撞系統(tǒng)等。中國的陜西史圣電子公司研制的汽車防撞系統(tǒng)，采用超聲波測距技術(shù)，準確測出與障礙物的距離。當達到標定危險距離時會自動發(fā)出聲、光信號，防止碰撞事故，該產(chǎn)品已獲國家專利。下面介紹幾種常見的汽車防撞警示系統(tǒng)。超聲波一般指頻率在20kHz以上的機械波，具有穿透性較強、衰減小、反射能力強等特點。超聲波測距儀器一般由發(fā)射器、接收器和信號處理裝置三部分組成。工作時，超聲波發(fā)射器不斷發(fā)出一系列連續(xù)的脈沖，并給測量邏輯電路提供一個短脈沖。超聲波接收器則在接收到遇障礙物反射回來的反射波后，也向測量邏輯電路提供一個短脈沖。最后由信號處理裝置對接收的信號依據(jù)時間差進行處理，自動計算出車與障礙物之間的距離。（一）超聲波汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)（二）雷達汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)雷達汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)利用電磁波發(fā)射后遇到障礙物反射的回波對其不斷檢測和計算與前方或后方障礙物的相對速度和距離，經(jīng)過分析判斷對構(gòu)成危險的目標按程度不同進行報警。該系統(tǒng)由收發(fā)天線、定向耦合器、混頻器、調(diào)頻振蕩器和處理單元組成。倒車雷達目前在汽車上應(yīng)用較廣的激光測距系統(tǒng)可分為非成像式激光雷達和成像式激光雷達。非成像式激光雷達根據(jù)激光束傳播時間確定距離。它的工作原理是：從高功率窄脈沖激光器發(fā)出的激光脈沖經(jīng)發(fā)射物鏡聚焦成一定形狀的光束后，用掃描鏡左右掃描向空間發(fā)射，照射在前方車輛或其他目標上。利用掃描鏡系統(tǒng)中的位置探測器測定反射鏡的角度即可測出目標的方位。（三）激光汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)機器視覺汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)是由圖像傳感器、圖像采集裝置、圖像分析處理裝置以及報警裝置組成。通過CCD攝像機模仿人眼的光電探測汽車周圍的圖像，然后利用高速的數(shù)字信號處理器（DSP）來分析處理，由于汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)要求實時性能高，故要求數(shù)字信號處理器處理速度高。利用圖像分析、圖像識別、圖像跟蹤的方法，對危險物進行識別和跟蹤，并及時計算出危險物與本車的距離、相對速度、相對加速度等，利用專家系統(tǒng)的報警決策提前4～5s對危險情況報警。（四）機器視覺汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)使用攝像頭探測與前車的距離紅外汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)由紅外熱成像傳感器、視頻采集卡、數(shù)字信號處理器、微處理器、報警終端等部分組成。其中紅外熱成像原理為在中紅外區(qū)域（波長3～5μm）或遠紅外區(qū)域（波長8～12μm）。通過探測物體發(fā)出的紅外輻射，熱成像儀產(chǎn)生一個實時的圖像，從而提供一種景物的熱圖像。（五）紅外汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)交互式智能化防撞預(yù)警系統(tǒng)由一個基于Internet的信息交換網(wǎng)絡(luò)、MMDS寬帶數(shù)字通信子站、車距信息無線交互車后單元、無線車載前機單元等組成。交互式智能化防撞預(yù)警系統(tǒng)不受天氣條件等因素的制約、精度高、測量準確、信息化強、監(jiān)控全面。它的使用將對交通管理、交通安全具有全面信息化的作用。（六）交互式智能化防撞預(yù)警系統(tǒng)汽車防撞警示系統(tǒng)的發(fā)展方向（1）為滿足高速行駛，進一步增大探測距離。增加視覺角度，提高監(jiān)控范圍提高抗干擾能力，減少誤報；（2）增加駕駛員和汽車檢測，因為碰撞事故中駕駛員的疲勞駕駛和汽車的性能也有關(guān)系；（3）降低成本和售價，供在用車改裝和新車安裝使用；（4）與自動駕駛儀形成反饋系統(tǒng)，按時間響應(yīng)，排除人為影響，正確保持車距或做出機動避讓；（5）向智能化方向進一步拓展。7.3、事故自動報警系統(tǒng)當高速公路上發(fā)生交通事故時，在你急急忙忙打電話報警的同時，已有“電子交警”自動報警，該系統(tǒng)功能十分強大，一遇有交通事并在最短時間內(nèi)就近通知交警出警處理，這就是事故自動報警系統(tǒng)。所謂事故自動報警系統(tǒng)，就是在交通事故發(fā)生之后，將求救信號和車輛位置等信息傳回服務(wù)中心，有利于及時開展傷員的救治以及交通事故調(diào)查的一種車載裝置。此系統(tǒng)的主要組成部分是GPS衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)和車載GSM無線通訊系統(tǒng)。另外還需要有車速傳感器，加速度傳感器以及微控制器（MCU）。被激發(fā)后，系統(tǒng)發(fā)出報警聲且仍由MCU根據(jù)GPS系統(tǒng)給出的車輛所處的位置結(jié)合所存儲的電子地圖查找出最近的醫(yī)院和交警部門的電話號碼，并自動通過GSM無線通信網(wǎng)與其建立數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B接。在第一次的數(shù)據(jù)傳輸中將車輛的牌號、所處位置（經(jīng)度、緯度和高度）、緊急制動前的速度與制動時的加速度傳到交警部門，而只將車輛的牌號和位置傳給醫(yī)院。事故自動報警系統(tǒng)流程圖

（1）GPS技術(shù)GPS（GlobalPositioningSystem）是通過接收和解譯人造衛(wèi)星所發(fā)射的電波信號來確定測站點位置的測量定位系統(tǒng)。具有定位時間短、定位精度高、野外觀測時不受天氣條件以及作業(yè)時間的限制、無需考慮觀測點之間的通視情況、應(yīng)用范圍廣等特點。組要由衛(wèi)星星座（空間部分）、地面監(jiān)測系統(tǒng)（地面部分）和GPS接收機（用戶設(shè)備部分）等三部分組成。GPS工作原理圖GPS定位系統(tǒng)的基本觀測量是距離（其實質(zhì)是時間延遲），基本定位原理是空間后方交會。在待定點上安置好GPS接收機，開機后即可接收到某顆衛(wèi)星所發(fā)送的信號（隨機碼）。設(shè)GPS信號的發(fā)射時刻為t1，接收時刻為t2，并設(shè)衛(wèi)星鐘與用戶鐘同步，則GPS信號在空中傳播的時間為：T=t2--t1，設(shè)電波在大氣中的傳播速度為C，則從衛(wèi)星發(fā)送信號時的空中位置到接收機之間的空間距離為：D=C×T。GPS定位方法根據(jù)模式的不同可以分成單點定位、相對定位和差分定位。單點定位又稱絕對定位。在一個待測點上，用一臺接收機獨立跟蹤GPS衛(wèi)星，測定待測點（天線位置）的絕對坐標（地心坐標）相對定位是通過測量衛(wèi)星發(fā)送的電波到達兩臺接收機的時間差來完成的，差分定位時采用兩臺以上的GPS接收機。

（2）GSM技術(shù)GSM全球移動通訊系統(tǒng)是目前國內(nèi)覆蓋最廣、系統(tǒng)可靠性最高、話機保有量最大的數(shù)字移動通訊系統(tǒng)。GSM以統(tǒng)一的方式向各地用戶提供具有所有電信業(yè)務(wù)的國內(nèi)和國際漫游。用戶身份鑒別可保護網(wǎng)絡(luò)避免無權(quán)用戶使用。GSM系統(tǒng)除提供話音業(yè)務(wù)外，還提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、短消息（SMS）業(yè)務(wù)等多項功能。在本系統(tǒng)中主要運用的是GSM的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。而GSM數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)可提2400bps，4800bps，9600bps的異步數(shù)據(jù)傳輸能力，可用于傳輸GPS定位數(shù)據(jù)。此項業(yè)務(wù)的使用需要通過撥號建立連接，一旦連接建立立即計費。事故自動報警系統(tǒng)可以使用GSM、GPRS/3G技術(shù)來傳輸數(shù)據(jù)信息。GSM網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)架7.4、無人駕駛汽車英國和美國的科學(xué)家研究分析表明，每個交通事故均不同程度地涉及到駕駛員、汽車和道路環(huán)境因素。英國的研究得出道路交通事故肇事發(fā)生的唯一原因是由駕駛員因素引起的占65%(美國為57%)，而與駕駛員因素有關(guān)(駕駛員－汽車因素、駕駛員－道路環(huán)境因素、駕駛員－汽車－道路環(huán)境因素和駕駛員因素)的百分率占到近95%(美國占94%)。我國道路交通事故的統(tǒng)計也表明，主要由于駕駛員造成的事故占90%左右?？傊?，駕駛員失誤作為肇事發(fā)生交通事故的主要原因已被世界各國所公認。如果要從根本上解決這一問題，就需要將“人”從交通控制系統(tǒng)中請出來，從而提高安全性。由于無人駕駛電動車不需要司機，系統(tǒng)效率也隨著提高。這種新型車輛控制方法的核心，就是實現(xiàn)車輛的無人自動駕駛。而車輛安全是無人駕駛車成敗的關(guān)鍵。無人駕駛電動汽車原理無人駕駛電動汽車系統(tǒng)主要由傳感器系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)等組成。導(dǎo)航系統(tǒng)現(xiàn)在無人駕駛汽車的設(shè)計的主要技術(shù)有采用磁傳感器來檢測路徑，但這需要在地面下預(yù)埋磁釘，需要對路面重新改造，對路面有破壞性。另一種是采用CCD攝像頭作為傳感器來檢測路徑，然而CCD攝像頭的價格一般較高，并且需要對采集到的圖像進行實時處理，對系統(tǒng)的硬件和軟件都要求較高。在此介紹一種基于光電傳感器基礎(chǔ)的自動導(dǎo)航系統(tǒng)，其根據(jù)光電傳感器測得的反射光強的信號來自動辨識行駛路徑，實現(xiàn)車輛的無人自動尋跡行駛。與其它導(dǎo)航方案相比，該方案導(dǎo)航系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、對道路無損壞和價格低廉等特點。導(dǎo)航系統(tǒng)自動檢測車輛相對于預(yù)定路徑的橫向偏差，控制系統(tǒng)根據(jù)橫向偏差來計算轉(zhuǎn)向系統(tǒng)所需的轉(zhuǎn)角，并輸出指令控制電機驅(qū)動系統(tǒng)、線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和液壓制動系統(tǒng)。電機驅(qū)動系統(tǒng)根據(jù)控制器的速度指令進行速度閉環(huán)控制，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)根據(jù)控制器轉(zhuǎn)角指令進行轉(zhuǎn)角閉環(huán)控制，液壓制動系統(tǒng)根據(jù)控制器的制動指令進行開環(huán)控制。無人駕駛電動汽車導(dǎo)航系統(tǒng)主要由光源、光電傳感器、遮光附件、信號采集和電源等五部分組成。光源部分采用高亮白光LED，共48個。光電傳感器部分采用2%精度硫化鎘cds5562的光敏電阻，光敏電阻便是利用這一原理，當光照增強時，其電阻值便減小，光敏電阻是基于內(nèi)光電效應(yīng)的光電元件，在光照作用下能使物體的電導(dǎo)率發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為內(nèi)光電效應(yīng)。光敏電阻內(nèi)部結(jié)構(gòu)光敏電阻電壓測量電路系統(tǒng)采用的是兩塊飛思卡爾MC68HC908GZ60八位單片機,每塊GZ60單片機擁有24路A/D轉(zhuǎn)換通道，工作在4M總線頻率下時,每路A/D最小轉(zhuǎn)換時間為17μs,總轉(zhuǎn)換時間小于600μs。在系統(tǒng)的實際設(shè)計中,每塊PCB負責20個通道的數(shù)據(jù)采集和發(fā)送。單片機系統(tǒng)將所有通道的采集結(jié)果通過3個8字節(jié)CAN標準數(shù)據(jù)幀發(fā)送給MicroAutoBox。光源的燈光照射到白紙和地面上后,由于白紙和地面對光的反射程度不同,因此光電傳感器測得的反射光強度就不同,對應(yīng)位置處傳感器部分的輸出電壓也不同,不同的電壓值經(jīng)單片機采樣轉(zhuǎn)換后通過CAN總線發(fā)送給MicroAutoBox控制器,從而也就可以根據(jù)傳感器的輸出電壓來判斷車輛與白線的相對位置?？刂破飨到y(tǒng)的功能:將光電傳感器的測試結(jié)果轉(zhuǎn)換為橫向偏差Δy，獲取車輛行駛的預(yù)瞄信息；加入“駕駛員”模型，對車輛的狀態(tài)進行自動控制；進行程序設(shè)計，控制車輛按預(yù)定工況行駛?？刂葡到y(tǒng)控制系統(tǒng)模型執(zhí)行裝置（1）驅(qū)動系統(tǒng)：采用輪轂式純電動汽車，其驅(qū)動裝置為四個電機。（2）轉(zhuǎn)向裝置：采用線控轉(zhuǎn)向。機械轉(zhuǎn)向機構(gòu)：包括轉(zhuǎn)向盤、轉(zhuǎn)向柱、轉(zhuǎn)向電機、電磁的轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向拉桿。傳感器：包括方向盤轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)矩傳感器、拉桿位移傳感臂上的側(cè)向加速度傳感器。電子控制單元：包括控制電路板及動力電路板兩部分。（3）制動裝置：無人駕駛電動車的液壓制動系統(tǒng)以傳統(tǒng)車輛的液壓制動系統(tǒng)為基礎(chǔ),將制動主缸的制動踏板促動改為電動推桿促動。改進的液壓制動系統(tǒng)主要由直流電機驅(qū)動器和電動推桿組成,電動推桿由直流有刷電機和減速機構(gòu)組成。電動推桿中直流電機的轉(zhuǎn)動經(jīng)過減速機構(gòu)作用后轉(zhuǎn)變?yōu)橥茥U的平動,推動主缸活塞產(chǎn)生制動液壓力,從而完成整車的制動過程。液壓制動系統(tǒng)無人駕駛汽車的發(fā)展方向（1）高速公路環(huán)境下的無人駕駛系統(tǒng)這類系統(tǒng)將使用在環(huán)境限定為具有良好標志的結(jié)構(gòu)化高速公路上，主要完成道路標志線跟蹤、車輛識別等功能。（2）城市環(huán)境下的無人駕駛系統(tǒng)與高速環(huán)境研究相比，城市環(huán)境下的無人駕駛由于速度較慢，因此更安全可靠，應(yīng)用前景更好。但是城市環(huán)境也更為復(fù)雜，對感知和控制算法提出了更高的要求。（3）特殊環(huán)境下的無人駕駛系統(tǒng)無人駕駛汽車研究走在前列的國家，一直都很重視其在軍事和其他一些特殊條件下的應(yīng)用。但其關(guān)鍵技術(shù)和基于高速公路和城市環(huán)境的車輛是一致的，只是在性能要求上的側(cè)重點不一樣。7.5、智能交通系統(tǒng)與車聯(lián)網(wǎng)智能交通系統(tǒng)就是利用現(xiàn)代計算機、信息、通信、控制技術(shù)把車輛、道路、使用者緊密結(jié)合起來，以解決汽車交通事故、堵塞、環(huán)境污染及能源消耗等問題為目的，基于智能化、信息化的汽車交通系統(tǒng)。智能交通系統(tǒng)的目標就是建立一個高效、便捷、安全、環(huán)保、舒適的綜合交通運輸體系。車聯(lián)網(wǎng)，是指裝載在車輛上的電子標簽通過無線射頻等識別技術(shù)，實現(xiàn)在信息網(wǎng)絡(luò)平臺上對所有車輛的屬性信息和靜、動態(tài)信息進行提取和有效利用，并根據(jù)不同的功能需求對所有車輛的運行狀態(tài)進行有效的監(jiān)管和提供綜合服務(wù)。車聯(lián)網(wǎng)將緩解城市交通堵塞、減少車輛尾氣污染以及減小車輛安全隱患。

車聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)的設(shè)計一、信息交換協(xié)議模型設(shè)計車輛內(nèi)部的動態(tài)數(shù)據(jù)包括車輛本身的參數(shù)（例如車輛的位置、車速、車距、溫度和油費等），引擎的操作參數(shù)（例如氣缸壓力、機械和電控空氣、燃料的攝入量和各