车辆智能防撞预警系统的研究与发展_图文

1、车辆智能防撞预警系统的研究与发展Research and Development of Vehicle Intelligent Collision Warning System撰文/钱卫东刘志强汽车防撞研究已经成为世界性课题。本文先对汽车智能防撞预警系统的原理进行分析,再结合国内外现有的汽车防撞预警系统,对它们的原理、特点、缺陷等方面进行分析,最后总结提出了汽车智能防撞预警系统的发展方向。The research of Vehicle collision avoidance has become a worldwide subject.In this paper,the principle o

2、f Vehicle Intelligent Collision Warning System(VlCAMis analyzed.Then,the principles,characteristics and flaws of the existing VlCAM both at home and abroad are analyzed.At last.the development trend of VlCAM are St士汽车交通事故中,碰撞是最1土主要的事故类型。汽车发生碰撞交通事故的起因多种多样,如驾驶员疲劳、酗酒、注意力不集中等人为因素和天气恶劣、道路因素、车辆故障等客观因素。据粗略

3、统计,有70%一90%的交通事故是由驾驶员操作失误所致。如何有效地防止汽车碰撞事故的发生,克服驾驶员的人为因素非常重要。车辆智能防撞预警系统(Vehicle Intelligent Collision Warning System是实现这一功能的重要手段。车辆智能防撞预警系统的原理车辆智能防撞预警系统能够在事故发生前提醒驾驶员注意.以及在紧急状况下帮助驾驶员采取安全措施控制汽车,使汽车能主动避开危险,保证车辆安全行驶。系统利用现代信息技术、传感技术来扩展驾驶员的感知能力,将感知技术获取的外界信息(如车道标志线、与其它障碍物、车辆的相对距离、相对速度等参数传递给驾驶员,同时在路况与车况的综合信息

4、中辨识是否构威安全隐患,发现隐患及时提醒驾驶员。研究证明,危险情况时。如果能多给驾驶员半秒钟的预处理时间,则可分别减少追尾事故30%、路面相关事故50%、迎面撞车事故60%。如果能够在事故发生前及时提醒驾驶员注意紧急状况.对减少交通事故发生无疑是非常有用的,而车辆碰撞预警系统是实现技术与应用APA(No 320099 Research and Development of Vehicle Intelligent Collision Warning System这一功能的重要手段。对于汽车驾驶员来说。复杂的道路交通环境、相对原始简单的操控条件,使得驾驶员首先要观察周围复杂的交通环境,再经过大脑的

5、分析和决策,最后操纵车辆。实现车辆行驶状态的控制。繁重的驾驶任务,使得驾驶员出错的可能性很高。此外,驾驶员获取汽车行驶状态信息、交通环境信息及辅助主动安全决策等方面缺乏及时性和准确性,致使安全决策滞后,易引发交通事故。智能车辆是一个集环境感知、规划决策、操作控制等功能于一体的智能体,通常可以完成一项或多项驾驶任务.如道路识别和跟踪、障碍物识别和跟踪、车辆状态估计、车辆检测和跟踪、车辆横向和纵向运动控制、巡航控制、超车控制等。智能车辆安全构建的基本思想是将“人一车一环境”作为一个整体考虑,通过车载电子装置使车辆具有自适应调节控制的安全辅助驾驶功能。安全驾驶支持系统(车辆控制和危险预警系统是实现这

6、一目标的主要途径。该系统主要包括障碍物及周围车辆警报系统、视觉支援系统、车间距检测及控制系统、自动20099(No.3APA技术与应用巡航控制系统、加速/偏航及车道自动跟踪系统、驾驶员状态探测及驾驶资格检测警报系统、驾驶员突发病自控系统、汽车技术状况监测系统等,实现交通(人一车一路一交通环境状态检测、安全情报提供、分级警告、预测以及控制功能。车辆智能防撞预警系统的研究进展智能防撞系统主要涉及车道偏离检测、车间距检测系统和驾驶员注意力检测的系统设计和检测技术等三个方面。(1驾驶员注意力检测技术早期的驾驶疲劳检测主要从医学角度出发。依靠各种医学仪器对驾驶员各项指标进行测量,例如脑电图(EEG、眼电

7、图(EOG、肌电图(EMG、呼吸气流(鼻声传感器、呼吸效果(胸腔部传感器、动脉血液氧饱和(手指探针时的体温(用红外线耳朵探针获取和心电图EKG(开车和睡眠时等测量方法。这些方法测量比较准确,但是一般在驾驶前或驾驶后进行,时间上非超前即滞后,并且在驾驶室有限的空间内安置复杂的检测仪器也十分困难。考虑到上述研究方法的种种弊端,研究一种车载的、实时的、客观的驾驶员注意力检测装置成为科研工作者积极追求的目标。最近几年一些典型的实验型产品和研究思路如下:日本日产汽车公司研制出一种能自动提醒驾驶员驾车时不要打磕睡的电子报警系统。驾驶员的眨眼次数、频率与人当时的清醒程度有直接关系,如果驾驶员眨眼的次数过多,

8、系统的电子报警器就会鸣响。日本电脑便民公司最近开发出一种及时提醒驾驶员注意的软件.可以防止事故发生。这个仪器是在转向盘上安装导电性强的探测装置,可以感知手握转向盘时的脉搏跳动。车上搭载的软件随时给予解析。通过数据判断精神压力、情绪紧张、注意力不集中、瞌睡等精神和生理的状况,超过一定的指标。软件将通过各种装置向驾驶员自动发出警告。日本东京大学研制出的疲劳测试器.可戴在驾驶员的手腕上。该测试器内部装有一小型氧气电池电极。能测量驾驶员汗液中的乳酸、氨和酒精含量,然后通过小型无线电发射器把数据传送到研究中心。研究中心通过电脑分析,判定驾驶员的疲劳程度,及时向驾驶员发出警告,避免交通事故的发生。英国Lo

9、ughbo rough大学 睡眠研究中心的科学家研制了车辆智能防撞预警系统的研究与发展(监控加速踏板上的压力状况、眼睑传感器(监控眼睑眨动持续的时间、汽车速度传感器(监控汽车行驶的速度。负责这项技术开发的法国图卢兹西门子VDO汽车公司(现被大陆汽车收购,在这项研究工作的总投资是1700万法郎,主要是对车上安装这一套装置的可行性进行研究。目前国内一些高校如吉林大学、山东大学等进行了类似的研究,而西南交通大学、重庆大学等则开展了驾驶疲劳机理的研究。纵观国内外的发展现状,研究一种名为“疲劳驾驶员警报系统膜材料、传感器等,驾驶员需要在如何利用机器视觉技术、图像处理(ASTiD”的新型电子设备。ASTi

10、D手腕上佩戴一个生物统计测量表,技术、人脸识别技术和PERCLOS 系统通过监控驾驶员在驾驶中表现以测量其脉搏变化,而安装在车上疲劳检测方法相结合,开发出实用出的疲劳迹象进行工作。该系统将的摄像头将监测汽车的速度,变速的市场所能接受的驾驶疲劳检测系一些常见因素作为参考系数,如:频率以及和前车的距离,所有这些统是当前的一个研究热点。随着计由于驾驶员睡眠造成的交通事故高传感监控数据都将汇总到车载电脑算机图像技术和信号系统的高速发发期、车辆行驶状况及驾驶员持续中.电脑对驾驶员的精神状态做出展,研究PERCLOS与DSP相结合驾驶的时长等。一旦驾驶员昏昏欲快速评估,并迅速启动应对程序。的方法已经成为当

11、前疲劳检测研究睡,声音和图像警示器将对他们提7Z德国人发明了一种奇特的的个目标。出警告。眼镜,这种眼镜有一个灵敏的光(2道路检测技术澳大利亚墨尔本奥斯汀医院电开关,与驾驶室里的电灯和声近10多年来,作为世界交通运的睡眠专家马克霍华德带领一音发生器连接。驾驶员在途中打输领域的研究热点,基于机器视觉个科研小组研制了一种疲劳警示磕睡,眼镜里的光电开关会自动的车辆自动(或辅助驾驶系统采用器,可以尽早对驾驶员提出疲劳警接通电源,使驾驶员眼前的灯光图像处理和计算机视觉技术检测路告。马克霍华德进行的试验显发亮,引起驾驶员警觉。如未奏面、交通标志、其他车辆、行人以示,在疲惫的早期阶段,驾驶员会效,声音发生器会

12、发出更大的声及交通事故等道路环境状况,以保对来车与红灯等刺激反应缓慢,为音。如驾驶员仍未清醒.开关会证车辆以安全的车距和合适的车速此,这种眼镜式的警示器里安装了接通制动器,强制停车。行驶在正确的车道上,并能对一些红外线传感器.能测量眼睑的活动8法国的一些研究机构在联手异常状况进行及时处理。实现这类和眨眼的速度,然后在驾驶员还没研制一种监测驾驶员注意力下降的系统面临的关键问题就是女u'i.-f实现意识到自己已经疲劳的时候对他系统,它可以通过声音或光信号快速准确地从车载传感器获取的视们提出警告。提醒驾驶员。他们计划用五种传频图像中检测到车道和前方的障碍奄瑞士的一家汽车设计公司则感器:视频传

13、感器(用来不问断的物。为了解决这个问题,国内#I"tE 专门针对疲劳驾驶推出了一种驾驶测量并分析汽车与旁侧车道白线间多研究人员都进行了深入研究并取室。该驾驶室采用了最新的“灵敏的距离、转向盘传感器(监控转向得了很多可喜的研究成果,这些研表面技术”以及各种先进的发光薄盘的活动情况、加速踏板传感器究具有很大的潜在应用价值。技术与应用APA(No320099Research and Development of Vehicle Intelligent Collision Warning System过去的10多年里,国外的学者已经成功开发了些基于视觉的道路识别和跟踪系统。其中,具有代表性的

14、系统有:LOIS系统、STAR 系统、GOLD系统、RALPH系统、SCARF系统和ALVINN系统等。国内研究相对较晚,有南京理工大学、.北京理工大学、浙江大学、国防科技大学、清华大学等多所院校联合研制的军用智能车辆7B.8系统;清华大学计算机系智能技术与系统国家重点实验室在国防科工委和国家863计划的资助下研制的THMR(Tsinghua Mobile Robot系列智能车辆系统;吉林大学智能车辆课题组已经完成的视觉导航高速智能车JUTIVIV系统都具有道路检测功能,但是弯道检测功效较低,系统过于庞大,尚未满足车载嵌入式以及高速行驶状况下实时检测的要求。(3多传感融合检测技术现有单的传感器

15、普遍存在着有效探测范围小、数据可靠性低等缺点。在实际应用中IF往使用多种传感器共同工作,并采用传感器融合技术对检测数据进行分析、综合和平衡,利用数据问的冗余和互补特性进行容错处理,以求得所需要的环境特征。所谓多传感器融合MSlF(multisensor information fusion,是指将多个传感器在空间或时间上的冗余或互补信息或来自同传感器的多特征信息,依据某种准则进行合威(集成和融合,形成对环境某一特征的一致性描述或解释。其出发点是充分利用多个传感器资源,获得比每个单一传感器更多、更可靠的信息。使用这种方法,可使环境信息具有冗余性、互20099(No3APA技术与应用补性、实时性和

16、低成本的特点。以多传感融合技术为基础的车辆安全防撞技术有着重要的理论价值和应用价值。美国德尔福公司的汽车防撞系统就采用了激光雷达、微波雷达和机器视觉等多种传感器的信息融合,实现了信息分析、综合和平衡,利用数据问的冗余性和互补特性进行容错处理,克服了单一传感器可靠性低、有效探测范围小等缺点,有效地降低雷达误报率。由于多传感器信息融合系统采用了多种传感器,能够从不同的时间和角度对目标进行感知,因此多传感器融合系统较单传感器系统有如下优点:q冗余性、互补性、及时性;提高了系统的可靠性和鲁棒性;但在时间上和空间上扩展了观测的范围;/4增强了数据的可信度;售提高了系统的分辨能力。目前,我国对于车辆防撞技术的研究还处于对国外成果的引进、消化、吸收阶段。研究展望综合以上情况来看.国内外研制出的带有防撞功能的智能车辆限于计算机体积、传感器的成本,导致系统难以做到结构简单、体积轻巧而且价格低廉。况且由于汽车行驶环境复杂多变、干扰因素众多,在实验室中制造样机时。对许多因素考虑不够全面,导致其在实际应用中工作效果不佳,不能令人满意。因此许多汽车制造商也对研究部门提出建议和要求,认为就目前而言,汽车防撞系统不必完成过于复杂的功能,只要具有向驾驶员提供实时准确危险警报的功能,为驾驶员争取一定的反应时间就可以了,而且这样还可以降低成本和简化系统结构。以上大多数的车道偏离系统都是基于机器视觉