5智能车辆与智能交通运输

1、1第五章 智能车辆与智能交通运输智能交通系统(ITS)主要由以下六个具有相互联系的子系统组成，即：先进的交通信息系统；先进的交通管理系统；先进的车辆控制系统；先进的公共交通系统；先进的商用车辆运营系统；先进的乡村运输系统。2第一节：现代汽车智能新技术第一节：现代汽车智能新技术 随着电子信息技术的飞速发展，形形色色的智能技术在汽车上得到广泛应用，充分体现出其安全、舒适、方便、快捷的优越性能。31。汽车智能避撞系统汽车智能避撞系统 汽车避撞技术首先解决的问题是汽车之间安全距离。汽车与汽车之间超过了这个安全距离。就应该能自动报警，并采取制动措施。 目前测定汽车之间安全距离的方法有超声波测距、微波雷达

2、测距、激光测距超声波测距、微波雷达测距、激光测距等。4超声波测距超声波测距。超声波发生器不断地发射出40kHz的超声波，当遇到障碍物后反射回反射波，超声波接收器接收到发射波信号，并将其转换成电信号。微波雷达测距就是利用目标对电磁波反射来的三维信息发现目标并测定其位置。激光测距的工作原理与微波雷达测距相似，具体的测距方式有连续波连续波和脉冲波脉冲波两种。超声波汽车倒车避掐报警器是利用超声波回声测距的原理，测量车后一定距离内的物体，这种新型避撞报警器可以及时显示车后障碍物的距离和方位，显示范围为0.59.9m，当距离大于2m时显示车后障碍物的方位；当距离小于2m时，除了显示其方位外，还可按照3段距

3、离分别给出3种报警信号，以警示司机3种不同程度的紧急状态，使司机据此做出相应措施，防止事故的发生。5 汽车避撞雷达。汽车避撞雷达。 利用电磁波发射后遇到障碍物反射的回波，对其不断检测和计算与前方或后方障碍物的相对速度和距离、经过分析判断，对构成危险的目标按程度不同进行报警，以按制车辆自动减速，直到自动刹车。汽车避撞雷达的主要功能为测速测距，对前方100m内危险目标提供声光报警；兼备汽车黑匣子功能；自动巡航；紧急情况下自动刹车。装有艘按雷达的汽车上了高速公路以后，驾驶员就可以启动车上的避撞雷达。雷达选定好跟随的汽车以后，被跟随的汽车就成了后面汽车的“目标车”，无论是加速、减退，还是停车、启动，后

4、面的汽车都能在瞬间之内予以模仿。若前车在行驶一段时间之后，不再适合于自己的“目标车”，驾驶员可以重新选择另一辆“目标车”。6扫描式激光雷达。扫描式激光雷达。最早的激光雷达都是发出多股激光光束，并依靠前行车反光镜的反射时间来测定其距离。但是由于要对前方车辆进行辨别，因此开始采用扫描式激光雷达。这样，不但至前方车的距离可测，而且其横向方向的位置也可以检测出来。此技术的进一步发展，可使扫描角度成360，若在车辆4角设置类似的扫描式激光雷达，那么车辆四周的障碍物都可以测出。7智能测距防碰撞系统智能测距防碰撞系统。该系统可以按照自身车速确定前方车辆的安全距离，当车辆进入危险区域时，自动巡航系统会自动启动

5、，避免发生事故。当汽车与汽车之间的间距小于设定的安全距离时，该系统能自动报警，并采取制动措施。目前，测定汽车之间安全距离的方法有3种：超声波测距、超声波测距、微波雷达测距微波雷达测距激光测距激光测距。8 (2)汽车智能汽车智能“黑匣子黑匣子” 汽车智能“黑匣子”能客观地记求机动车辆发生车祸前司机的操作过程，有效地提供驾驶员在事故发生前作出的种种反应。据称，交通事故处理部门安装这种系统后，可随时对穿行在各条公路上的所有汽车进行实时监控，一旦发小车祸，离事故发生地点最近的交通事故处理中心可以在几秒钟之内获取撞车的行驶速度、车内乘客伤亡情况等信息。由于这一技术的工作原理与飞机上的黑匣子类似，所以又称

6、其为“黑匣子”。车祸发生后，该黑匣子会自动引开，利用传感器记录下汽车的行驶速度以及出车祸时汽车的撞击位置，然后将这些信息传给中央通信系统。黑匣子内嵌有全球定位系统，该系统具有数据处理与传输功能。9 3 汽车智能驾驶系统汽车智能驾驶系统 汽车智能驾驶系统相当于机器人，能代替人驾驶汽车。它主要通过安装在前后保险杠及两侧的红外线摄像系统对汽车前后左右的一定区域进行不停的扫描和监视，通过车内计算机、电子地图、光化学传感器等对红外线摄像机传来的传导进行分析计算，并根据道路交通信息管理系统传来的交通信息发出指令，代替人的大脑指挥执行系统操纵汽车。104 汽车智能轮胎汽车智能轮胎 轮胎内装有计算机芯片或将芯

7、片与轮胎相连接计算机芯片在行驶状态下能自动监控并调节轮胎的温度和气压，使轮胎在不同条件下都能保持最佳的运行状况，既提高了安全系数又节省了开支。更为先进的智能轮胎还能在探测出结冰的路面后变软，使牵引力更好；在探测出路面的潮湿程度后，还能自动改变轮胎的花纹，以防打滑。11 汽车智能悬架汽车智能悬架 智能悬架系统由电子装置控制，可根据路面情况，调节悬架弹性元件的刚度和减振器的阻力，使振动和冲击迅速消除。此外，智能悬架还可以自动调节车身的离地高度，即使汽车在崎岖的路面上行驶也可顺利通过路面障碍，使乘客感觉平稳和舒适。12 6 汽车智能钥匙汽车智能钥匙 奔驰LK双门轿车已采用了智能钥匙。这种智能钥匙能发

8、射出红外线信号，既可打开车门、行李箱和燃油加注孔盖，也可以操纵汽车的车窗和天窗。更先进的智能钥匙则像一张信用卡，当司机触到车门把手时，中央锁控制系统开始工作，发射出一种无线查询信号，智能钥匙作出正确反向后，车锁便会自动打开，而且只有当中央处理器感到智能钥匙卡在汽车内时，发动机才启动。13 7 汽车智能安全气囊汽车智能安全气囊 汽车智能安全气囊是在普通安全气囊的基础上增设传感器和与之相配套的计算机软件，其质量传感器能根据质量感知是大人还是小孩，其红外线传感器能根据热量探测座倚上是人还是物体，其超声波传感器能探明乘员的存在和位置等。计算机的软件则能根据乘客的身高、体重、所处的位置、是否系安全带、汽

9、车碰撞速度、碰撞程度等，及时调整气囊的膨胀时机、膨胀速度及膨胀程度，使安全气囊对乘客提供最合理和最有效的保护。148 汽车智能空调汽车智能空调 智能空调系统能根据外界气候条件，按照预先设定好的指标对车内的温度、湿度以及空气清洁程度进行分析、判断，及时自动打开制冷、加热、去湿及空气净化装置并调节出适宜的车内空气环境。在先进、安全的汽车上，空调系统还能与其他系统配合发挥更好的作用。15 9 汽车夜视系统汽车夜视系统 英国牛津大学发明了汽车夜行器。本系统利用红外线技术能将黑暗变得如同白昼，使驾驶员在黑夜里看得更远更清楚。夜视系统的结构出两部分组成：一部分是红外线摄像机，另一部分是挡风玻璃上的光显示系

10、统。装上这种夜行器后，司机通过光显示系统可像白天一样看清路况。当两车交会时，它可以大大降低前方汽车灯强光对司机视觉的不良刺激，还可以提高司机在雾中行车的辨别能力。为看清车后的情况，研制人员又研制出一种新型后视镜，当后方来车的大灯照在前车的后视镜上，自动感应装置可随之使液晶玻璃反光镜表面反光柔和，使驾驶者不眩目。1610 司机分神监视系统司机分神监视系统 澳大利亚一家公司研制出一种装在汽车仪表盘上的监视系统。它能利用目光跟踪技术判断司机是否在注意路况，在司机打磕睡时，及时发出提醒。这种监视系统采用两个摄像机，可持续观察司机的面部，包括耳朵、鼻子、下巴的方位，据此来计算眼睛所处的位置，追踪其眼睛和

11、虹膜的状态。然后将当前虹膜的形状与计算机模型对比，分析司机的视线方向。误差在3以内，这一精度足以判断司机是否注意路面。17 11 智能式前照灯智能式前照灯 随着电子技术的不断发展，及其在汽车上应用的日益增多，人们看到开发智能或前照灯的必要性与可能性。目前，一些灯具系统供应商都在积极研究开发一种新的智能式，也可称之为适应式灯光系统。这种系统主要由各种传感器提供的信息，经计算机处理后，调节灯光。其目的是根据不同的天气条件(如下雨、大雾、下雪)、车辆行驶速度、道路几何状态、车流密度等，来改变光照的形状、其相对强度以及照射的方向。18 远光随车速而变，车速高则光照得远而且比较窄，当车速减慢则光照得近而

12、宽。根据加速踏板的位置或直接由车速数据进行处理。 自动高度调节以保持近光在一定高度，避免使迎面驶来的车辆眩目。这可以直接根据灯光在地面的分布来调节，也可根据车身相对车桥之间的间隙来调节。 转弯时改变照射方向。根据转向盘转角、车速、转向指标信号以及导航系统中的道路信息计算出前照灯的转角。1912 智能式车速控制系统智能式车速控制系统 这种系统也有称为适应性车速控制系统。在长途行驶中是十分方便有用的，驾驶员可以将脚离开加速踏板而自由活动。1997年在美国轿车上的装车率已达78.5，在轻型货车(包括面包车) 的装车率也达764。在欧洲应用还不普遍，仅占10。这是由于欧洲公路上车辆密度较大，不太容易保

13、持但定车速行驶。这种智能式车速控制系统，由于加装了雷达微波探测系统及高速微处理器，它可以探测到m处本车道上前面行驶的车辆。设定一个车速后，当行驶至靠近前车时，就会发出警告。同时自动降低发动机转速及开始制动有的结构还具有可与前车保持一定距离的3个定距离设定。20第二节智能交通运输第二节智能交通运输 一个有效的交通管理系统有几大作用 它不仅引导交通流动本身，进而提高运营效率。同时还有助于降低燃油消耗、废气和噪声排放，并且提高交通安全性。今天这些作用在一些城市已经部分实现，在这些城市里，有连续监控的信息板指出空闲的停车场地，并且人们在公共道路上尝试通过改进的交通信息站ARIAM(汽车驾驶员实测无线电

14、信系统)和EDS(无线电数据系统)来疏导交通。21一种交通体系的形成和发展，可能分几个阶段。第一阶段，向汽车驾驶员提供更频繁、更准确的 交通状况信息。第二阶段，驾驶员可得到个别指导使他在最短时间内到达目的地，这种指导将取决于当地交通状况。第三个阶段，将实现在长距离单路面条件下的自动驾驶。在所有情况下，均争取更好地利用现有道路网。221交通信息系统 对于市内交通，降低燃油消耗的相当大的潜力在于均街交通速度、即避免频繁停车和起步。采取这种方法可以节省多少燃油，降低多少废气徘放和噪声。23目前，报导交通阻塞的信息主要靠公共电台播送。几乎人人都能体会、这些报告往往来得太迟或不协调，因此它们的实际价值很

15、低。这些信息只有更贴切、更直接地向驾驶员提供具体行车路线。才能更有帮助。法兰克福附近的一个地区已试装了ARIM系统。其目的是尝试用该系统改进交通信息的针对性。该系统利用浅埋在高速公路路面的500个感应回路，监测主要交通干线从其它道路上的交通迷度。若要针对个别汽车提供相关信息，首先需要确定该汽车的位置。这可以通过利用RDS系统实现，这种系统传送的数字信息不能通过普通的VSF电台节日收听。但可以通过汽车收音机中的计算机芯片解码。用这种方法可以实现更有针对性的交通指导。24 这样一种车辆定位方法的原理。它可以测量来自3个发射器的RDS信号传播时间差为基础。在汽车中便实现了自定位。在汽车收音机中，需要

16、装一块特殊芯片并需要一个软件程序。发射器必须发射同步信号，车内收音机可以随时从接收的信号中选择至关重要的信息。25262行车引导系统行车引导系统 在对各种新的导航系统做过试验以后，一些可供装车的系统已经作为选装件在市场上出现。这些系统是独立的，不需要在高速公路上装备其它基础设施。更有针对性的信息、即交通相关信息、可以通过LISB信息系统(柏林导航和信息系统)得到。自1989年以来，有关部门一直在对LISB系统进行试验(参见图)。2728LISB系统包括装在车上的电子装置、信号柱(信标)的红外发送装置相接收装置以及交叉口上控制柜中的电子控制装置。这些外围装置均与交通引导计算机相连接。由于现有基础

17、设施得到充分利用。因此预计装配这种行车指示系统只需2的额外费用。车上电子装置的价格估计与一台高档汽车收音机相仿。车上装置的核心是导航计算机。在行车开始时，它从存贮器中读取目的地坐标。行路方向出指北针(磁场传感器)确定而行驶距离通过里程表(车轮脉冲传感器)获得，根据这些信息、定位装置不断确定汽车当时所在的位置。当汽车经过某个信标时，红外接收装置接收有关附近道路网络以及交道状况的信息。在整个行车过程中，记时器记录走过每个路段所用的时间以及在交通信号灯前的等待时间 其中包括从上一个信标之后遇到的所有信号灯。当到达下个信标时，这些信息便被传送给交通引导记算机。293列队自动驾驶系统列队自动驾驶系统 在

18、欧洲，许多城市都在试验前述的行车信息和引导系统，它们的复杂程度不一。另一个全然不同的领域是关于如何消除人的反应时间的延迟，如果没有这延迟，现有道路网的通行能力就可能得到更好的利用。当然、这就是说，汽车必须装备可以自动驾驶的装置。借助于电子测距装置、障碍传感器和计算机，有可能在这方面取得进展。 如图151a所示，把现有高速公路路面稍作不同的划分，就可以得到一条额外的车道，尽管很窄，但完全可作为自动驾驶车道。装有自动跟随和距离控制装置的汽车，可以在这条狭窄车道上自动行驶。如果自动跟随行驶的速度比一般正常驾驶更快，便会自发形成车辆列队行驶状况。303132 图表示出自动列队行驶的汽车所需的装置，如车

19、上传感器和计算机。根据连续不断的距离测量、车上的计算机随时给出校正指令，使距离得以保持。车与车之间通过无线电通讯协调动作，比如，当第一辆汽车的障碍传感器发现危险目标时，制动信号同时被传到列队行驶的其它车辆，所有汽车同时制动。人的反映时间消除了，车辆之间的距离可以缩短，因此现有公路通行能力增加了。3334 从技术角度来看，这样个系统实际上将增加道路安全性，而通过“自动驾驶”这一选择将扩展了汽车的使用方式。然而，仍有许多尚待解决的问题，特别是有关公众是否乐于接受以及设立相应法规制度等问题。总的说来，这一系统的忧点是很明显的： 更好地利用现有道路网络更好地利用现有道路网络。比如，目前规定以120 kmh行驶时的安全距离是60m。按自动列队行驶，在这60 m内可以再行驶5辆相互间隔2m的汽车。即使考虑汽车队列之间的安全距离，道路的通行能力也会成倍增加。35 解放驾驶员在自动驾驶