汽车智能化设计技术

1、汽车现代设计方法课程论文题 目：汽车智能化设计技术学院 工程技术学院 专业 车辆工程 姓名 李志 指导教师2013 年 月 5 日目录摘要：2关键字：2一、自适应巡航系统21巡航控制系统42ACC的作用与工作原理43ACC的关键技术531 雷达的性能532 目标车辆的识别和跟踪54ACC系统当前要解决的问题65ACC的发展趋势751 传感技术752 完善现有的功能，集成化753 全速范围的自动起步技术7二、夜视系统71主动式红外夜视技术92被动式热成像技术93主动式与被动式夜视技术比较94图像处理技术105汽车夜视系统发展10三、汽车自动驾驶系统研究设计101自动驾驶系统简介112自动驾驶系统

2、原理及设计结构113软件部分11四、结束语11五、致谢12参考文献：12汽车智能化设计技术摘要：近些年来，汽车智能化技术正在逐步得到广泛的应用，这项技术使汽车的操作性更简单，行驶安全性也更好。越来越多的企业开始涉足这块领域，将尖端的IT技术运用到汽车领域中，为消费者驾车出行带来更多美好体验。据统计，近五年来，汽车产业领域超过90%的创新都与汽车智能化系统相关。汽车全球卫星定位系统(GSP)、汽车惯性导航系统(INS)、智能巡航系统(ICC)、各种雷达避撞系统纷纷登台。车联网除了可以提供行车安全、停车引导等应用信息外，还可以轻易开发出娱乐、远程通信等功能，汽车智能化系统改善交通安全已得到广泛认可

3、，汽车智能化应用也将是未来汽车安全产品的发展趋势。关键字：汽车，智能化，自适应巡航系统，夜视系统，自动驾驶一、自适应巡航系统自适应巡航控制系统是一种智能化的自动控制系统，它是在早已存在的巡航控制技术的基础上发展而来的。在车辆行驶过程中，安装在车辆前部的车距传感器（雷达）持续扫描车辆前方道路,同时轮速传感器采集车速信号。当与前车之间的距离过小时，ACC控制单元可以通过与制动防抱死系统、发动机控制系统协调动作，使车轮适当制动，并使发动机的输出功率下降，以使车辆与前方车辆始终保持安全距离。自适应巡航控制系统在控制车辆制动时，通常会将制动减速度限制在不影响舒适的程度，当需要更大的减速度时，ACC控制单

4、元会发出声光信号通知驾驶者主动采取制动操作。当与前车之间的距离增加到安全距离时，ACC控制单元控制车辆按照设定的车速行驶。1巡航控制系统按司机要求的速度合开关之后，不用踩油门踏板就自动地保持车速，使车辆以固定的速度行驶，采用了这种装置，当在高速公路上长时间行车后，司机就不用再去控制油门踏板，减轻了疲劳，同时减少了不必要的车速变化，可以节省燃料。巡航控制系统英文名称为Speed Control System或Cruise Control System，这是一种减轻驾车者疲劳的装置。当汽车在长距离的高速公路行驶时，启动巡航控制系统就可以自动将汽车固定在特定的速度上，免除驾车者长时间脚踏油门踏板之苦

5、。同时，它还能在巡航状态下对预定的车速进行加速和减速的调节。在上世纪60年代的美国，巡航控制系统已经广泛应用在汽车上，目前国内生产的一些中高档车如帕萨特、雅阁等也都安装有巡航控制系统。另外，巡航控制系统还有节省燃料和减少排放的好处，因为汽车都有对应的经济速度，当驾驶者将巡航控制系统调置在经济速度上就可以起到省油的作用。2ACC的作用与工作原理ACC的英文全称是“Adaptive Cruise Control”，中文意思是“自适应巡航控制”。 自适应巡航控制系统是一种智能化的自动控制系统，它是在早已存在的巡航控制技术的基础上发展而来的。在车辆行驶过程中，安装在车辆前部的车距传感器（雷达）持续扫描

6、车辆前方道路，同时轮速传感器采集车速信号。当与前车之间的距离过小时，ACC控制单元可以通过与制动防抱死系统、发动机控制系统协调动作，使车轮适当制动，并使发动机的输出功率下降，以使车辆与前方车辆始终保持安全距离。自适应巡航控制系统在控制车辆制动时，通常会将制动减速度限制在不影响舒适的程度，当需要更大的减速度时，ACC控制单元会发出声光信号通知驾驶者主动采取制动操作。当与前车之间的距离增加到安全距离时，ACC控制单元控制车辆按照设定的车速行驶。巡航速度控制是按驾驶员的意愿设定车速并保持等速行驶，所以也称设定速度控制。与巡航速度控制不同的是，自适应巡航速度控制是当本车前方无行驶车辆时，本车将处于普通

7、的巡航行驶状态，ACC系统按设定车速对车辆进行匀速控制。当本车前方有目标车辆，且目标车辆的行驶速度小于设定速度时，ACC系统将控制本车进行减速，确保两车间的距离为所设定的安全距离，减速至理想的目标值之后采用跟随控制。与目标车辆以相同的速度行驶，当前方的目标车辆发生移线，或本车移线行驶使得本车前方又无行驶车辆时，对本车进行加速控制，使本车恢复到设定速度并匀速控制。当驾驶员参与车辆驾驶后，ACC系统将自动退出对车辆的控制。3ACC的关键技术31 雷达的性能雷达的功用是测知相对车距 、相对车速 、相对方位角等信息 , 其性能的优劣直接关系到 ACC 系统性能的好坏 。 当前应用到 ACC 系统上的雷

8、达主要有单脉冲雷 达 、微波雷达 、激光雷达以及红外探测雷达等 。 单脉冲雷达和微波雷达是全天候雷达 , 可以 适用各种天气情况 , 具有探测距离远 、探测角度范围大 、跟踪目标多等优点 。 激光雷达对工 作环境的要求较高 , 对天气变化比较敏感 , 在雨雪天 、风沙天等恶劣天气探测效果不理想 , 探测范围有限 , 跟踪目标较少 , 但其最大的优点在于探测精度比较高 , 价格低 , 易 于控制和进行二次开发 。 红外线探测在恶劣天气条件下性能不稳定 , 探测距离较短 , 但价格便宜。 无论使用何种类型的雷达 , 确保雷达信号的实时性处理是要首先考虑的问题 。 随着汽 车电子技术的迅速发展 ,

9、现在大都利用 DSP 技术来处理雷达信号 , 应用 CAN 总线输出雷达信号 。 32 目标车辆的识别和跟踪雷达只能将它所探测到的物体信息传递给 ACC ECU , ECU 要根据传来的信息进行识别 , 从中确定一主目标用做 ACC 控制中的参照物 , 依据两者 间的相对运动及距离控制主车的行驶速度。 主目标是可变的 , 不同厂商开发的 ACC 系统对 主目标的选取模式是不同的 , 一般 ACC 系统将与主车间距离最近的车辆视为主目标 , 而有些系统则将与主车位于同一车道上距离最近的车辆视为主目标 。 ACC 系统不但要确定主目 标 , 而且还应该能够对其进行跟踪 , 无论是弯道还是上下坡道都

10、要保证主目标的一致性 , 以 减少系统的误报率 . 对主目标进行跟踪的另外一个好处就是可以根据主目标的运行情况来预 测出主车在未来时间内运行状态 。 例如 , 主车现沿直道行驶而此时主目标车辆已进入弯道 , 由于 ACC 系统可对主目标进行跟踪 , 故不会将正前方的护栏或旁车道上的车辆视为主目标 , 从而避免了误报的产生 ; 同时主车根据主目标的运行轨迹判断出前方是弯道路况 , 可以使主 车提前做好减速转向的准备。 当前 ACC 系统对目标的识别判定技术上已经有了很大进展 , 但对主目标的跟踪以及 ACC 系统与习惯性驾驶之间的矛盾等问题还有待解决。4 ACC 系统当前要解决的问题 车辆的主动

11、制动 . 由于车辆在道路中行驶状况十分复杂 , 使 ACC 系统对主目标的识别十分困难 , 误报率 很高 . 当前为了解决这一问题所采取的措施包括在车辆前部加装一个红外成像系统 , 将所成 的平面图像提供给驾驶员进行参考以及记录车辆在每一时刻相对于主车的位置 , 对车辆进行 实时跟踪 、预测 . 现在对目标车辆的跟踪研究还只局限于一维的水平上 . ACC 通过雷达只 能进行水平方向上的弯道跟踪或竖直方向上的上 、下坡道跟踪 . 日本丰田公司开发的 ACC 系统 , 通过将激光雷达扫描回来的图像在竖直方向上进行分割 , 初步实现了对目标车辆上下 坡道的判别与跟踪。Bosch 公司正在研制的 AC

12、C 系统 , 利用微波雷达来探测 、记录目 标车辆的位置 , 再利用这些位置信息分析和判断目标车辆的行驶路线 , 目前这项研究还只限 于对水平弯道的识别 . 虽然这两项研究取得了一定的成果 , 但离实际应用还有一段距离 . ACC 系统对车辆速度的调节主要是通过控制发动机节气门开度和自动降低档位来实现 的 1218 . 但是由于节气门和换档调节在时间上有一定的滞后 , 当主车前方有车辆并入或有 其它紧急情况发生时 , 这样的速度调节不足以为驾驶员提供充足的第一反应时间 , 因此 ,ACC 系统应该与车辆的制动系统直接相连 , 具有主动制动功能 .5ACC的发展趋势51 传感技术由于电子技术的进

13、步可生产出更紧凑、更加集成的器件，所以ACC系统的传感器和电控单元的外形尺寸将缩小到比现有的安装空间小一半多。为了能在狭窄弯道的乡村公路上也能使用ACC系统，需要将传感器识别范围扩大一倍。52 完善现有的功能，集成化完善现有的功能是为了使未来的ACC系统在选择目标时更可靠，具有更好的控制适应性，在变换车道及弯道时具有和谐的控制性能。集成化有助于降低成本，增强各系统间的内在联系，充分利用各种车辆信息，从而提高系统的稳定性和可靠性。53 全速范围的自动起步技术至今的ACC系统在车速低于30 kmh的稠密交通情况下会自动关闭。全速范围的自动起步技术使ACC系统能在近距离范围快速识别本车前面的障碍物，

14、当前面行驶的汽车再次起步时，用摄像系统得到的有用信息在没有驾驶员操纵下可完全自动起步。这要求ACC系统具有更好的近距离探测能力，更快的信号处理功能，更迅速的系统反映。这样既使在堵车情况下也无须驾驶员参与，只需操纵车辆的转向即可，驾驶员可以完全从烦琐的驾驶操作中解放出来。二、夜视系统夜视是指在黑暗隋况下看东西的能力。无论是通过生物或技术手段，使夜视成为可能需要满足两个条件，一是具有足够的光谱范围、二是要具有足够的光谱强度。人眼本身是一个极好的光学系统，但仅对波长为380-780 nlTl一段范围很窄的可见光谱产生光谱响应。在晚上，70的光谱是处于红外范围的。在月光和星光下典型的光谱分布，基本上，

15、红外光谱占有大部分，在星光下，可见光谱已经很少， 因此人类的眼睛不具有夜视功能。若想在夜间看到东西，就需要借助于夜视系统。根据夜视系统本身是否带有红外辐射源而有主动式和被动式之分，前者叫做主动式红外夜视技术，后者则称为被动式热成像技术。图所示为主动式汽车红外夜视系统，主要由红外照射灯、CCD摄像机、图像处理系统及车载显示器组成。红外照射灯发射出红外光，物体反射后，被车载CCD摄像机所接收，转化为图像信号，经过图像处理系统，就可以在显示器上显示出来。被动式汽车红外夜视系统则不具有主动发射源，只接收物体自身发出红外光。一般的汽车前照灯只能照射80 m左右，而夜视系统至少可看剑几百米以外的路况信息，

16、耗电量却是前照灯的四分之一。由于能在更远的距离发现前方的行人，凶此驾驶员有足够的时间做出反应。另一方面，由于采用的是红外传感技术，即使打开汽车前照灯也不影响图像的显示，迎面驶来汽车的强烈车灯光线也不会造成夜视系统致盲。特别是夜晚两车相会时， 双方驾驶员可通过夜视屏观察前方路况， 以避免刺眼的眩光 。1主动式红外夜视技术把景物反射的或自身辐射的红外辐射图样，转换成人眼可观察图像的技术称为红外成像技术。以红外辐射源照射物体，利用反射来的红外辐射得到被照物体的像，称为主动式红外成像 。2被动式热成像技术任何绝对零度以上的物体都具有热辐射本领，辐射体的温度不同其辐射的能量及波长成分也不同。科学试验证明

17、，光的热效应是由紫光到红光逐渐增大的，而且热效应最大的位于红光的外面，称之为“红外光”。热成像系统的作用就是基于日标与背景的温度及辐射发射率的差异， 利用辐射测温技术对目标逐点测定辐射强度，而形成町见的目标热图像 。利用物体自身发射的红外辐射摄照物体的像，称为被动式红外成像。3主动式与被动式夜视技术比较Tsimhoni(2004)等人比较了使用近红外和远红外辐射技术对行人的探测，结果表明远红外辐射夜视仪具有更大的优势，因为行人的辐射热量大，适宜远红外探测技术。Parkes，Ward，and Bossi(1995)研究则表明远红外探测技术太过于依赖热量，因此可能导致不可预知的结果。4图像处理技术

18、对近红外传感器，需要降低眩光效应和增强图像对比度(Rumar，2002)。智能自动图像处理技术是一种更加先进的技术，可以对远红外传感图像的低对比度起补偿作用，可以用于检测和增强热物体的轮廓(Bertozzi，Broggi，Pascoli，Graf,&Meinecke，2004)。在一个基于知识分类的处理进程中，可以用电脑程序加以辨认物体，举例来说，可以辨认行人。甚至可以将可获得的光学和声学信号结合起来处理，增强认知性，可以进一步防止危险。5汽车夜视系统发展目前，国外的很多高级汽车上都采用了汽车夜视系统。美国Cadillac车的夜视系统使用热成像技术。人类、动物和行驶中的车辆与背景相比热

19、量较高。夜视系统的功能就是将物体发出的热量通过特殊的装置收集起来，转换成为人类肉眼可见的图像。是采用非冷却焦电型热影像电极(UFPA)传感器和液晶显示设备抬头显示器(HUD)所组成。该系统可帮助驾驶者看见使用汽车远光灯无法清楚辨识的物体，是以抬头显示器的单色虚拟图像投影于前保险杆附近的位置，驾驶者可将此虚拟图像当作前方视野的一部份来注视而不会妨碍到驾驶者的视野，在观看虚拟图像时，无须移动视线或改变视线的焦点 。三、汽车自动驾驶系统研究设计1自动驾驶系统简介自动驾驶系统是使汽车工作在发动机有利转带范围内，减轻驾驶员的驾驶操纵劳动强度，提高行驶舒适性的汽车自动行驶装置。自动驾驶系统英文为cruise control system，缩写为CCS。自动驾驶系统又称为巡航行驶装置、速度控制系统、恒速行驶系统或巡行控制系统等。2自动驾驶系统原理及设计结构汽车电子自动驾驶系统，有相连的发射器、接收器、电磁执行器和常闭断电开关，发射器有PT2262L编码芯片电路，其四个数据输入端分别连有解除开关、定速开关、减速开关和加速开关。3软件部分控制模块U(STC12LE5201AD)由单片机完成，具有稳压作用，同时写有程序,对整机进行控制。四、结束语