智能网联汽车概论-领域六 高级辅助驾驶系统

智能网联汽车概论

高级辅助

驾驶系统PART6

道路交通事故是全球公认的重大安全问题，每年有120万人死于交通伤害，而受伤者多达5000万人。如果不采取强有力的预防措施，未来20年中道路交通事故的死亡和受伤人数将增加65%左右。研究表明，近80%的碰撞是由于驾驶员事发前3秒的疏忽造成。因此，智能辅助驾驶系统成为大势所趋。该系统通过在车上搭载传感器，感知周围环境，并利用算法实现人类经验难以比拟的判断速度与精度，可以有效减少驾驶失误，降低交通事故率，最终实现无人驾驶。麦肯锡预测，智能驾驶是2025年决定经济的十二大技术之一，每年可挽回3-15万个生命。情景导入

智能辅助驾驶系统主要采用ADAS预警技术，它基于视觉图像分析和毫米波雷达相结合的高科技预警产品，能够即时分析前方汽车的运动状态，同时也能计算自驾驶车辆的情况，根据驾驶者的习惯，对行车过程中有可能发生驾驶危险时进行提醒。情景导入学习单元一ＡＤＡＳ预警类辅助驾驶功能

预警类辅助驾驶以提醒驾驶员为主要任务，主要包含驾驶员疲劳预警系统、前向碰撞预警系统、车道偏离预警系统、行人保护系统、盲点监测系统与夜视系统。一、预警类功能简述1.驾驶员疲劳预警系统

(１)驾驶人疲劳预警系统的组成(２)驾驶人疲劳预警系统的检测原理2.前碰撞预警（FCWS）

FCWS（ForwardCollisionWarningSystem），核心功能：提醒车主前方存在碰撞到车辆的危险。

前碰撞预警系统主要是基于智能视频分析处理的一种高级辅助驾驶系统，其原理是，通过动态视频摄像技术、计算机图像处理技术来监测并辨别车辆周围道路环境，可以用来监测车距预防追尾、前车碰撞预警、导航和黑匣子等功能，如图6-3。3.车道偏离预警（LDW）系统

车道偏离预警（LaneDepartureWarning）核心功能：车道保持，避免正常驾驶时压车道线，即识别车道线自动调整行驶位置的系统。车道偏离在在汽车行业的规范中有明确的规定，在偏离预警的过程中有预警等级的，对于车道线的弯道也是有识别距离的。车道偏离预警系统主要由HUD抬头显示器、摄像头、控制器以及传感器组成。当车道偏离预警系统开启时，摄像头（一般安置在车身侧面或后视镜位置）会时刻采集行驶车道的标识线，通过图像处理获得汽车在当前车道中的位置参数。当检测到汽车偏离车道时，传感器会及时收集车辆数据和驾驶员的操作状态，之后由控制器发出警报信号，整个过程大约在0.5秒完成，为驾驶者提供更多的反应时间。而如果驾驶者打开转向灯，正常进行变线行驶，那么车道偏离预警系统不会做出任何提示，如图6-4。4.行人保护（PCW）

行人碰撞预警（Pedestrianprotectionsystem）主要针对路面上的行人进行侦测识别，测算距离，避免碰撞行人，如图6-5。由于人的活动的不确定性比较大，参与道路交通的方式比较多，比如骑自行车、摩托车、蹬三轮等，再加之行人本身的多态，高矮、胖瘦、着装等参差不齐，造成行人的识别使用一般的方法的准确率都不高，误检测和识别比较多。传统使用的检测方法是hog特征+SVM，深度学习的效果比较好。5.盲区检测（BSD）

盲区检测（BlindSpotDetection）针对的是车辆两侧后方A柱子遮挡的部分进行的车辆检测，避免驾驶员因为视觉盲区无法看到盲区的车辆而造成误判变道，通过BSD可以帮助驾驶员更好的观察车辆两侧后方的车辆状态，如图6-6。二、驾驶员疲劳检测系统1.AttentionAssist

AttentionAssist是德系车驾驶员疲劳状态监测系统的代表，属于间接监测，如图6-7所示，它依据驾驶员驾驶行为、基于车辆状态参数检测驾驶员状态，例如车速、发动机转速、横摆角速度、侧向加速度、转向盘角速度和角加速度等及各信号的后处理参数，综合考虑以上因素进行分析计算得到驾驶员状态监测结果；AttentionAssist除覆盖正常行驶工况外还考虑外部干扰对疲劳监测的影响，例如侧风、路面凸起和斜坡等不均匀工况，使其适用范围更广、精度更高；AttentionAssist有效车速区间80-180km/h，在监测到驾驶员疲劳时会主动报警并在仪表盘上显示提示信息，已于2011年应用于梅赛德斯-奔驰B级车上。2.DriverAlertSystem

与德系车基于驾驶员驾驶行为监测驾驶员疲劳状态不同，福特公司采用直接监测和间接监测相融合的方法，从车辆运动状态、驾驶行为、周围环境和驾驶员生理信息4个维度出发，依靠大而全的数据源使监测算法的准确性得到较大提高。但是，大量数据运算时需要占用较大内存，一般很难集成到某一电子控制系统的控制器里，需要额外增加一个控制器，用于DriverAlertsystem的数据运算。DriverAlertsystem在后视镜的后方安装一个前置摄像头，以获取车辆运动轨迹信息。现在福克斯、S-MAX和Galaxy系列车型都配备DriverAlertSystem，在监测到驾驶员疲劳时提供报警功能，DriverAlertSystem的工作原理请见图6-8。3.DriverMonitor

丰田公司在Lexus和商用车上配备的DriverMonitor由电装株式会社提供，属于直接监测方法，利用摄像头获取驾驶员面部状态信号和眼睛运动信号，结合红外传感器获得的驾驶员头部位置和运动信息来识别驾驶员状态；当发现驾驶员处于疲劳状态时，车辆会发出警报提醒驾驶员，DriverMonitor的工作原理请见图6-9。DriverMonitor识别驾驶员疲劳状态的精度相当高，但是需要车辆额外安装一个摄像头和红外传感器，硬件成本较高。随着车辆ADAS（AdvancedDriverAssistantSystem）和生物识别技术的普及，DriverMonitor应用范围会越来越广。4.DriverAlertControl

DAC（DriverAlertControl）是沃尔沃公司开发的驾驶员安全警告系统，其除了监测驾驶员疲劳状态外，还能监测驾驶员注意力是否分散。DAC硬件包括摄像头、各种车辆状态传感器、车辆轨迹传感器和控制器，控制器综合分析驾驶员头部位置和角度、眼睛运动、车辆与车道的相对位置、转向盘操纵等数据，判断当前的驾驶状态，并与内置于控制器中记录器里驾驶员正常的驾驶状态对比，判断驾驶员是否处于疲劳或注意力分散状态；如果是，则发出声音信号提醒驾驶员，并在仪表盘上显示提示信息。DAC还可以与其他驾驶辅助系统如车道保持、自适应巡航、碰撞预警等集成，除警报提醒外还能主动对车辆运动进行有效干预。当车速高于65km/h时，DAC激活；当车速低于60km/h时，DAC休眠。驾驶员安全警告系统工作原理请见图6-10。5.DriverMonitorSystem

DMS（DriverMonitorSystem）是捷豹F-Type在转向盘里内置一种驾驶员状态监测系统，由澳大利亚SeeingMachines公司提供，采集驾驶员面部运动和眼睛运动信息，监测驾驶员状态和注意力集中情况，控制器选择英特尔酷睿i7处理器DMS与紧急制动系统集成，如果判断出驾驶员处于疲劳状态或注意力分散状态，并有可能发生碰撞事故时，将主动制动以确保行车安全。6.DriverDrowsinessDetectionSystem DDDS（DriverDrowsinessDetectionSystem—）是博世公司研发的驾驶员疲劳状态间接监测系统，其与德系车的疲劳状态监测系统原理基本一致，博世的DDDS集成性好，可以和电子稳定控制系统、CAN网关、FlexRay网关等集成，应用载体不受限于制造商。三、盲点监测系统1.盲点监测系统工作原理

盲点监测系统主要是由感知单元、电子控制单元及执行单元组成，感知单元包括摄像头、探测雷达、超声波传感器，执行单元为声光报警器，如图6-11。（1）影像（2）雷达2.高级别自动驾驶汽车中的盲点监测系统四、夜视系统

所谓汽车夜视系统是一项源自军用技术的高级驾驶辅助系统（ADAS），主要作用为在夜间或其它弱光行驶环境中为驾驶员提供视觉辅助或警告信息，如图6-12所示。根据工作原理的不同，目前夜视技术可以分为三大类：微光夜视、主动红外夜视和被动红外夜视，汽车用夜视系统主要为主动红外夜视与被动红外夜视。43121.微光夜视3.被动红外夜视技术2.主动红外夜视技术4.性能指标对比学习小结1.驾驶员疲劳预警系统DFM（DriverFatigueMonitorSystem）主要是通过摄像头获取的图像，通过视觉跟踪、目标检测、动作识别等技术对驾驶员的驾驶行为及生理状态进行检测，当驾驶员发生疲劳、分心、打电话、抽烟等危险情况时在系统设定时间内报警以避免事故发生。2.前碰撞预警系统主要是基于智能视频分析处理的一种高级辅助驾驶系统，其原理是，通过动态视频摄像技术、计算机图像处理技术来监测并辨别车辆周围道路环境，可以用来监测车距预防追尾、前车碰撞预警、导航和黑匣子等功能。3.车道偏离预警系统主要由HUD抬头显示器、摄像头、控制器以及传感器组成。当车道偏离预警系统开启时，摄像头（一般安置在车身侧面或后视镜位置）会时刻采集行驶车道的标识线，通过图像处理获得汽车在当前车道中的位置参数。学习小结4.行人碰撞预警（Pedestrianprotectionsystem）主要针对路面上的行人进行侦测识别，测算距离，避免碰撞行人。5.盲区检测（BlindSpotDetection）针对的是车辆两侧后方A柱子遮挡的部分进行的车辆检测，避免驾驶员因为视觉盲区无法看到盲区的车辆而造成误判变道，通过BSD可以帮助驾驶员更好的观察车辆两侧后方的车辆状态。6.夜视系统能够自动识别前方物体并在仪表盘、HUD抬头显示中发出警示。现有的夜视辅助系统可以做到识别超出远光灯范围的行人，对危险进行提前预知。知识巩固知识巩固控制类辅助驾驶主要目的是辅助驾驶员应对汽车面临的危险，主要包括自适应巡航控制系统、自动泊车系统、车道保持系统、自适应灯光控制和自动紧急制动系统。一、控制类功能简述1.自适应巡航系统系统自适应巡航控制，ACC（AdaptiveCruiseControl），是一个允许车辆巡航控制系统调整速度以适应交通状况的控制系统。安装在车顶的雷达能够探测前方物体的距离，通过一系列算法来识别路上的潜在威胁，如图6-1。ACC与全速ACC：很多ACC功能要求车速在30km/h以上才能工作，而全速ACC则通常可以在0-150km/h起作用。学习单元二ＡＤＡＳ控制类辅助驾驶功能2.自动泊车系统自动泊车系统，AP（Automaticparking），就是不用人工干预，自动停车入位的系统。自动泊车系统，可以使汽车自动地以正确的停靠位泊车，该系统包括环境数据采集系统、中央处理器和车辆策略控制系统，所述的环境数据采集系统包括图像采集系统和车载距离探测系统。其原理是：遍布车辆周围的雷达探头测量自身与周围物体之间的距离和角度，然后通过车载电脑计算出操作流程配合车速调整方向盘的转动，驾驶者只需要控制车速即可，如图6-14。3.车道保持系统车道保持系统，LKS（LaneKeepingSystem），智能驾驶辅助系统中的一种。它可以在车道偏离预警系统（LDWS）的基础上对刹车的控制协调装置进行控制。对车辆行驶时借助一个摄像头识别行驶车道的标识线将车辆保持在车道上提供支持。可检测本车在车道内的位置，并可自动调整转向，使本车保持在车道内行驶，如图6-15。（1）车道保持系统的硬件结构（2）车道保持系统的工作原理（3）车道保持系统的激活条件（4）车道保持系统的局限4.自适应灯光控制自适应灯光控制ALC（AdaptiveLightControl）是一种智能灯光调节系统。通过感知驾驶员操作、车辆行驶状态、路面变化以及天气环境等信息，ALC自动控制前照灯实时进行上下、左右照明角度的调整，为驾驶员提供最佳道路照明效果。自适应前照灯系统共由四部分组成：传感器、ECU、车灯控制系统和前照灯。汽车车速传感器和方向盘转角传感器不断地把检测到的信号传递给ECU，ECU根据传感器检测到的信号进行处理，把处理完后的数据进行判断，输出前照灯转角指令，使前照灯转过相应的角度。 汽车在转弯时，重点是要提前看到所转方向的障碍物，根据现实驾驶的经验，车灯一般只需转过0-15°即可，只需要所转方向侧的那只前照灯实现智能转向就可，另一侧前照灯还是保持原来的方向，如图6-16。虽简化了控制，仍然能够达到预期的效果。它可以通过控制系统能够显著改善各种路况下的照明效果，提高行车安全。5.自动紧急制动自动紧急制动AEB（AutonomousEmergencyBraking）是一种汽车主动安全技术，主要由3大模块构成，其中测距模块的核心包括微波雷达、激光雷达和视频系统等，它可以提供前方道路安全、准确、实时的图像和路况信息。 AEB系统采用雷达测出与前车或者障碍物的距离，然后利用数据分析模块将测出的距离与警报距离、安全距离进行比较，小于警报距离时就进行警报提示，而小于安全距离时即使在驾驶员没有来得及踩制动踏板的情况下，AEB系统也会启动，使汽车自动制动，从而为安全出行保驾护航，如图6-17。二、ACC1.自适应巡航工作原理

A车司机已经激活自适应巡航控制系统，并选定了巡航车速V和巡航车距，A车已经加速到了选定巡航车速，如图6-18。2.自适应巡航系统功能（1）操纵和显示（2）系统的接通/关闭（3）设定巡航车速（4）识别前车（5）设定巡航车距（与前车的距离）（6）司机接管请求（7）将车速提高到超过设定的巡航车速（8）关闭自适应巡航系统（BEREIT模式）（9）激活自适应巡航系统（Resume）（10）故障显示/关闭3.系统的局限性三、自动泊车系统1.自动泊车系统组成

（4）泊车辅助按钮（2）泊车辅助传感器（1）泊车辅助转向传感器（3）泊车辅助转向控制单元（5）泊车转向辅助按钮2.自动泊车过程使用泊车辅助倒入停车空位的过程被分为下列四个阶段：（1）阶段1：激活泊车转向辅助系统（PA）（2）阶段2：寻找合适的停车空位（3）阶段3：借助泊车转向辅助系统（PA）（4）阶段4：泊车辅助转向过程完成3.自动泊车过程中断条件

四、自适应远光灯控制

远光灯控制信号可以采用两种不同的模式：自动远光灯（AHB）模式，它提供二进制开/关控制；自