智能运输系统概论,汽车与交通学院 2009年3月,1汽车自动驾驶（先进的车辆控制系统） 是指借助车载设备及路侧、路表的电子设备来检测周围行驶环境的变化情况，进行部分或完全的自动驾驶控制的系统，目的是提高行车安全和道路通行能力。 该系统的本质就是将车辆道路系统中的现代化的通信技术、控制技术和交通信息理论加以集成，提供一个良好的驾驶环境，在特定条件下，车辆将在自动控制下安全行驶。,一、相关概念,第一节 概述,从当前的发展看，可以分为两个层次： 一是车辆辅助安全驾驶系统，或者是先进的车辆控制技术； 二是自动驾驶系统，或者称为智能汽车，智能汽车在智能公路上使用才能发挥出全部功能，如果在普通公路上使用，它仅仅是一辆装备了辅助安全驾驶系统的汽车。,第一节 概述,自动车辆系统强调的是行驶安全性，许多事故是由于前方车辆突然刹车或者突然变换车道进入另一驾驶线而该驾驶员困倦或者注意力不集中而引起的，在这种情况下，先进的车辆系统具有自动刹车与预警功能，有效减少事故发生。 完善的智能车辆的另一个优点是车队可以以很小的间距和均匀的速度在装有特殊设备的专用车道上行驶，这样在不发生拥挤效应的情况下，在相同的车道空间内，可以具有更高的车流密度和通行能力。,第一节 概述,车辆自动驾驶系统主要目的： 防止部分交通事故的发生； 提高道路利用率； 提高驾驶员方便性； 减轻驾驶员负担； 实现车辆的安全高效行驶。,第一节 概述,先进的车辆控制系统主要有两大特点： 具有自动识别、判断车辆外部行驶状况的能力； 根据所得到的信息，通过警告驾驶员进行操作或者控制系统的控制元件操作，形成达到上述目的的车辆控制系统。,1.它的研究始于20世纪50年代初美国 Barrett Electronics公司开发出的世界上第一台自动引导车辆系统（Automated Guided Vehicle System，AGVS）。 21974年，瑞典的Volvo Kalmar轿车装配工厂与SchiinderDigitron公司合作，研制出一种可装载轿车车体的AGVS，并由多台该种AGVS组成了汽车装配线，从而取消了传统应用的拖车及叉车等运输工具。由于Kalmar工厂采用AGVS获得了明显的经济效益，许多西欧国家纷纷效仿Volvo公司，并逐步使AGVS在装配作业中成为一种流行的运输手段。 3. 20世纪80年代，伴随着与机器人技术密切相关的计算机。电子、通信技术的飞速发展，国外掀起了智能机器人研究热潮，其中各种具有广阔应用前景和军事价值的移动式机器人受到西方各国的普遍关注。,第一节 概述,先进的车辆控制系统含义 先进的车辆控制系统，是借助于车辆设备及基础设施或其协调系统中的检测设备来检测输入周围对驾驶员和车辆产生影响的各种因素，进行自动控制驾驶，以达到行车安全高效和增加道路通行能力的目的。 通过安装智能控制装置，使汽车具有自动转向、自动制动、自动识别障碍物、自动报警等功能。,第二节 先进的车辆控制系统,先进的车辆控制技术基本功能子系统包括：安全预警系统、防撞系统、车道保持系统、视野扩展系统、巡视控制系统、紧急报警系统、车辆行驶自助导航系统和环保系统。,安全预警系统 车辆安装的车载设备，包括安装在车身各个部位的传感器、激光雷达、红外雷达、盲点探测器、超声波传感器、电波雷达等设施具有事故检测功能，由计算机控制，在超车、倒车、变换车道、雨雾天气等容易发生事故的情况下，随时以声音、图像等方式向驾驶员提供车辆周围及车辆本身的必要信息，并可以以自动或半自动的进行车辆控制，从而有效的防止事故发生。 车载设备还可以对驾驶员和车辆进行随时检测监控，在必要的时候能发出警报信息，预防事故的发生。例如，监测到驾驶员注意力不集中或者开始打瞌睡的时候，就提醒驾驶员注意，并采取相应措施。例如，在驾驶员饮酒过度的情况下锁住发动机等等。,第二节 先进的车辆控制系统,防撞系统 纵向防撞系统：通过安装在车辆前后的雷达探测器或者激光传感器等分别探测前后潜在的碰撞隐患或即将发生的碰撞事件，为驾驶员提供及时地回避操作指令，并自动控制车辆的加速，以保持适当的车辆间距，防止车辆与车辆、车辆与其它障碍物之间的正面或者追尾碰撞。 比如，日产公司研制的防撞雷达，当汽车与前面的车辆接近太快的时候会提醒驾驶员。 德国大众研制的“特定车道障碍物预警系统”能预报逆行车对自己是否构成威胁。 此外还有探测限速牌、自动紧急刹车等。,第二节 先进的车辆控制系统,横向防撞系统：利用车辆左右两侧的传感器探测车辆两旁的情况，从而为欲改变车道和驶离道路的车辆提供适当的侧向安全间距，防止或减少车辆碰撞。 交叉口防撞系统：交叉口是事故多发地点。该系统当车辆驶近交叉口时，判断车辆是否有危险，据此控制车速，保证行车安全。,第二节 先进的车辆控制系统,车道保持系统 该系统的作用主要是防止车辆偏移，其目的是当驾驶员疏忽时，保持车辆仍在控制下行驶。它采用警告系统告知驾驶员正在偏移，必要时，启动自动控制装置，自动控制转向。 装有车道保持系统的汽车，可以自动的沿道路行驶，而不用驾驶员操作。当汽车行驶中偏离了车道，如果驾驶员没有及时作出反应，系统会自动使汽车回到原来车道。,第二节 先进的车辆控制系统,巡视控制系统 该系统是在车道保持系统的基础上增加了雷达。雷达不断测量本车与前车的距离，并计算出两车的相对速度传给车上的计算机，由计算机操纵节气门和控制装置，从而与前车自动保持安全距离，这样，汽车就可以以较小的间距在车道上行驶。,第二节 先进的车辆控制系统,视野扩展系统 该系统也称为视觉强化系统。车辆装有检测设备、屏幕显示设备及计算机处理设备，加强黄昏、黑夜、雨雾天气的视觉可知性，提高行车安全。 美国通用公司研制的夜视系统如同电视机一样，显示屏的亮度可调，并且与是否开前照灯无关，迎面行驶的车辆也不会使系统失明。,第二节 先进的车辆控制系统,先进安全车辆装置示意图,第二节 先进的车辆控制系统,紧急报警系统 该系统主要是在事故情况下缩短事故响应时间，提高事故处理效率。使用GPS、GIS技术、GSM通讯技术，当事故发生时，自动发出包括车辆位置的无线电信号。 车辆行驶自动导航系统 该系统利用GPS、GIS、GSM等技术，给驾驶员提供最佳行驶路线，避开交通拥堵路段。 环保系统 该系统由计算机监测控制燃油、排放等情况，以取得最佳环保效果。,第二节 先进的车辆控制系统,前方防碰撞警告系统 功能：可计算车辆与前方车辆距离与其本身车速关系，当车速与车距小于所设定之关系式时，系统便会利用警示标识或是警告音量的作动，警告驾驶者其驾驶行为可能会导致车辆事故，以确保车辆乘员生命之安全。 应用技术利用毫微米波雷达或是激光雷达进行车辆距离的侦测，并经由逻辑判断式的撰写，以期达到警告的作用。,第二节 先进的车辆控制系统,数字式行驶记录系统: 功能可记录车辆行车的速度与距离，并且将此相关的纪录以电子数据方式记录储存以便达到车辆行驶监控，确保道路其它使用人之用路安全与权益。 应用技术利用车速记录器与GPS进行车速与车辆所在位置等之数据记录。 事故自动通报系统 功能：当车辆发生事故同时，可以藉由此系统发出讯息至紧急救援中心或是救护中心告知发生事故，请相关人员进行救护工作。 应用技术：利用事故感知器进行车辆事故发生之判定，进而利用GPS进行位置确认与讯号之传递工作。,第二节 先进的车辆控制系统,后侧方死角警告系统 功能：驾驶视线的死角通常容易导致车辆事故的发生，此系统即可以提供视线死角处之环境，使乘员的安全更进一步之保障。 应用技术：利用CCD(Charge-Couple Device: 电荷耦合组件)或是CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor：互补金属氧化半导体)装置于汽车两边后照镜上，在车辆行进途中，提供驾驶视线死角处之相关环境信息。,第二节 先进的车辆控制系统,胎压感知器及防爆轮胎: 功能：当车辆以高速行驶时，常会因为轮胎无预警之爆破导致车辆无法控制，进而发生交通事故。故此防爆轮胎是以稳定车辆操控性为前提，避免车辆事故之发生。而胎压感知器则为预先提供轮胎压力讯息给驾驶者，使其提早发现胎压之异常状况。,应用技术：胎压感知器可利用ABS相关技术达成胎压感知的功能，或是在气嘴处加设压力感知器，利用无线通讯技巧将相关讯号送至中央控制平台处，进行警告的动作。而防爆轮胎就已知的形式有许多种，如胎边加强以使轮胎爆破后，可以维持相当之操控性而不致发生意外。更有轮胎之胎面以双重材料铺设，致使车辆轮胎爆破之时，不致失去其车辆操控性。,第二节 先进的车辆控制系统,后方视觉死角监视系统: 功能：车辆倒车时，常因为无法察觉后车厢底部或是车辆的后方区域，而导致事故发生。利用后方视觉死角监视系统可避免车辆倒车时发生事故，避免可能在车后游玩的小朋友或是死角内的人员因此受伤。,应用技术：利用CCD或是超音波换能器进行物体的侦测与显像，再利用相关的逻辑判断式进行物体距离的计算及相关警告系统的驱动。,第二节 先进的车辆控制系统,智能型车辆定位系统: 功能：车辆为一可移动之工具，但是如何将移动中车辆的位置与相关信息作一最好之利用，则为交通管理的最基本的数据库，因此可以利用这套系统，精准的定义车辆的位置，与道路上车辆的信息。 应用技术：利用GPS(Global Positioning System)与丰富完整的GIS (Geographical Information System)数据库将车辆的位置精准的定义，并从车辆之行车计算机进行车辆数据的撷取，进而可以实施进一步之交通管理工作，如经由交控指挥中心进行动态指派车辆之行径路线等等工作。,第二节 先进的车辆控制系统,道路环境警告信息系统: 功能：道路上的突发事故，常为造成交通事故的主要因素之一。因为于快速的行驶过程中，驾驶者对于事故即将发生所做反应动作的时间会比车辆撞击发生的时间要慢许多，因此若可以将道路上的突发事故提早告知道路使用者，便可以尽早采取应变措施，避免事故的发生。 应用技术：利用路边之信息设备，提供可资利用判断之前方道路相关信息，以利驾驶者可以进行车辆行为的稳定控制，避免因前方之紧急事故造成另一次之交通事故。,第二节 先进的车辆控制系统,偏离车道警示系统: 功能：车辆若能维持在该行驶的道路中行驶，应可降低许多交通事故发生的机会。此系统即可在车辆发生车道偏离的情况，而驾驶者并不采取任何的应变措施时，适时的发出警告，以降低事故发生的机率。,应用技术：利用CCD取得标线影像或是利用道路路面与车辆间的磁性标号作用，取得车辆与标线间相关位置的数据，再利用辨识软件及逻辑之判断式进行判断，并将可能发生的事故预先加以警告，以达到车道偏离警示的作用。,第二节 先进的车辆控制系统,智能型乘员保护系统: 功能：目前乘员的保护系统，可以包括正向空气囊与侧向空气囊及防止翻滚用的空气囊。但是这些空气囊皆以一般西方乘员的尺寸进行设计。空气囊原本是为降低车辆事故发生时人员所受到的伤害，但对于较为瘦小或坐得太靠近方向盘的人而言，却使得空气囊也偶有造成乘员受伤的情形发生。此系统可以藉由一些传感器进行乘员的体重或是身材甚至坐姿等的侦测与判断，进行空气囊相关参数的调整使空气囊的乘员保护性能发挥至最大。 应用技术：利用超音波技术或是在座椅的下方放置重量传感器，并于车辆的方向盘上置放位置感知器等方式，进行乘坐人员的体型位置的感知，进而调整空气囊之质量流率(Mass_Flow_Rate)或是空气囊膨胀速度，来降低乘员的受伤程度。,第二节 先进的车辆控制系统,第二节 先进的车辆控制系统,驾驶危险警告系统： 功能：因为长途的驾驶或酒醉易使驾驶人员专心程度降低，经常造成事故的发生，此项系统可侦测驾驶是否处于正常状态，适时的提出警告以避免事故的发生。 应用技术：利用CCD或是相关感知器，撷取驾驶者之行为外型或是眼睛闭合次数等数据，或是利用酒精浓度感知器侦测驾驶座舱中之酒精浓度，再利用影像辨识系统与逻辑判断式的撰写，对驾驶者的行为进行评估并适时发出适当之警告。,第二节 先进的车辆控制系统,