王祝偉（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141）

未來汽車智能技術(shù)

王祝偉
（華晨汽車工程研究院，遼寧 沈陽 110141）

近年來，隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，汽車智能化控制技術(shù)、控制系統(tǒng)不斷出現(xiàn)，使汽車插上了智能化翅膀。智能汽車正出現(xiàn)在我們這個(gè)世界上，并成為人們最為青睞的高級(jí)寵物。在汽車全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GSP)、汽車慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)、智能巡航系統(tǒng)(ICC)、各種雷達(dá)避撞系統(tǒng)紛紛登臺(tái)亮相之時(shí)，出現(xiàn)了形形色色的智能化系統(tǒng)汽車。

自適應(yīng)巡航系統(tǒng)；夜視系統(tǒng)；自動(dòng)駕駛

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.12.050

CLC NO.: U463.6Document Code: BArticle ID: 1671-7988(2015)12-142-04

前言

汽車科技總是以人們想象不到的速度發(fā)展，盡可能的保障車輛和乘員的安全是當(dāng)今車輛發(fā)展的重要主題，而大力投入成本來研發(fā)高科技的目的之一正是為了安全服務(wù)，或許全球已經(jīng)有數(shù)以億計(jì)的駕駛員體會(huì)到ESP在關(guān)鍵時(shí)刻的重要性了，這可以理解為科技與安全聯(lián)姻的成果。一流的汽車廠商往往是安全和科技的引領(lǐng)者，而不是滯后于法律強(qiáng)制的跟隨者。

智能車輛是一個(gè)集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、多等級(jí)輔助駕駛等功能于一體的綜合系統(tǒng)，它集中運(yùn)用了計(jì)算機(jī)、現(xiàn)代傳感、信息融合、通訊、人工智能及自動(dòng)控制等技術(shù)，是典型的高新技術(shù)綜合體。目前對(duì)智能車輛的研究主要致力于提高汽車的安全性、舒適性，以及提供優(yōu)良的人車交互界面。近年來，智能車輛己經(jīng)成為世界車輛工程領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和汽車工業(yè)增長的新動(dòng)力，很多發(fā)達(dá)國家都將其納入到各自重點(diǎn)發(fā)展的智能交通系統(tǒng)當(dāng)中。

1、自適應(yīng)巡航系統(tǒng)

1.1ACC的作用與工作原理

自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)ACC (Adaptive CruiseContro1)是一種20世紀(jì)90年代中期發(fā)展起來的汽車安全性輔助駕駛系統(tǒng)，它將汽車自動(dòng)巡航控制系統(tǒng)CCS(Cruise Control System)和車輛前向撞擊報(bào)警系統(tǒng) FCWS(Forward Collision WarningSystem)有機(jī)地結(jié)合起來，既有自動(dòng)巡航功能，又有防止前向撞擊功能。自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)主要使用于在高速公路、寬路面的遠(yuǎn)程道路和鄉(xiāng)間道路行駛的汽車上。對(duì)于自適應(yīng)巡航系統(tǒng)模型在很多的文獻(xiàn)中都有研究[1]。

巡航速度控制是按駕駛員的意愿設(shè)定車速并保持等速行駛，所以也稱設(shè)定速度控制。與巡航速度控制不同的是，自適應(yīng)巡航速度控制是當(dāng)本車前方無行駛車輛時(shí)，本車將處于普通的巡航行駛狀態(tài)，ACC系統(tǒng)按設(shè)定車速對(duì)車輛進(jìn)行勻速控制。當(dāng)本車前方有目標(biāo)車輛，且目標(biāo)車輛的行駛速度小于設(shè)定速度時(shí)，ACC系統(tǒng)將控制本車進(jìn)行減速，確保兩車間的距離為所設(shè)定的安全距離，減速至理想的目標(biāo)值之后采用跟隨控制。與目標(biāo)車輛以相同的速度行駛，當(dāng)前方的目標(biāo)車輛發(fā)生移線，或本車移線行駛使得本車前方又無行駛車輛時(shí)，對(duì)本車進(jìn)行加速控制，使本車恢復(fù)到設(shè)定速度并勻速控制。當(dāng)駕駛員參與車輛駕駛后，ACC系統(tǒng)將自動(dòng)退出對(duì)車輛的控制。

1.2ACC在國內(nèi)外的應(yīng)用狀況

Bosch公司開發(fā)的ACC系統(tǒng)包括雷達(dá)、轉(zhuǎn)向傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和顯示單元。ACC系統(tǒng)包括原有的車輛電子控制單元ECU(ElectronicCortrol Unit)以及位于車輛前端的傳感器和控制裝置SCU(Sensorand Control Unit)。SCU用于完成對(duì)雷達(dá)信號(hào)的處理和 ACC流程控制。用于車輛動(dòng)力性控制系統(tǒng)VDC(Vehicle Dynamics Contro1)的轉(zhuǎn)向傳感器可以幫助車輛預(yù)知其行駛路線。人一機(jī)交互界面MMI(Human—Machine—Interface)是ACC系統(tǒng)與駕駛員交互的媒介，包括操作開關(guān)、狀態(tài)顯示器、加速踏板、剎車踏板等。豐田公司利用毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、超音波雷達(dá)及CCD(Charge Coupled Device)作為車輛環(huán)境監(jiān)控的傳感器，適用于高速公路環(huán)境，已達(dá)商業(yè)化水平并配備于其高階車款上。北京理工大學(xué)對(duì) ACC系統(tǒng)的研究多是針對(duì)基于CCS系統(tǒng)的開發(fā)，對(duì)車輛速度的調(diào)節(jié)主要是通過控制節(jié)氣門開度和自動(dòng)換檔來實(shí)現(xiàn)，提出了將ACC系統(tǒng)與車輛制動(dòng)和防滑控制系統(tǒng)ABS/ASR相集成構(gòu)成ABS/ASR/ACC系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案。

1.3ACC的關(guān)鍵技術(shù)

1.3.1雷達(dá)的性能

雷達(dá)的功能是探測(cè)相對(duì)車距、相對(duì)車速、相對(duì)方位角等信息，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到ACC系統(tǒng)性能的好壞。

1.3.2目標(biāo)車輛的識(shí)別和跟蹤

雷達(dá)能將它所探測(cè)到的物體信息傳遞給ECU，ECU要根據(jù)傳來的信息進(jìn)行識(shí)別，從中確定一主目標(biāo)用做 ACC控制中的參照物，依據(jù)兩者間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)及距離控制主車的行駛速度。

1.4ACC的發(fā)展趨勢(shì)

1.4.1傳感技術(shù)

由于電子技術(shù)的進(jìn)步可生產(chǎn)出更緊湊、更加集成的器件，所以 ACC系統(tǒng)的傳感器和電控單元的外形尺寸將縮小到比現(xiàn)有的安裝空間小一半多。為了能在狹窄彎道的鄉(xiāng)村公路上也能使用ACC系統(tǒng)，需要將傳感器識(shí)別范圍擴(kuò)大一倍。

1.4.2完善現(xiàn)有的功能，集成化

完善現(xiàn)有的功能是為了使未來的 ACC系統(tǒng)在選擇目標(biāo)時(shí)更可靠，具有更好的控制適應(yīng)性，在變換車道及彎道時(shí)具有和諧的控制性能。集成化有助于降低成本，增強(qiáng)各系統(tǒng)間的內(nèi)在聯(lián)系，充分利用各種車輛信息，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

1.4.3全速范圍的自動(dòng)起步技術(shù)

至今的ACC系統(tǒng)在車速低于30 km/h的稠密交通情況下會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。全速范圍的自動(dòng)起步技術(shù)使 ACC系統(tǒng)能在近距離范圍快速識(shí)別本車前面的障礙物，當(dāng)前面行駛的汽車再次起步時(shí)，用攝像系統(tǒng)得到的有用信息在沒有駕駛員操縱下可完全自動(dòng)起動(dòng)。這要求 ACC系統(tǒng)具有更好的近距離探測(cè)能力，更快的信號(hào)處理功能，更迅速的系統(tǒng)反映。這樣既使在堵車情況下也無須駕駛員參與，駕駛員可以完全從繁瑣的駕駛操作中解放出來，甚至進(jìn)行休息。

2、夜視系統(tǒng)

夜視是指在黑暗隋況下看東西的能力。無論是通過生物或技術(shù)手段，使夜視成為可能需要滿足兩個(gè)條件，一是具有足夠的光譜范圍、二是要具有足夠的光譜強(qiáng)度。人眼本身是一個(gè)極好的光學(xué)系統(tǒng)，但僅對(duì)波長為380-780 nlTl一段范圍很窄的可見光譜產(chǎn)生光譜響應(yīng)。在晚上，70%的光譜是處于紅外范圍的Ⅲ。在月光和星光下典型的光譜分布，基本上，紅外光譜占有大部分，在星光下，可見光譜已經(jīng)很少，因此人類的眼睛不具有夜視功能。若想在夜間看到東西，就需要借助于夜視系統(tǒng)。根據(jù)夜視系統(tǒng)本身是否帶有紅外輻射源而有主動(dòng)式和被動(dòng)式之分，前者叫做主動(dòng)式紅外夜視技術(shù)，后者則稱為被動(dòng)式熱成像技術(shù)。夜視系統(tǒng)可詳見文獻(xiàn)[2]。

主動(dòng)式汽車紅外夜視系統(tǒng)主要由紅外照射燈、CCD攝像機(jī)、圖像處理系統(tǒng)及車載顯示器組成。紅外照射燈發(fā)射出紅外光，物體反射后，被車載 CCD攝像機(jī)所接收，轉(zhuǎn)化為圖像信號(hào)，經(jīng)過圖像處理系統(tǒng)，就可以在顯示器上顯示出來。被動(dòng)式汽車紅外夜視系統(tǒng)則不具有主動(dòng)發(fā)射源，只接收物體自身發(fā)出紅外光。

一般的汽車前照燈只能照射80 m左右，而夜視系統(tǒng)至少可看見幾百米以外的路況信息，耗電量卻是前照燈的四分之一。由于能在更遠(yuǎn)的距離發(fā)現(xiàn)前方的行人，因此駕駛員有足夠的時(shí)間做出反應(yīng)。另一方面，由于采用的是紅外傳感技術(shù)，即使打開汽車前照燈也不影響圖像的顯示，迎面駛來汽車的強(qiáng)烈車燈光線也不會(huì)造成夜視系統(tǒng)致盲。特別是夜晚兩車相會(huì)時(shí)，雙方駕駛員可通過夜視屏觀察前方路況，以避免刺眼的眩光。

2.1主動(dòng)式紅外夜視技術(shù)

把景物反射或自身輻射的紅外輻射圖樣轉(zhuǎn)換成人眼可觀察圖像的技術(shù)稱為紅外成像技術(shù)。以紅外輻射源照射物體，利用反射的紅外輻射得到被照物體的像，稱為主動(dòng)式紅外成像。

2.2被動(dòng)式熱成像技術(shù)

任何絕對(duì)零度以上的物體都具有熱輻射本領(lǐng)，輻射體的溫度不同其輻射的能量及波長成分也不同?？茖W(xué)試驗(yàn)證明，光的熱效應(yīng)是由紫光到紅光逐漸增大的，而且熱效應(yīng)最大的位于紅光的外面，稱之為“紅外光”。熱成像系統(tǒng)的作用就是基于日標(biāo)與背景的溫度及輻射發(fā)射率的差異，利用輻射測(cè)溫技術(shù)對(duì)目標(biāo)逐點(diǎn)測(cè)定輻射強(qiáng)度，而形成町見的目標(biāo)熱圖像。利用物體自身發(fā)射的紅外輻射攝照物體的像，稱為被動(dòng)式紅外成像。

2.3主動(dòng)式與被動(dòng)式夜視技術(shù)比較

Tsimhoni等人比較了使用近紅外和遠(yuǎn)紅外輻射技術(shù)對(duì)行人的探測(cè)，結(jié)果表明遠(yuǎn)紅外輻射夜視儀具有更大的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樾腥说妮椛錈崃看?，適宜遠(yuǎn)紅外探測(cè)技術(shù)。

2.4圖像處理技術(shù)

對(duì)近紅外傳感器，需要降低眩光效應(yīng)和增強(qiáng)圖像對(duì)比度(Rumar，2002)。智能自動(dòng)圖像處理技術(shù)是一種更加先進(jìn)的技術(shù)，可以對(duì)遠(yuǎn)紅外傳感圖像的低對(duì)比度起補(bǔ)償作用，可以用于檢測(cè)和增強(qiáng)熱物體的輪廓(Bertozzi，Broggi，Pascoli，Graf,&Meinecke，2004)。在一個(gè)基于知識(shí)分類的處理進(jìn)程中，可以用電腦程序加以辨認(rèn)物體，舉例來說，可以辨認(rèn)行人。甚至可以將可獲得的光學(xué)和聲學(xué)信號(hào)結(jié)合起來處理，增強(qiáng)認(rèn)知性，可以進(jìn)一步防止危險(xiǎn)。

2.5汽車夜視系統(tǒng)發(fā)展

目前，國外的很多高級(jí)汽車上都采用了汽車夜視系統(tǒng)。美國Cadillac車的夜視系統(tǒng)使用熱成像技術(shù)。人類、動(dòng)物和行駛中的車輛與背景相比熱量較高。夜視系統(tǒng)的功能就是將物體發(fā)出的熱量通過特殊的裝置收集起來，轉(zhuǎn)換成為人類肉眼可見的圖像。是采用非冷卻焦電型熱影像電極(UFPA)傳感器和液晶顯示設(shè)備抬頭顯示器(HUD)所組成。該系統(tǒng)可幫助駕駛者看見使用汽車遠(yuǎn)光燈無法清楚辨識(shí)的物體，是以抬頭顯示器的單色虛擬圖像投影于前保險(xiǎn)桿附近的位置，駕駛者可將此虛擬圖像當(dāng)作前方視野的一部份來注視而不會(huì)妨礙到駕駛者的視野，在觀看虛擬圖像時(shí)，無須移動(dòng)視線或改變視線的焦點(diǎn)。

3、汽車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)研究設(shè)計(jì)

3.1自動(dòng)駕駛系統(tǒng)簡介

自動(dòng)駕駛系統(tǒng)是為減輕駕駛員的駕駛操縱勞動(dòng)強(qiáng)度，提高行駛舒適性的汽車自動(dòng)行駛裝置。自動(dòng)駕駛系統(tǒng)英文為cruise control system，縮寫為CCS。自動(dòng)駕駛系統(tǒng)又稱為巡航行駛裝置、速度控制系統(tǒng)、恒速行駛系統(tǒng)或巡行控制系統(tǒng)等。

3.2自動(dòng)駕駛系統(tǒng)原理及設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

汽車自動(dòng)駕駛技術(shù)包括視頻攝像頭、雷達(dá)傳感器以及激光測(cè)距器來了解周圍的交通狀況，并通過一個(gè)詳盡的地圖(通過有人駕駛汽車采集的地圖)對(duì)前方的道路進(jìn)行導(dǎo)航。文獻(xiàn)[3]在多角度詳細(xì)描述了自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展。這一切都通過谷歌的數(shù)據(jù)中心來實(shí)現(xiàn)，谷歌的數(shù)據(jù)中心能處理汽車收集的有關(guān)周圍地形的大量信息。就這點(diǎn)而言，自動(dòng)駕駛汽車相當(dāng)于谷歌數(shù)據(jù)中心的遙控汽車或者智能汽車.。汽車自動(dòng)駕駛技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用之一。

沃爾沃根據(jù)自動(dòng)化水平的高低區(qū)分了四個(gè)無人駕駛的階段：駕駛輔助、部分自動(dòng)化、高度自動(dòng)化、完全自動(dòng)化：

（1）駕駛輔助系統(tǒng)（DAS）：目的是為駕駛者提供協(xié)助，包括提供重要或有益的駕駛相關(guān)信息，以及在形勢(shì)開始變得危急的時(shí)候發(fā)出明確而簡潔的警告。如“車道偏離警告”（LDW）系統(tǒng)等。

（2）部分自動(dòng)化系統(tǒng)：在駕駛者收到警告卻未能及時(shí)采取相應(yīng)行動(dòng)時(shí)能夠自動(dòng)進(jìn)行干預(yù)的系統(tǒng)，如“自動(dòng)緊急制動(dòng)”（AEB）系統(tǒng)和“應(yīng)急車道輔助”（ELA）系統(tǒng)等。

（3）高度自動(dòng)化系統(tǒng)：能夠在或長或短的時(shí)間段內(nèi)代替駕駛者承擔(dān)操控車輛的職責(zé)，但是仍需駕駛者對(duì)駕駛活動(dòng)進(jìn)行監(jiān)控的系統(tǒng)。

（4）完全自動(dòng)化系統(tǒng)：可無人駕駛車輛、允許車內(nèi)所有乘員從事其他活動(dòng)且無需進(jìn)行監(jiān)控的系統(tǒng)。這種自動(dòng)化水平允許乘從事計(jì)算機(jī)工作、休息和睡眠以及其他娛樂等活動(dòng)。

3.3結(jié)構(gòu)性能編輯

自動(dòng)駕駛汽車使用視頻攝像頭、雷達(dá)傳感器，以及激光測(cè)距器來了解周圍的交通狀況，并通過一個(gè)詳盡的地圖（通過有人駕駛汽車采集的地圖）對(duì)前方的道路進(jìn)行導(dǎo)航。

激光雷達(dá)

車頂?shù)摹八啊毙窝b置是自動(dòng)駕駛汽車的激光雷達(dá)，它能對(duì)半徑60米的周圍環(huán)境進(jìn)行掃描，并將結(jié)果以3D地圖的方式呈現(xiàn)出來，給予計(jì)算機(jī)最初步的判斷依據(jù)。

前置攝像頭辨移動(dòng)物體

前置攝像頭

自動(dòng)駕駛汽車前置攝像頭谷歌在汽車的后視鏡附近安置了一個(gè)攝像頭，用于識(shí)別交通信號(hào)燈，并在車載電腦的輔助下辨別移動(dòng)的物體，比如前方車輛、自行車或是行人。

左后輪傳感器

很多人第一眼會(huì)覺得這個(gè)像是方向控制設(shè)備，而事實(shí)上這左后輪傳感器幫助定位是自動(dòng)駕駛汽車的位置傳感器，它通過測(cè)定汽車的橫向移動(dòng)來幫助電腦給汽車定位，確定它在馬路上的正確位置。

前后雷達(dá)

后車廂的主控電腦谷歌在無人駕車汽車上分別安裝了 4個(gè)雷達(dá)傳感器（前方3個(gè)，后方1個(gè)），用于測(cè)量汽車與前（和前置攝像頭一同配合測(cè)量）后左右各個(gè)物體間的距離。

前后雷達(dá)幫助測(cè)距

主控電腦

自動(dòng)駕駛汽車最重要的主控電腦被安排在后車廂，這里除了用于運(yùn)算的電腦外，還有拓普康（拓普康是日本一家負(fù)責(zé)工業(yè)測(cè)距和醫(yī)療器械的廠商）的測(cè)距信息綜合器，這套核心裝備將主控電腦在后車廂，負(fù)責(zé)汽車的行駛路線、方式的判斷和執(zhí)行。

4、結(jié)束語

汽車智能化設(shè)計(jì)技術(shù)包括很多方面，主要有自適應(yīng)巡航系統(tǒng)、主動(dòng)避撞系統(tǒng)、Stop-and-Go系統(tǒng)、自動(dòng)泊車系統(tǒng)、隨車轉(zhuǎn)向燈系統(tǒng)、夜視系統(tǒng)、防疲勞監(jiān)控系統(tǒng)、車道偏離警告系統(tǒng)、輔助駕駛技術(shù)、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、智能車輛技術(shù)。隨著各種科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，汽車的各種智能化也越來越高，推動(dòng)著社會(huì)的高速化，為社會(huì)帶來更好的服務(wù)。但對(duì)于現(xiàn)在來說智能化大眾化不太現(xiàn)實(shí)：一是成本太高，二是能量消耗太大。因此要在理論，科技和實(shí)際的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)大眾化的汽車的智能化的道路還很長，但我們應(yīng)相信那個(gè)時(shí)候終會(huì)到來。車輛在實(shí)際使用過程中可能遇到很多問題，可參考文獻(xiàn)【4】。

[1] 魏秋蘭.自適應(yīng)巡航系統(tǒng)在汽車中的應(yīng)用[J].2009,4,24-26

[2] 姚其、林燕丹.汽車夜視技術(shù)與發(fā)展[J].2008 ,4,25-25,26-29

[3] 楊學(xué)清.汽車自動(dòng)駕駛系統(tǒng)研究設(shè)計(jì)[J].2011,1,64-67

[4] 凌經(jīng).電控汽車診斷與維護(hù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2009.132-140

Automobile intelligent technology in the future

Wang Zhuwei
( Brilliance Automotive Engineering Research Institute, Liaoning Shenyang 110141 )

Just in recent years, with the rapid development of computer technology and information technology, auto control technology, intelligent control system appears continuously, make the car put on Intelligent wings. Intelligent vehicle is emerging in our world, and become the most advanced pet in favour of the people. In the vehicle global positioning system (GSP), vehicle inertial navigation system (INS), intelligent cruise control system (ICC), various radar collision avoidance system have debut when, the emergence of automobile intelligent system of every hue.

Adaptive cruise; controlnight vision system; automatic driving

U463.6

B

1671-7988（2015）12-142-04

王祝偉，就職于華晨汽車工程研究院。