基于ITS的汽车电子监测技术设计

张海波

（南充职业技术学院 四川 南充 637000）

基于ITS的汽车电子监测技术设计

张海波

（南充职业技术学院 四川 南充 637000）

为了解决汽车数量剧增带来的交通安全问题，建立了智能交通系统，即ITS，对于提高汽车交通安全具有重要意义。同时为了进一步从根本技术上实现对汽车交通安全的控制管理，开始了汽车电子监测技术的研究。论文首先分析了智能交通系统（ITS）的功能、作用，并阐释了汽车电子监测技术的定义及主要技术，最后重点分析了在ITS基础上的汽车电子监测技术设计，主要是从各个功能组成模块进行分析，共同组成了整个监测系统。

ITS；汽车；电子监测技术；设计

随着经济的不断发展，汽车在人们的日常生活中成为重要的交通工具。随之而来的交通事故、交通堵塞等问题，也成为急待解决的主要难题，于是出现了智能交通系统（ITS），为解决汽车带来的交通问题做出巨大贡献。从ITS汽车电子监测技术的研究来看，目前主要集中在对电子监测技术的应用方面，对汽车电子监测的关键性技术设计还显得有些薄弱。本文基于ITS理论技术对汽车电子监测技术设计进行了关键性技术的分析和探讨，并指出了它在实际应用中存在的问题及对策。

1 智能交通系统

智能交通系统，简称ITS，是利用先进的计算机信息技术、处理技术、电子自动控制技术以及数据通讯传输技术等，综合有效的适用于整个交通管理体系中，对人、路、车实现规范统一的安排指挥，在大范围内全方位的进行交通运输综合管理的一种系统[1]。此系统具有实时、准确、高效的特点。在智能交通系统应用过程中，加强汽车行使安全，并提高汽车故障的诊断功能，在一定程度上提高汽车行使的安全系数。

2 汽车电子监测技术概述

2.1 汽车电子监测的含义

汽车电子监测主要包括两方面，一是有效的监测汽车在运行过程中，是否出现跑偏、转向失灵等异常情况，并及时给予必要的安全控制措施保障；二是，通过异常行使车辆的故障监测，保障汽车的安全总成。而在ITS系统中，汽车电子监测技术主要是通过在线监测信号，将故障车辆的情况迅速的传递给ITS系统，进行准确及时的安全指挥，同时传输到故障维修中心，第一时间对故障车辆给予维修指导，并有效的对堵塞交通进行疏导，保证交通顺畅。

通常基于ITS的汽车电子监测技术，主要实现的是对汽车安全行驶状况的监测，其中整个系统主要包括汽车运行状态监测模块、安全总成故障诊断模块两部分，与车辆通讯设备、报警装置、微处理等共同组成汽车的电子监测系统，将汽车的异常现象和安全诊断结果进行传输。

2.2 汽车电子监测关键技术分析

在整个ITS系统中主要作用于汽车电子监测的技术分为3大组成部分，它们共同为汽车安全行驶提供技术保障。

1）汽车电子技术

汽车电子技术与我国经济的发展息息相关，无论是真空管、晶体管还是集成电路的技术进步，都为实现计算机信息技术电子装置提供了坚实的技术基础。而目前，在国外一些发达国家，汽车电子技术已步入新的时代，实现了电子技术、自动优化控制技术、传感器技术以及机电一体耦合技术的综合交叉，进入了小系统商品成熟阶段[2]。其中传感器是汽车电子监测技术在重点，是唯一获得电子设备外信息的途径，能够有效的实现对汽车安全行使的监测。

2）传感器

传感器又被称作转换器，能够将汽车电子设备外的信号进行变换，将被监测的非电量有效的转换为电量，实现电能形态的变换。而在汽车技术中使用的传感器，能够有效的促进汽车的高档化、自动化和电子化的实现。为了进一步的从汽车的设计上，避免安全故障、高燃耗等问题，利用传感器对汽车多样过程的控制进行参数检测是必要的，并通过微电脑信息处理功能，能够成为汽车电子化的关键技术之一。

通常传感器会根据汽车的设计、软硬件、电气、机械的不同，而在数量上有所差距，尽量从性能、价格、尺寸上对传感器进行要求。一般传感器都必须具备以下的要求，首先要能够适应各种能够环境。汽车环境温度变化范围较大，会在-40～80℃间波动，加之汽车行使的路面状态、烈日、暴雨等都会造成汽车环境温度的悬殊变化，因此设计的传感器必须具有耐震、耐水、耐温、抗电磁干扰等优势。

3）监测系统

通过计算机实现的监测系统，根据其功能又被称为计算机数据采集与处理系统，都是利用计算机信息技术对汽车生产过程中的参数、工矿进行数据信息的巡回检测。而计算机监测系统主要功能包括采集数据，实现操作人员的指令信息，进行采集数据的处理，保存数据，将数据信息显示报道出来，进行汽车事故报警和表格打印等。同时监测系统的信息处理只是将生产过程的信号进行必要的预处理，而监测系统的输出是通过外部设备和人机接口实现的，能够有效的提供各项数据信息，以供操作人员进行分析判断，掌握最先的汽车生产情况，对整个过程实现监视。

3 基于ITS的汽车电子监测技术设计

3.1 汽车电子监测系统分析

为进一步提高汽车电子监测技术，通过对各系统组成部分的优化发展，能够有效的形成组件式的汽车电子检测系统，大大提高汽车交通安全的同时，又便于进行系统的开发管理。从汽车电子监测技术的整体功能上来说，系统的组成部分包括数据采集、数据处理及信息输出、执行模块等部分。

其中监测系统中的数据采集模块，是利用传感器、激光雷达、超声波、红外线、摄像机等技术工具实现的，对汽车整个运行状况及路面的监测，类似于监测系统的眼睛。汽车在行驶过程中，一般都会随着路况的不同而进行路线的改变，多出现转向、制动等现象，而这些情况也最容易导致汽车出现异常和故障，严重影响汽车的交通安全。利用汽车生产安装的传感器、摄像机和红外线等工具，能够快速稳定的反映出整个汽车情况，得到全局信号，实现对汽车监测数据信息的采集。同时利用傅立叶还能对汽车数据信息进行一定的分析、判定，并对汽车故障进行及时诊断，将所有信息实现时域定位，自行进行汽车交通安全的监测。

同时传感器能够准确快速的测算出汽车间的安全距离，指挥车辆进行横向、纵向控制。其中进行横向距离测算时，会利用DGPS进行周期采样，一般为200 ms控制周期为50 ms。当然利用汽车前轮的转角变化量也能计算出汽车横向位置，采用下列公式就能推算出汽车前轮目标转角变化量[3]：

上式中的Tc为汽车横向控制周期，而K1和 K2是依照目标路径误差（ε）最小原则来实现的横向安全距离计算。而纵向汽车间距，主要是通过油门、制动来实现的控制，同时应用了非线性滑模控制理论，推测出前后车间距s（t）的控制。在下列算式中，K＞0的系数。

根据我国出现的汽车追尾碰撞预警系统分析，我国在智能交通系统中采取的安全车间距离计算是通过以下公式实现的：

在上式中， Tγ通常代表汽车驾驶员的反应时间，多为0.5～2 s间； Td是制动协调时间，一般为0.2 s；V为自身驾驶汽车的速度， Vrel是前后两车的相对速度，α是减速度。根据公式就可以算出 Vrel，通过实际车距离和时间微分获得：

而数据处理模块，是通过车载计算机来进行的，一般都是嵌入式系统，具有实时性和可靠性等特点。数据处理模块位于数据采集和信息输出、执行模块间，实现着整个汽车电子监测系统的传递作用，相当于监测系统的心脏、大脑。它能够将所有汽车故障的自行诊断，与整体车辆进行结合，综合的实现对车辆整体状态的监控。最后的监测信息输出、执行，能够全面有效的显示各种数据信息、警告、信息存储等，能够将汽车异常故障处理的最终结果进行传达，类似于监测系统的嘴。

3.2 .基于ITS的汽车电子监测技术设计

基于ITS的汽车电子监测技术在设计上，首先需要强调的是数据采集方案的设计。多数汽车电子监测技术在数据采集上，采用的是程序轮询式，指根据系统的功能，提前设置好数据采集的时间间隔，再对需要获取信号的设备进行信息的采集。当然对于这些采集的信息也要进行必要的处理，保证信号源设备的高级别，及时的实现系统的数据信息处理，如：刹车系统、安全系统等都需要进行优先数据采集处理[4]。主要集中在对以下几个方面的系统开发和技术设计。

首先是系统组成。监测系统主要由数据采集、数据处理、信息传输与执行3大模块组成。其具体工作流程如图1所示。

图1 汽车电子监测技术系统组成构架图Fig.1 Structure diagram of automobile electronic monitoring system

其中监测系统中的数据采集模块，是利用传感器、激光雷达、超声波、红外线、摄像机等技术工具实现的，对汽车整个运行状况及路面的监测，类似于监测系统的“眼睛”。汽车在行驶过程中，一般都会随着路况的不同而进行路线的改变，多出现转向、制动等现象，而这些情况也最容易导致汽车出现异常和故障，严重影响汽车的交通安全。利用汽车生产安装的传感器、摄像机和红外线等工具，能够快速稳定的反映出整个汽车情况，得到全局信号，实现对汽车监测数据信息的采集。同时利用傅里叶还能对汽车数据信息进行一定的分析、判定，并对汽车故障进行及时诊断，将所有信息实现时域定位，自行进行汽车交通安全的监测。整个汽车运行状态监测模块实行过程如图2所示：

图2 汽车电子检测系统数据处理结构Fig.2 Structure of data processing of automobile electronic detection system

当然在进行时间间隔设置时，也可以根据信号源设备的优先程度进行不同时限设置，信号源设备优先级越高，时间间隔就越短；反之，时限间隔越长。这样能够及时的保证整个监测系统信号源信息的及时采集，并对其进行合理判断，保证设备的运行[5]。同时信号中断式、用户查询式数据采集方法，也是常见的汽车电子监测系统数据采集方案，它们3种不同数据采集方式，共同作用于汽车电子监测系统。汽车电子监测系统整体功能流程图如图3。

而汽车电子监测系统主要是在车载嵌入式计算机系统上实现的，在设计过程中，要重点考虑监测系统的实时性、可靠性和可伸缩性[6]。上图所示的输入面板，是用户与系统进行交互的接口，汽车用户可以有效的通过输入面板，进行各项数据信息的查询，为自身汽车行使提供实时监测。同时进入存储器就能查询到汽车在整体行使过程中的各项数据参数，包括对汽车故障异常的分析数据，驾驶过程的环境、路况分析，都可以及时的提供最全面完成的监测数据。

图3 汽车电子监测系统整体功能流程图Fig.3 The function chart of automobile electronic monitoring system

4 结束语

在智能交通系统（ITS）的综合管理指挥下，为我国的交通安全提供了一定帮助，但是并不能从根本上改善汽车交通安全问题。于是在ITS系统的基础上，开始了对汽车电子监测技术的研究，对于提高汽车行使安全具有重要意义。同时整个汽车电子监测系统，是由相对独立的不同模块组成的，更便于模块化结构功能的实现，也能够对各个模块进行新内容的优化发展，利于进行系统的后期维护更新。

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Automotive electronic monitoring technology based on the design of ITS

ZHANG Hai-bo
（Nanchong Professional Technic College, Nanchong 637000, China）

In order to solve the dramatic increase in the number of cars brought traffic safety issues, the establishment of intelligent transportation systems, namely ITS, to improve vehicle traffic safety is important. Meanwhile, in order to further realize the car traffic safety control management from the fundamental technology, began to study automotive electronic monitoring technology. Thesis analyzes the Intelligent Transportation Systems (ITS) function, role, and explain the definition of automotive electronic monitoring technology and key technology, and finally focuses on the design of automotive electronic monitoring technology based on ITS, mainly composed from various functional modules for analysis, a common component of the monitoring system.

ITS; cars; electronic monitoring technology; design

[TN98]

A

1674-6236(2014)14-0092-03

2014-02-14 稿件编号：201402045

张海波（1977—）,男,四川南充人，硕士，讲师。研究方向:电子技术、电气工程。