未来汽车智能技术

王祝伟（华晨汽车工程研究院，辽宁 沈阳 110141）

未来汽车智能技术

王祝伟
（华晨汽车工程研究院，辽宁 沈阳 110141）

近年来，随着电子计算机技术和信息技术的飞速发展，汽车智能化控制技术、控制系统不断出现，使汽车插上了智能化翅膀。智能汽车正出现在我们这个世界上，并成为人们最为青睐的高级宠物。在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亮相之时，出现了形形色色的智能化系统汽车。

自适应巡航系统；夜视系统；自动驾驶

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.12.050

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

前言

汽车科技总是以人们想象不到的速度发展，尽可能的保障车辆和乘员的安全是当今车辆发展的重要主题，而大力投入成本来研发高科技的目的之一正是为了安全服务，或许全球已经有数以亿计的驾驶员体会到ESP在关键时刻的重要性了，这可以理解为科技与安全联姻的成果。一流的汽车厂商往往是安全和科技的引领者，而不是滞后于法律强制的跟随者。

智能车辆是一个集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统，它集中运用了计算机、现代传感、信息融合、通讯、人工智能及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体。目前对智能车辆的研究主要致力于提高汽车的安全性、舒适性，以及提供优良的人车交互界面。近年来，智能车辆己经成为世界车辆工程领域研究的热点和汽车工业增长的新动力，很多发达国家都将其纳入到各自重点发展的智能交通系统当中。

1、自适应巡航系统

1.1ACC的作用与工作原理

自适应巡航控制系统ACC (Adaptive CruiseContro1)是一种20世纪90年代中期发展起来的汽车安全性辅助驾驶系统，它将汽车自动巡航控制系统CCS(Cruise Control System)和车辆前向撞击报警系统 FCWS(Forward Collision WarningSystem)有机地结合起来，既有自动巡航功能，又有防止前向撞击功能。自适应巡航控制系统主要使用于在高速公路、宽路面的远程道路和乡间道路行驶的汽车上。对于自适应巡航系统模型在很多的文献中都有研究[1]。

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。

1.2ACC在国内外的应用状况

Bosch公司开发的ACC系统包括雷达、转向传感器、执行机构和显示单元。ACC系统包括原有的车辆电子控制单元ECU(ElectronicCortrol Unit)以及位于车辆前端的传感器和控制装置SCU(Sensorand Control Unit)。SCU用于完成对雷达信号的处理和 ACC流程控制。用于车辆动力性控制系统VDC(Vehicle Dynamics Contro1)的转向传感器可以帮助车辆预知其行驶路线。人一机交互界面MMI(Human—Machine—Interface)是ACC系统与驾驶员交互的媒介，包括操作开关、状态显示器、加速踏板、刹车踏板等。丰田公司利用毫米波雷达、激光雷达、超音波雷达及CCD(Charge Coupled Device)作为车辆环境监控的传感器，适用于高速公路环境，已达商业化水平并配备于其高阶车款上。北京理工大学对 ACC系统的研究多是针对基于CCS系统的开发，对车辆速度的调节主要是通过控制节气门开度和自动换档来实现，提出了将ACC系统与车辆制动和防滑控制系统ABS/ASR相集成构成ABS/ASR/ACC系统的整体设计方案。

1.3ACC的关键技术

1.3.1雷达的性能

雷达的功能是探测相对车距、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。

1.3.2目标车辆的识别和跟踪

雷达能将它所探测到的物体信息传递给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。

1.4ACC的发展趋势

1.4.1传感技术

由于电子技术的进步可生产出更紧凑、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。

1.4.2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。

1.4.3全速范围的自动起步技术

至今的ACC系统在车速低于30 km/h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，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动。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，驾驶员可以完全从繁琐的驾驶操作中解放出来，甚至进行休息。

2、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Ⅲ。在月光和星光下典型的光谱分布，基本上，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。夜视系统可详见文献[2]。

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见几百米以外的路况信息，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，因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。

2.1主动式红外夜视技术

把景物反射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，利用反射的红外辐射得到被照物体的像，称为主动式红外成像。

2.2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，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。

2.3主动式与被动式夜视技术比较

Tsimhoni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。

2.4图像处理技术

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。

2.5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。

3、汽车自动驾驶系统研究设计

3.1自动驾驶系统简介

自动驾驶系统是为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。

3.2自动驾驶系统原理及设计结构

汽车自动驾驶技术包括视频摄像头、雷达传感器以及激光测距器来了解周围的交通状况，并通过一个详尽的地图(通过有人驾驶汽车采集的地图)对前方的道路进行导航。文献[3]在多角度详细描述了自动驾驶技术的发展。这一切都通过谷歌的数据中心来实现，谷歌的数据中心能处理汽车收集的有关周围地形的大量信息。就这点而言，自动驾驶汽车相当于谷歌数据中心的遥控汽车或者智能汽车.。汽车自动驾驶技术物联网技术应用之一。

沃尔沃根据自动化水平的高低区分了四个无人驾驶的阶段：驾驶辅助、部分自动化、高度自动化、完全自动化：

（1）驾驶辅助系统（DAS）：目的是为驾驶者提供协助，包括提供重要或有益的驾驶相关信息，以及在形势开始变得危急的时候发出明确而简洁的警告。如“车道偏离警告”（LDW）系统等。

（2）部分自动化系统：在驾驶者收到警告却未能及时采取相应行动时能够自动进行干预的系统，如“自动紧急制动”（AEB）系统和“应急车道辅助”（ELA）系统等。

（3）高度自动化系统：能够在或长或短的时间段内代替驾驶者承担操控车辆的职责，但是仍需驾驶者对驾驶活动进行监控的系统。

（4）完全自动化系统：可无人驾驶车辆、允许车内所有乘员从事其他活动且无需进行监控的系统。这种自动化水平允许乘从事计算机工作、休息和睡眠以及其他娱乐等活动。

3.3结构性能编辑

自动驾驶汽车使用视频摄像头、雷达传感器，以及激光测距器来了解周围的交通状况，并通过一个详尽的地图（通过有人驾驶汽车采集的地图）对前方的道路进行导航。

激光雷达

车顶的“水桶”形装置是自动驾驶汽车的激光雷达，它能对半径60米的周围环境进行扫描，并将结果以3D地图的方式呈现出来，给予计算机最初步的判断依据。

前置摄像头辨移动物体

前置摄像头

自动驾驶汽车前置摄像头谷歌在汽车的后视镜附近安置了一个摄像头，用于识别交通信号灯，并在车载电脑的辅助下辨别移动的物体，比如前方车辆、自行车或是行人。

左后轮传感器

很多人第一眼会觉得这个像是方向控制设备，而事实上这左后轮传感器帮助定位是自动驾驶汽车的位置传感器，它通过测定汽车的横向移动来帮助电脑给汽车定位，确定它在马路上的正确位置。

前后雷达

后车厢的主控电脑谷歌在无人驾车汽车上分别安装了 4个雷达传感器（前方3个，后方1个），用于测量汽车与前（和前置摄像头一同配合测量）后左右各个物体间的距离。

前后雷达帮助测距

主控电脑

自动驾驶汽车最重要的主控电脑被安排在后车厢，这里除了用于运算的电脑外，还有拓普康（拓普康是日本一家负责工业测距和医疗器械的厂商）的测距信息综合器，这套核心装备将主控电脑在后车厢，负责汽车的行驶路线、方式的判断和执行。

4、结束语

汽车智能化设计技术包括很多方面，主要有自适应巡航系统、主动避撞系统、Stop-and-Go系统、自动泊车系统、随车转向灯系统、夜视系统、防疲劳监控系统、车道偏离警告系统、辅助驾驶技术、自动驾驶系统、智能车辆技术。随着各种科学技术的发展，汽车的各种智能化也越来越高，推动着社会的高速化，为社会带来更好的服务。但对于现在来说智能化大众化不太现实：一是成本太高，二是能量消耗太大。因此要在理论，科技和实际的基础上实现大众化的汽车的智能化的道路还很长，但我们应相信那个时候终会到来。车辆在实际使用过程中可能遇到很多问题，可参考文献【4】。

[1] 魏秋兰.自适应巡航系统在汽车中的应用[J].2009,4,24-26

[2] 姚其、林燕丹.汽车夜视技术与发展[J].2008 ,4,25-25,26-29

[3] 杨学清.汽车自动驾驶系统研究设计[J].2011,1,64-67

[4] 凌经.电控汽车诊断与维护[M].机械工业出版社,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

王祝伟，就职于华晨汽车工程研究院。