基于ITS车辆行驶安全驾驶辅助系统的研究

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基于ITS 车辆行驶安全驾驶辅助系统的研究

张月英

国家知识产权局专利局专利审查协作河南中心，河南 郑州 450000

摘要：在当今社会中，地面交通系统对人们的生活起到了至关重要的作用。文章首先阐述了汽车驾驶安全辅助系统试验平台，接着重点研究了基于ITS 车辆行驶安全驾驶辅助系统。 关键词：车辆行驶；安全驾驶；辅助系统 中图分类号：U495 文献标识码：A 文章编号：1671-5659（2016）19-0299-01

基于ITS 技术的汽车驾驶安全辅助系统是提高道路交通安全的有效手段，为进一步开展基于ITS 的汽车主动安全辅助技术的研究以及汽车驾驶辅助系统的产业化奠定了基础。

1 汽车驾驶安全辅助系统试验平台

基于ITS 的汽车驾驶安全辅助系统将人-车-路作为一个闭环系统，利用现代信息技术、传感技术来扩展驾驶人员的感知能力，同时在路况与车况的综合信息中辨识是否构成安全隐患：在危险工况下，不仅为驾驶员提供危险警示信息，且能自动采取措施控制汽车，减轻碰撞强度甚至使汽车避免碰撞；在安全工况下，能够取代驾驶员的部分操作，降低驾驶员的劳动强度。本试验室采用国际上先进的“V ”型开发模式，建立了相应的硬件在环仿真试验台和试验样车。

2 驾驶辅助系统硬件在环仿真试验台

在建立车辆纵向/横向运动模型基础上建立了基于xPC 技术的行车安全辅助系统硬件在线仿真试验台。该试验台可以对前向报警/避撞系统和全速自适应巡航系统等行车安全辅助系统的ECU 和相关执行器进行性能仿真测试。其硬件主要包括：制动系统、辅助制动执行器、油门执行器、加速踏板和电控单元；软件主要包括：车辆纵向运动模型和人机交互界面。

3 驾驶辅助系统试验样车

在研制开发油门和制动执行器并利用硬件在线仿真试验台相关硬件和整车ECU 进行测试的基础上，开发了行车安全辅助系统试验样车。为简化系统设计以及提高系统的可扩展性，采用了模块化设计。将基于ITS 的汽车驾驶安全辅助系统分为车辆信息采集节点、雷达信号处理节点、图像处理节点（车载工控机）、整车控制器节点、辅助制动/电子油门节点、报警节点和监控节点。系统采用CAN 总线结构，通过对CAN 协议和通讯程序的设计，由CAN 网络连接上述各部分从而组成驾驶安全辅助系统，实现行车安全辅助的各项功能。整个系统主要包括信号处理模块、人机交互界面、纵向控制/横向控制策略、报警策略、报警装置和执行器等。信号处理模块根据摄像机拍摄的车辆前方场景，对车道以及目标物进行感知和识别、根据雷达数据对目标进行感知、融合机器视觉和雷达感知的目标并判断其有效性、由目标物的距离信息通过卡尔曼滤波得到目标物的相对速度和相对加速度信息、根据车载传感器获取自车信息。人机交互界面将主要信息及系统状态提供给驾驶员，扩展驾驶员对环境的感知能力，驾驶员也可通过人机交互界面对系统的工作模式以及系统参数（时距、安全程度值及设定车速等）进行设置。报警策略根据驾驶员的设定以及自车和目标车信息向驾驶员适时提供预警信号。纵向/横向控制策略根据驾驶员的设定以及自车和目标车信息输出油门开度、制动压力和转向盘转角信号并传给相应的执行器。

4 基于ITS 车辆行驶安全驾驶辅助系统的研究

4.1 主动巡航控制系统

传统巡航控制系统车辆通常在发动机舱内配有巡航控制模块，通过控制执行器调节节气门开度来控制车速。在转向盘附近通常有控制按键，按下设定键就会启动巡航，车辆会自动维持在当前车速。按下加速或减速键时，车速会以一定的数值改变，可以进行1km ／h 的定值加速或减速。在40km ／h 以下的车速时不能设定巡航。作为安全特性，只要踩下

制动踏板，巡航会自动取消。如果是手动变速器，离合器踏

板也起到关闭巡航的功能。

随着交通流量的不断增加，由于前车的影响，传统的定速巡航系统需要频繁地进行设定和取消操作，逐渐失去了作用。新的巡航系统应运而生，这就是能够连续调整车速以保持与前车的安全距离的主动巡航控制系统。

主动巡航控制系统包括雷达传感器、数字信号处理器和控制模块。系统利用低功率雷达或红外线光束得到前车的确切位置。美国天合公司（TRW ）制造的77GHz 雷达能探测到150m 的范围，车速的调节范围可以从30km ／h 到180km ／h 。驾驶者设定所希望的车速和车距，主动巡航控制系统利用制动和节气门控制实现车速智能控制，在高速公路与前车自动保持一定车距，避免了频繁地取消和设定巡航控制。如果系统发现前车减速或监测到新目标，系统就会发送执行信号给发动机或制动系统来降低车速。当前方道路没车时又会加速恢复到设定的车速，通过自动控制制动和加速来保证一定的车距。当遇到前方车速很慢必须制动车时，会发出声音和视觉报警以提醒驾驶者。

4.2 电子稳定程序

德国保险联合会的一份事故调查报告显示：在所有的汽车事故中，约有25％的事故都是由车辆发生侧滑引起的。导致这种侧滑的原因，可能是驾驶者猛打转向盘、紧急避让或对路线的判断失误。

电子稳定程序（Electronic Stability Program）简称ESP ，是一种能够预知、并能迅速有效地控制侧滑现象发生的系统。ESP 整合了ABS （电子防抱死系统）和TCS （牵引力控制系统），在ABS 和TCS 的所有部件的基础上还包含侧向加速度传感器、横摆角速度传感器和方向传感器。

4.3 随动转向前照灯

随动转向前照灯（Adaptive Frontlight System）是采用电子传感器侦测车辆的转向，并通过电控单元控制汽车前照灯在极短的时间内作出反应，前照灯照射方向迅速转过一定的角度，提供弯道死角处的照明，在可见度较弱的场合可以大幅提升驾驶安全性。

随动转向前照灯随驾驶者转动转向盘而相应转动。当汽车进入弯道，随动转向前照灯迅速随转向盘转向相应的一侧，弯道内侧车灯转角大于弯道外侧车灯转角，可以将道路照明提高大约90％。在半径190m 的弯道上，常规前照灯的照明范围大约为30m ，随动转向前照灯可以将照明范围提高到55m ，驾驶者能够更加快捷地了解弯道的道路情况，提高行车的安全性。

5 结束语

综上所述，促进ITS 技术的实用化，减少我国日益严重的交通事故发生率，增强自主研究开发能力，具有重要的意义。

参考文献

[1]薛艳丽. 国外的智能交通系统[J].交通与运输，2014（4）：15-16.

[2]杨东凯，寇艳红，吴今培，等. 智能交通系统中的地图匹配定位方法[J].交通运输系统工程与信息，2015，3（3）：38-42.

2016年19期 299