車輛防追尾系統(tǒng)

1、車輛防追尾系統(tǒng)眾所周知，由于路況復(fù)雜，行車途中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)急剎車、減速等突發(fā)情況，如果不給后車發(fā) 出明確信號(hào)，很容易發(fā)生“親密接觸”。主動(dòng)防追尾技術(shù)則可以在一定程度上避免此類事件 的發(fā)生，最簡(jiǎn)單的防追尾技術(shù)就是當(dāng)剎車、減速度達(dá)到一定數(shù)值，汽車傳感器就會(huì)發(fā)出信號(hào)， 自動(dòng)打開(kāi)緊急閃燈，告知后車提前采取措施，這種技術(shù)成本簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)而且效果明顯，但 是追尾事故不僅僅是本車被追尾，同樣還會(huì)出現(xiàn)本車的主動(dòng)追尾，而這一技術(shù)要實(shí)現(xiàn)起來(lái)就 比較復(fù)雜了。In Arperiwcgfidtfldelcm3nclosersensor Inrear view mJgrJ I AlNtE In Arperiwcgfidtf

2、ldelcm3nclosersensor Inrear view mJgrJ I AlNtE 殘Tild 料 up I心山忡汽HkiRrltV血叫如命Dn *LgleI 職 me m j flc grt FUnw.lie 5棉 g 國(guó)血 * m u4 ottw H cj UN. T hr 土陌M昌CH*位白膈取幡 The to w匚1帽由12即 翻期嬲攜半 IWdriw成傾 M 4dm 割 tiff hr圖為沃爾沃的紅外防追尾系統(tǒng)沃爾沃：城市安全系統(tǒng)(citysafety)利用內(nèi)置在風(fēng)擋玻璃頂部，裝于后視鏡高度的一個(gè)激光傳感器監(jiān)測(cè)前方的交通狀況。它 可以在車速低于30公里/小時(shí)探測(cè)到保險(xiǎn)杠前方

3、10米以內(nèi)的汽車及其他物體，可以減少50% 的碰撞發(fā)生，而車速在15公里以內(nèi)則可以完全避免追尾發(fā)生，”此系統(tǒng)還可以與前方車輛 的距離和汽車本身的車速為基礎(chǔ)，通過(guò)計(jì)算來(lái)制定避免碰撞所需要的制動(dòng)力。如果計(jì)算的制 動(dòng)力超過(guò)了一定值而司機(jī)仍然沒(méi)有做出反應(yīng)，該系統(tǒng)便認(rèn)定碰撞即將發(fā)生。城市安全系統(tǒng)通 過(guò)自動(dòng)制動(dòng)和減小油門來(lái)避免或者減小碰撞的嚴(yán)重程度，同時(shí)剎車燈閃爍以警示其他車輛。通用汽車的V2V系統(tǒng)日產(chǎn)：歐姆龍紅外線控制車速作用：可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)維持車間距和彎道自動(dòng)減速。此技術(shù)應(yīng)用于日產(chǎn)局部改進(jìn)的新車“風(fēng)雅”上。這套智能巡航系統(tǒng)可以通過(guò)導(dǎo)航儀判斷 車輛前方彎道大小，讓車輛在進(jìn)入彎道前自動(dòng)減速，而駛出彎道后自動(dòng)

4、加速，恢復(fù)預(yù)先設(shè)定 的車速，車速通過(guò)控制剎車輔助器的壓力以及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)整。而在自動(dòng)維持車距方面， 風(fēng)雅采用了歐姆龍的紅外線激光器，可測(cè)距離為120米。當(dāng)探測(cè)到前車間距太小時(shí)，會(huì)給油 門踏板以發(fā)力，控制車輛減速，同時(shí)通過(guò)警告和屏幕提醒駕駛員注意。東風(fēng)標(biāo)致207的防追尾系統(tǒng)靠強(qiáng)烈的閃燈提醒后方駕駛者通用：衛(wèi)星偵察駕駛盲區(qū)作用：預(yù)警系統(tǒng)能夠在兩車相隔距離處于危險(xiǎn)情況時(shí)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，從而避免追尾事故發(fā)生。美國(guó)通用汽車公司研發(fā)的這一預(yù)警系統(tǒng)名為“V2V”，中文意思是“車對(duì)車”。預(yù)警系統(tǒng)利用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)精確定位車輛所處方位，并通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)把所得信息傳送到距離300米以內(nèi)的車輛上。當(dāng)預(yù)警系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)情況

5、時(shí)，能夠發(fā)出警報(bào)聲和閃光，以避免車禍發(fā)生。另外，V2V系統(tǒng)還增加了防止后方追撞的警告系統(tǒng)，除了加強(qiáng)尾燈的警示功能之外，也會(huì)由警鈴或是坐椅震動(dòng)方式，在第一時(shí)間提醒駕駛?cè)俗⒁?。信息技術(shù)應(yīng)用弛底項(xiàng)西鼻志球3動(dòng)導(dǎo)航車/GVJ發(fā)展綜述53自動(dòng)導(dǎo)航車UGV)發(fā)展綜述張辰貝西7 .黃志球I南京航空航天大學(xué)伯息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇南京2IOOI6J自動(dòng)導(dǎo)航汽車將不再是夢(mèng)想，但至少還要等 二十年黎明時(shí)分，濃霧遮蔽的郊外高速公路上已開(kāi)始出現(xiàn)一些駕車上班者，但他們看不到前方正緩 慢穿越公路的小鹿。不過(guò)，幸運(yùn)的是他們的車能夠看到這只鹿。幾乎在瞬間，最靠近鹿的那 輛汽車自動(dòng)快速減速并轉(zhuǎn)向，以避開(kāi)近在眼前的碰撞。隨后，該

6、車向即時(shí)交通信息中心和它 后面的車輛發(fā)送警告消息，這樣在小鹿穿越公路時(shí)，它們就有足夠的時(shí)間剎車減速，放慢車 速讓小鹿先行。而且，任何一位駕車者都不會(huì)因這近在眼前的危險(xiǎn)而受到打擾。一些駕車者仍可一頭專注于 當(dāng)天早報(bào)，另一些則充分利用到達(dá)辦公室之前的這幾分鐘繼續(xù)打磕睡。他們都對(duì)這一事變毫 無(wú)知覺(jué)，因?yàn)樗麄冞@些“駕車者”并不在開(kāi)車，控制他們汽車的是自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)。聽(tīng)起來(lái)不可能？許多汽車專家可不這么認(rèn)為。自動(dòng)導(dǎo)航汽車所需的先進(jìn)科技其實(shí)早已到位， 他們指出，但至少還要再等二十到三十年這些科技才能裝配到商業(yè)化汽車上。“我們將一步一步地實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，這倒不是因?yàn)樽詣?dòng)導(dǎo)航汽車仍在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，而是因?yàn)?相應(yīng)的使能

7、技術(shù)正由于其它原因而逐漸成熟?！憋w思卡爾(Freescale)半導(dǎo)體公司策略與行銷 總監(jiān)Peter Schulmeyer博士解釋道，“某一天，人們將會(huì)認(rèn)識(shí)到我們幾乎已經(jīng)接近目標(biāo)，并 采取行動(dòng)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)?！眰鞲衅鲗⑹侵饕苿?dòng)力當(dāng)然，這最后一步無(wú)論從技術(shù)還是到心理和法律都充滿著困難。工程師們說(shuō)，他們需要更好 的傳感器和功能更強(qiáng)的處理器。但即使這些技術(shù)沒(méi)問(wèn)題了，汽車工業(yè)仍需要解決司機(jī)不愿放 棄控制權(quán)以及人類好勝心等問(wèn)題?！昂芏嗳讼矚g開(kāi)車。Schulmeyer指出。而且，對(duì)工程師來(lái)說(shuō)還有不少?gòu)?qiáng)大的理由在推動(dòng)他 們開(kāi)發(fā)車輛自動(dòng)駕駛技術(shù)。例如，上百萬(wàn)的開(kāi)車上班族每天需要花2個(gè)小時(shí)沒(méi)有任何產(chǎn)出 的時(shí)間用于

8、上下班，一年超過(guò)500小時(shí)花在上下班路上，而且許多司機(jī)死于車禍。專家指出，美國(guó)高速公路每年有4萬(wàn)起以上的車禍?zhǔn)怯捎谧⒁饬Σ患性斐傻?，從不合時(shí)機(jī)的掉 頭，到在車輛行駛中打瞌睡。工程師們并不急于一次解決所有的問(wèn)題，而是一步一步開(kāi)發(fā)新的技術(shù)。第一種新技術(shù)是所謂 的“自適應(yīng)巡航控制”系統(tǒng)，它采用前視傳感器監(jiān)視車輛行駛前方的目標(biāo)物體，目前該系統(tǒng)已經(jīng)裝備到量產(chǎn)汽車上。第二種新技術(shù)是在偏離車道時(shí)用來(lái)提 醒司機(jī)的“車道保持”系統(tǒng)，它也已投放市場(chǎng)。第三種新技術(shù) 是用來(lái)控制汽車避免碰撞的“碰撞避免”系統(tǒng)，目前它仍在開(kāi) 發(fā)之中。不過(guò)，要想實(shí)現(xiàn)完全的自動(dòng)駕駛，僅靠這三種新技術(shù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn) 不夠的。自動(dòng)駕駛汽車將需要基于G

9、PS的導(dǎo)航系統(tǒng)、加速 計(jì)和在GPS導(dǎo)航盲區(qū)使用的陀螺儀，來(lái)幫助指引路線。它 們將需要電子控制的線控駕駛、線控剎車、線控閥門調(diào)節(jié)和 線控懸掛處理系統(tǒng)來(lái)更好地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛、剎車和加速。它們將需要多個(gè)速度更快和功能更 強(qiáng)的處理器來(lái)處理汽車內(nèi)部的龐大數(shù)據(jù)。當(dāng)然，它們也將需要更好的傳感器（CMOS相機(jī)和 雷達(dá)）以看清車身周邊的環(huán)境?！白钪匾募夹g(shù)將是傳感器，它能使我們看清和理解汽車周邊環(huán)境所發(fā)生的一切?！盨chulmeyer表示，“今天的雷達(dá)系統(tǒng)已能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)巡航控制，但有了這些傳感器后， 我們就能開(kāi)發(fā)出如碰撞避免這樣的新功能。如果汽車能夠利用今天的自動(dòng)巡航控制系統(tǒng)把速 度慢下來(lái)，那么在將來(lái)它就有可能更快

10、地剎住車或控制住車輪，從而變成一個(gè)非常安全的系 統(tǒng)?！?自動(dòng)駕駛是大趨勢(shì)如果所有這些聽(tīng)起來(lái)還感覺(jué)很遙遠(yuǎn)，那么請(qǐng)考慮下面這個(gè)實(shí)例：作為美國(guó)國(guó)防部中央軍事研 究部門的美國(guó)國(guó)防預(yù)先研究計(jì)劃局（Darpa）已經(jīng)在研制全自動(dòng)汽車，并計(jì)劃到2015年將所 有軍用運(yùn)輸車輛中的三分之一實(shí)現(xiàn)無(wú)人自動(dòng)駕駛。為了實(shí)現(xiàn)這一宏偉計(jì)劃，今年三月美國(guó)國(guó)防預(yù)先研究計(jì)劃局出資100萬(wàn)美元在加州和內(nèi)華 達(dá)州的沙漠地帶舉辦了 142英里無(wú)人駕駛汽車比賽。參加這次比賽的人一致認(rèn)為，工程師開(kāi)發(fā)自動(dòng)駕駛汽車的進(jìn)程要比公眾想象的快得多?！斑@是不可阻擋的大趨勢(shì)，Velodyne Acoustics公司總裁Bruce Hall強(qiáng)調(diào)，“有一天你

11、只需 給你的汽車預(yù)先編好程序，它就可自動(dòng)載你去上班，雖然現(xiàn)在還有很多的障礙需要克服才能 實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，但我們肯定能實(shí)現(xiàn)。”Hall和他的兄弟Dave Hall工程師作為第三梯隊(duì)也參與了 Darpa的偉大事業(yè)，他們的汽車 順利地行駛了將近6英里，直到被一塊小石頭絆住。被命名為DAD（數(shù)字汽車駕駛）團(tuán)隊(duì)的 Hall小組利用雷達(dá)傳感器、CMOS照像機(jī)和2個(gè)TI生產(chǎn)的6?00 DSP芯片創(chuàng)建了一個(gè)立體 視覺(jué)系統(tǒng)。2個(gè)工作頻率為1.1GHz的數(shù)字信號(hào)處理器繪制地形圖以幫助汽車選擇方向?！拔覀円悦棵?0次的速率更新600 x400像素的地圖，并形成一張完整的地形圖，因此汽車 能清楚地知道障礙物和公路的位置

12、。Hall回憶道。除了傳感器外，DAD團(tuán)隊(duì)和其它競(jìng)爭(zhēng)團(tuán)隊(duì)都混合使用了板上慣性測(cè)量部件(IMU)，這些部件 通常使用加速計(jì)和陀螺儀。IMU測(cè)量每輛汽車前向角度的變化，并與GPS導(dǎo)航數(shù)據(jù)相比較， 從而判斷出汽車是否正常行駛在車道上。處理來(lái)自所有系統(tǒng)的數(shù)據(jù)需要巨大的計(jì)算能力，特別當(dāng)汽車在穿越沙丘和河流時(shí)。許多參加 汽車比賽的選手將他們的汽車比作是“車輪上的超級(jí)計(jì)算機(jī)”，其板上計(jì)算機(jī)的總價(jià)有60英 磅之多。例如，Carnegie-Mellon大學(xué)開(kāi)發(fā)的汽車就采用了 1個(gè)4向基于英特爾Itanium的并行處理 系統(tǒng)和3個(gè)雙Xeon的處理器。同樣，SciAutonics團(tuán)隊(duì)使用了一臺(tái)基于PowerPC的車

13、輛 控制計(jì)算機(jī)、3臺(tái)結(jié)實(shí)的膝上型電腦和1?立的工業(yè)計(jì)算機(jī)，所有這些計(jì)算機(jī)通過(guò)以太網(wǎng)總 線相連，處理來(lái)自導(dǎo)航系統(tǒng)、超聲波傳感器和車輛四周紅外線激光器的輸入數(shù)據(jù)。因?yàn)楹芏鄷r(shí)候汽車都不在正常的賽道上，因此汽車必須能夠閱讀地形，繞開(kāi)巖石和樹(shù)等障礙 物，甚至要能識(shí)別陡峭的深溝或懸崖。“這些汽車墜落懸崖是很有可能的?！敝腣irginia 技術(shù)大學(xué)機(jī)械工程教授Charles Reinholtz說(shuō)，對(duì)計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)識(shí)別懸崖是非常困難的一件事， 與樹(shù)或巖石不同，懸崖是一種反向障礙物。Reinholtz還補(bǔ)充說(shuō)，Virginia大學(xué)團(tuán)隊(duì)的30 名學(xué)生和9名教授把他們的車輛命名為“懸崖”就是想表達(dá)這樣的概念。“地形

14、識(shí)別”挑戰(zhàn)不僅僅限于離開(kāi)正常車道的地方，工程師們認(rèn)為需要更好的軟件才能理解人 類駕駛員經(jīng)常面對(duì)的常規(guī)障礙?！叭嗽诮值郎像{駛汽車時(shí)識(shí)別出藏在一輛靜止車輛后面的男孩頭的能力是非常容易的，Hall 指出，“而要建立一個(gè)具有這種能力的系統(tǒng)則非常非常難?！本€控革命不過(guò)，自動(dòng)導(dǎo)航汽車識(shí)別這些障礙的技術(shù)研究才剛開(kāi)始。對(duì)于最終要上路的自動(dòng)汽車來(lái)說(shuō)，它們要做的不僅僅是充當(dāng)駕駛員的眼睛，它們必須同時(shí)成 為駕駛員的手和腳。汽車制造商已經(jīng)在著手做這件事了，他們通過(guò)物理鏈路將駕駛員鏈接到輪胎、剎車和引擎上。 被稱為“線控駕駛”系統(tǒng)的新一代設(shè)備通過(guò)駕駛員的手和腳移動(dòng)來(lái)發(fā)送消息。例如，方向盤被改造成手柄。就像游戲桿那樣，它

15、發(fā)出車輪轉(zhuǎn)彎的命令，但它本身并不旋轉(zhuǎn)。 同樣，剎車踏板也成為傳感器。它與剎車并不直接通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)相連。相反，它只是沿著導(dǎo) 線發(fā)送很小的電流來(lái)告訴剎車應(yīng)如何動(dòng)作。那么加速踏板呢？采用另外一個(gè)傳感器即可。腳的踩踏由微處理器控制，并由微處理器指揮 閥門的開(kāi)和關(guān)。這些系統(tǒng)中至少有一種（如線控閥門）已經(jīng)廣 泛用于汽車中了。工程師們認(rèn)為，線控剎車 和線控方向?qū)⒃诮窈?年里實(shí)現(xiàn)，這要比任 何人敢想象的自動(dòng)駕駛汽車的出現(xiàn)時(shí)間要早 得多。這樣的系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)碰撞避免的關(guān)鍵， 只有實(shí)現(xiàn)了碰撞避免才能讓汽車接管方向盤 和剎車。為了使線控系統(tǒng)早日服務(wù)于自動(dòng)駕駛汽車，汽車制造商需要進(jìn)一步用好這些技術(shù)。他們需要 增加替代駕駛

16、人員的系統(tǒng)，并對(duì)方向盤和剎車踏板施加壓力。上述參賽的選手們已經(jīng)通過(guò)電 子馬達(dá)實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)。例如SciAutonics就采用了 3個(gè)速率為27ft-lb的伺服馬達(dá)來(lái)控制 剎車踏板、加速踏板和變速箱手柄。另外它還使用了一個(gè)大型伺服馬達(dá)和皮帶驅(qū)動(dòng)設(shè)備來(lái)帶 動(dòng)方向盤。在自動(dòng)駕駛方案中，線控系統(tǒng)是整條鏈路中的最后鏈接，而整條鏈路的起始是用作駕駛者眼 睛的雷達(dá)傳感器，緊隨其后的是作為汽車大腦的處理器。線控系統(tǒng)接受大腦”發(fā)出的命令， 并擔(dān)當(dāng)駕駛員手和腳的角色，轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤，給剎車和加速踏板施加壓力。最終，工程師們會(huì)迎來(lái)這么一天，汽車間相互幫助，在將要停止、接近十字路口或繞開(kāi)路中 間的障礙物時(shí)相互進(jìn)行無(wú)線通信

17、?！敖窈蠖叹嚯x的相互通信將扮演重要的安全角色。”Schulmeyer指出。端到端控制將所有的視像信號(hào)、導(dǎo)航、線控駕駛和計(jì)算機(jī)集成進(jìn)自動(dòng)導(dǎo)航汽車可能是最令人畏懼的一項(xiàng) 任務(wù)，工程師們認(rèn)為。為了實(shí)現(xiàn)夢(mèng)想，制造商在向顧客出售自動(dòng)導(dǎo)航汽車時(shí)首先需要向他們 說(shuō)明放棄對(duì)機(jī)器的控制會(huì)帶來(lái)的好處，然后制造商還必須解決好機(jī)器故障時(shí)不可避免會(huì)發(fā)生 的法律問(wèn)題?！案鶕?jù)美國(guó)的經(jīng)濟(jì)法律規(guī)定，這樣的技術(shù)可能在美國(guó)之外會(huì)有更好的市場(chǎng)機(jī)會(huì)，至少是在開(kāi) 始階段是這樣的。Hall表示。而且，工程師必須指出如何緩慢地從人類駕駛過(guò)渡到機(jī)器駕駛，同時(shí)仍使用人作為后備，專 家說(shuō)。“即使汽車擁有前向雷達(dá)和照相機(jī)，能夠識(shí)別限速標(biāo)志，但仍有自動(dòng)系統(tǒng)不知道該做什么的 情況發(fā)生，此時(shí)駕駛?cè)藛T必須接管機(jī)器。FreeScale公司Schulmeyer表示，“問(wèn)題是：當(dāng) 汽車做大部分駕駛操作時(shí)，如何才能保持駕駛