智能網(wǎng)聯(lián)汽車概論-領(lǐng)域六 高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)

智能網(wǎng)聯(lián)汽車概論

高級(jí)輔助

駕駛系統(tǒng)PART6

道路交通事故是全球公認(rèn)的重大安全問(wèn)題，每年有120萬(wàn)人死于交通傷害，而受傷者多達(dá)5000萬(wàn)人。如果不采取強(qiáng)有力的預(yù)防措施，未來(lái)20年中道路交通事故的死亡和受傷人數(shù)將增加65%左右。研究表明，近80%的碰撞是由于駕駛員事發(fā)前3秒的疏忽造成。因此，智能輔助駕駛系統(tǒng)成為大勢(shì)所趨。該系統(tǒng)通過(guò)在車上搭載傳感器，感知周圍環(huán)境，并利用算法實(shí)現(xiàn)人類經(jīng)驗(yàn)難以比擬的判斷速度與精度，可以有效減少駕駛失誤，降低交通事故率，最終實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛。麥肯錫預(yù)測(cè)，智能駕駛是2025年決定經(jīng)濟(jì)的十二大技術(shù)之一，每年可挽回3-15萬(wàn)個(gè)生命。情景導(dǎo)入

智能輔助駕駛系統(tǒng)主要采用ADAS預(yù)警技術(shù)，它基于視覺(jué)圖像分析和毫米波雷達(dá)相結(jié)合的高科技預(yù)警產(chǎn)品，能夠即時(shí)分析前方汽車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)也能計(jì)算自駕駛車輛的情況，根據(jù)駕駛者的習(xí)慣，對(duì)行車過(guò)程中有可能發(fā)生駕駛危險(xiǎn)時(shí)進(jìn)行提醒。情景導(dǎo)入學(xué)習(xí)單元一ＡＤＡＳ預(yù)警類輔助駕駛功能

預(yù)警類輔助駕駛以提醒駕駛員為主要任務(wù)，主要包含駕駛員疲勞預(yù)警系統(tǒng)、前向碰撞預(yù)警系統(tǒng)、車道偏離預(yù)警系統(tǒng)、行人保護(hù)系統(tǒng)、盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與夜視系統(tǒng)。一、預(yù)警類功能簡(jiǎn)述1.駕駛員疲勞預(yù)警系統(tǒng)

(１)駕駛?cè)似陬A(yù)警系統(tǒng)的組成(２)駕駛?cè)似陬A(yù)警系統(tǒng)的檢測(cè)原理2.前碰撞預(yù)警（FCWS）

FCWS（ForwardCollisionWarningSystem），核心功能：提醒車主前方存在碰撞到車輛的危險(xiǎn)。

前碰撞預(yù)警系統(tǒng)主要是基于智能視頻分析處理的一種高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)，其原理是，通過(guò)動(dòng)態(tài)視頻攝像技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)來(lái)監(jiān)測(cè)并辨別車輛周圍道路環(huán)境，可以用來(lái)監(jiān)測(cè)車距預(yù)防追尾、前車碰撞預(yù)警、導(dǎo)航和黑匣子等功能，如圖6-3。3.車道偏離預(yù)警（LDW）系統(tǒng)

車道偏離預(yù)警（LaneDepartureWarning）核心功能：車道保持，避免正常駕駛時(shí)壓車道線，即識(shí)別車道線自動(dòng)調(diào)整行駛位置的系統(tǒng)。車道偏離在在汽車行業(yè)的規(guī)范中有明確的規(guī)定，在偏離預(yù)警的過(guò)程中有預(yù)警等級(jí)的，對(duì)于車道線的彎道也是有識(shí)別距離的。車道偏離預(yù)警系統(tǒng)主要由HUD抬頭顯示器、攝像頭、控制器以及傳感器組成。當(dāng)車道偏離預(yù)警系統(tǒng)開啟時(shí)，攝像頭（一般安置在車身側(cè)面或后視鏡位置）會(huì)時(shí)刻采集行駛車道的標(biāo)識(shí)線，通過(guò)圖像處理獲得汽車在當(dāng)前車道中的位置參數(shù)。當(dāng)檢測(cè)到汽車偏離車道時(shí)，傳感器會(huì)及時(shí)收集車輛數(shù)據(jù)和駕駛員的操作狀態(tài)，之后由控制器發(fā)出警報(bào)信號(hào)，整個(gè)過(guò)程大約在0.5秒完成，為駕駛者提供更多的反應(yīng)時(shí)間。而如果駕駛者打開轉(zhuǎn)向燈，正常進(jìn)行變線行駛，那么車道偏離預(yù)警系統(tǒng)不會(huì)做出任何提示，如圖6-4。4.行人保護(hù)（PCW）

行人碰撞預(yù)警（Pedestrianprotectionsystem）主要針對(duì)路面上的行人進(jìn)行偵測(cè)識(shí)別，測(cè)算距離，避免碰撞行人，如圖6-5。由于人的活動(dòng)的不確定性比較大，參與道路交通的方式比較多，比如騎自行車、摩托車、蹬三輪等，再加之行人本身的多態(tài)，高矮、胖瘦、著裝等參差不齊，造成行人的識(shí)別使用一般的方法的準(zhǔn)確率都不高，誤檢測(cè)和識(shí)別比較多。傳統(tǒng)使用的檢測(cè)方法是hog特征+SVM，深度學(xué)習(xí)的效果比較好。5.盲區(qū)檢測(cè)（BSD）

盲區(qū)檢測(cè)（BlindSpotDetection）針對(duì)的是車輛兩側(cè)后方A柱子遮擋的部分進(jìn)行的車輛檢測(cè)，避免駕駛員因?yàn)橐曈X(jué)盲區(qū)無(wú)法看到盲區(qū)的車輛而造成誤判變道，通過(guò)BSD可以幫助駕駛員更好的觀察車輛兩側(cè)后方的車輛狀態(tài)，如圖6-6。二、駕駛員疲勞檢測(cè)系統(tǒng)1.AttentionAssist

AttentionAssist是德系車駕駛員疲勞狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的代表，屬于間接監(jiān)測(cè)，如圖6-7所示，它依據(jù)駕駛員駕駛行為、基于車輛狀態(tài)參數(shù)檢測(cè)駕駛員狀態(tài)，例如車速、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、橫擺角速度、側(cè)向加速度、轉(zhuǎn)向盤角速度和角加速度等及各信號(hào)的后處理參數(shù)，綜合考慮以上因素進(jìn)行分析計(jì)算得到駕駛員狀態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果；AttentionAssist除覆蓋正常行駛工況外還考慮外部干擾對(duì)疲勞監(jiān)測(cè)的影響，例如側(cè)風(fēng)、路面凸起和斜坡等不均勻工況，使其適用范圍更廣、精度更高；AttentionAssist有效車速區(qū)間80-180km/h，在監(jiān)測(cè)到駕駛員疲勞時(shí)會(huì)主動(dòng)報(bào)警并在儀表盤上顯示提示信息，已于2011年應(yīng)用于梅賽德斯-奔馳B級(jí)車上。2.DriverAlertSystem

與德系車基于駕駛員駕駛行為監(jiān)測(cè)駕駛員疲勞狀態(tài)不同，福特公司采用直接監(jiān)測(cè)和間接監(jiān)測(cè)相融合的方法，從車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、駕駛行為、周圍環(huán)境和駕駛員生理信息4個(gè)維度出發(fā)，依靠大而全的數(shù)據(jù)源使監(jiān)測(cè)算法的準(zhǔn)確性得到較大提高。但是，大量數(shù)據(jù)運(yùn)算時(shí)需要占用較大內(nèi)存，一般很難集成到某一電子控制系統(tǒng)的控制器里，需要額外增加一個(gè)控制器，用于DriverAlertsystem的數(shù)據(jù)運(yùn)算。DriverAlertsystem在后視鏡的后方安裝一個(gè)前置攝像頭，以獲取車輛運(yùn)動(dòng)軌跡信息。現(xiàn)在?？怂?、S-MAX和Galaxy系列車型都配備DriverAlertSystem，在監(jiān)測(cè)到駕駛員疲勞時(shí)提供報(bào)警功能，DriverAlertSystem的工作原理請(qǐng)見圖6-8。3.DriverMonitor

豐田公司在Lexus和商用車上配備的DriverMonitor由電裝株式會(huì)社提供，屬于直接監(jiān)測(cè)方法，利用攝像頭獲取駕駛員面部狀態(tài)信號(hào)和眼睛運(yùn)動(dòng)信號(hào)，結(jié)合紅外傳感器獲得的駕駛員頭部位置和運(yùn)動(dòng)信息來(lái)識(shí)別駕駛員狀態(tài)；當(dāng)發(fā)現(xiàn)駕駛員處于疲勞狀態(tài)時(shí)，車輛會(huì)發(fā)出警報(bào)提醒駕駛員，DriverMonitor的工作原理請(qǐng)見圖6-9。DriverMonitor識(shí)別駕駛員疲勞狀態(tài)的精度相當(dāng)高，但是需要車輛額外安裝一個(gè)攝像頭和紅外傳感器，硬件成本較高。隨著車輛ADAS（AdvancedDriverAssistantSystem）和生物識(shí)別技術(shù)的普及，DriverMonitor應(yīng)用范圍會(huì)越來(lái)越廣。4.DriverAlertControl

DAC（DriverAlertControl）是沃爾沃公司開發(fā)的駕駛員安全警告系統(tǒng)，其除了監(jiān)測(cè)駕駛員疲勞狀態(tài)外，還能監(jiān)測(cè)駕駛員注意力是否分散。DAC硬件包括攝像頭、各種車輛狀態(tài)傳感器、車輛軌跡傳感器和控制器，控制器綜合分析駕駛員頭部位置和角度、眼睛運(yùn)動(dòng)、車輛與車道的相對(duì)位置、轉(zhuǎn)向盤操縱等數(shù)據(jù)，判斷當(dāng)前的駕駛狀態(tài)，并與內(nèi)置于控制器中記錄器里駕駛員正常的駕駛狀態(tài)對(duì)比，判斷駕駛員是否處于疲勞或注意力分散狀態(tài)；如果是，則發(fā)出聲音信號(hào)提醒駕駛員，并在儀表盤上顯示提示信息。DAC還可以與其他駕駛輔助系統(tǒng)如車道保持、自適應(yīng)巡航、碰撞預(yù)警等集成，除警報(bào)提醒外還能主動(dòng)對(duì)車輛運(yùn)動(dòng)進(jìn)行有效干預(yù)。當(dāng)車速高于65km/h時(shí)，DAC激活；當(dāng)車速低于60km/h時(shí)，DAC休眠。駕駛員安全警告系統(tǒng)工作原理請(qǐng)見圖6-10。5.DriverMonitorSystem

DMS（DriverMonitorSystem）是捷豹F-Type在轉(zhuǎn)向盤里內(nèi)置一種駕駛員狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由澳大利亞SeeingMachines公司提供，采集駕駛員面部運(yùn)動(dòng)和眼睛運(yùn)動(dòng)信息，監(jiān)測(cè)駕駛員狀態(tài)和注意力集中情況，控制器選擇英特爾酷睿i7處理器DMS與緊急制動(dòng)系統(tǒng)集成，如果判斷出駕駛員處于疲勞狀態(tài)或注意力分散狀態(tài)，并有可能發(fā)生碰撞事故時(shí)，將主動(dòng)制動(dòng)以確保行車安全。6.DriverDrowsinessDetectionSystem DDDS（DriverDrowsinessDetectionSystem—）是博世公司研發(fā)的駕駛員疲勞狀態(tài)間接監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其與德系車的疲勞狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理基本一致，博世的DDDS集成性好，可以和電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)、CAN網(wǎng)關(guān)、FlexRay網(wǎng)關(guān)等集成，應(yīng)用載體不受限于制造商。三、盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)1.盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作原理

盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是由感知單元、電子控制單元及執(zhí)行單元組成，感知單元包括攝像頭、探測(cè)雷達(dá)、超聲波傳感器，執(zhí)行單元為聲光報(bào)警器，如圖6-11。（1）影像（2）雷達(dá)2.高級(jí)別自動(dòng)駕駛汽車中的盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)四、夜視系統(tǒng)

所謂汽車夜視系統(tǒng)是一項(xiàng)源自軍用技術(shù)的高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS），主要作用為在夜間或其它弱光行駛環(huán)境中為駕駛員提供視覺(jué)輔助或警告信息，如圖6-12所示。根據(jù)工作原理的不同，目前夜視技術(shù)可以分為三大類：微光夜視、主動(dòng)紅外夜視和被動(dòng)紅外夜視，汽車用夜視系統(tǒng)主要為主動(dòng)紅外夜視與被動(dòng)紅外夜視。43121.微光夜視3.被動(dòng)紅外夜視技術(shù)2.主動(dòng)紅外夜視技術(shù)4.性能指標(biāo)對(duì)比學(xué)習(xí)小結(jié)1.駕駛員疲勞預(yù)警系統(tǒng)DFM（DriverFatigueMonitorSystem）主要是通過(guò)攝像頭獲取的圖像，通過(guò)視覺(jué)跟蹤、目標(biāo)檢測(cè)、動(dòng)作識(shí)別等技術(shù)對(duì)駕駛員的駕駛行為及生理狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)駕駛員發(fā)生疲勞、分心、打電話、抽煙等危險(xiǎn)情況時(shí)在系統(tǒng)設(shè)定時(shí)間內(nèi)報(bào)警以避免事故發(fā)生。2.前碰撞預(yù)警系統(tǒng)主要是基于智能視頻分析處理的一種高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)，其原理是，通過(guò)動(dòng)態(tài)視頻攝像技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)來(lái)監(jiān)測(cè)并辨別車輛周圍道路環(huán)境，可以用來(lái)監(jiān)測(cè)車距預(yù)防追尾、前車碰撞預(yù)警、導(dǎo)航和黑匣子等功能。3.車道偏離預(yù)警系統(tǒng)主要由HUD抬頭顯示器、攝像頭、控制器以及傳感器組成。當(dāng)車道偏離預(yù)警系統(tǒng)開啟時(shí)，攝像頭（一般安置在車身側(cè)面或后視鏡位置）會(huì)時(shí)刻采集行駛車道的標(biāo)識(shí)線，通過(guò)圖像處理獲得汽車在當(dāng)前車道中的位置參數(shù)。學(xué)習(xí)小結(jié)4.行人碰撞預(yù)警（Pedestrianprotectionsystem）主要針對(duì)路面上的行人進(jìn)行偵測(cè)識(shí)別，測(cè)算距離，避免碰撞行人。5.盲區(qū)檢測(cè)（BlindSpotDetection）針對(duì)的是車輛兩側(cè)后方A柱子遮擋的部分進(jìn)行的車輛檢測(cè)，避免駕駛員因?yàn)橐曈X(jué)盲區(qū)無(wú)法看到盲區(qū)的車輛而造成誤判變道，通過(guò)BSD可以幫助駕駛員更好的觀察車輛兩側(cè)后方的車輛狀態(tài)。6.夜視系統(tǒng)能夠自動(dòng)識(shí)別前方物體并在儀表盤、HUD抬頭顯示中發(fā)出警示?，F(xiàn)有的夜視輔助系統(tǒng)可以做到識(shí)別超出遠(yuǎn)光燈范圍的行人，對(duì)危險(xiǎn)進(jìn)行提前預(yù)知。知識(shí)鞏固知識(shí)鞏固控制類輔助駕駛主要目的是輔助駕駛員應(yīng)對(duì)汽車面臨的危險(xiǎn)，主要包括自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)、自動(dòng)泊車系統(tǒng)、車道保持系統(tǒng)、自適應(yīng)燈光控制和自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)。一、控制類功能簡(jiǎn)述1.自適應(yīng)巡航系統(tǒng)系統(tǒng)自適應(yīng)巡航控制，ACC（AdaptiveCruiseControl），是一個(gè)允許車輛巡航控制系統(tǒng)調(diào)整速度以適應(yīng)交通狀況的控制系統(tǒng)。安裝在車頂?shù)睦走_(dá)能夠探測(cè)前方物體的距離，通過(guò)一系列算法來(lái)識(shí)別路上的潛在威脅，如圖6-1。ACC與全速ACC：很多ACC功能要求車速在30km/h以上才能工作，而全速ACC則通?？梢栽?-150km/h起作用。學(xué)習(xí)單元二ＡＤＡＳ控制類輔助駕駛功能2.自動(dòng)泊車系統(tǒng)自動(dòng)泊車系統(tǒng)，AP（Automaticparking），就是不用人工干預(yù)，自動(dòng)停車入位的系統(tǒng)。自動(dòng)泊車系統(tǒng)，可以使汽車自動(dòng)地以正確的?？课徊窜?，該系統(tǒng)包括環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、中央處理器和車輛策略控制系統(tǒng)，所述的環(huán)境數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括圖像采集系統(tǒng)和車載距離探測(cè)系統(tǒng)。其原理是：遍布車輛周圍的雷達(dá)探頭測(cè)量自身與周圍物體之間的距離和角度，然后通過(guò)車載電腦計(jì)算出操作流程配合車速調(diào)整方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，駕駛者只需要控制車速即可，如圖6-14。3.車道保持系統(tǒng)車道保持系統(tǒng)，LKS（LaneKeepingSystem），智能駕駛輔助系統(tǒng)中的一種。它可以在車道偏離預(yù)警系統(tǒng)（LDWS）的基礎(chǔ)上對(duì)剎車的控制協(xié)調(diào)裝置進(jìn)行控制。對(duì)車輛行駛時(shí)借助一個(gè)攝像頭識(shí)別行駛車道的標(biāo)識(shí)線將車輛保持在車道上提供支持。可檢測(cè)本車在車道內(nèi)的位置，并可自動(dòng)調(diào)整轉(zhuǎn)向，使本車保持在車道內(nèi)行駛，如圖6-15。（1）車道保持系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)（2）車道保持系統(tǒng)的工作原理（3）車道保持系統(tǒng)的激活條件（4）車道保持系統(tǒng)的局限4.自適應(yīng)燈光控制自適應(yīng)燈光控制ALC（AdaptiveLightControl）是一種智能燈光調(diào)節(jié)系統(tǒng)。通過(guò)感知駕駛員操作、車輛行駛狀態(tài)、路面變化以及天氣環(huán)境等信息，ALC自動(dòng)控制前照燈實(shí)時(shí)進(jìn)行上下、左右照明角度的調(diào)整，為駕駛員提供最佳道路照明效果。自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)共由四部分組成：傳感器、ECU、車燈控制系統(tǒng)和前照燈。汽車車速傳感器和方向盤轉(zhuǎn)角傳感器不斷地把檢測(cè)到的信號(hào)傳遞給ECU，ECU根據(jù)傳感器檢測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行處理，把處理完后的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，輸出前照燈轉(zhuǎn)角指令，使前照燈轉(zhuǎn)過(guò)相應(yīng)的角度。 汽車在轉(zhuǎn)彎時(shí)，重點(diǎn)是要提前看到所轉(zhuǎn)方向的障礙物，根據(jù)現(xiàn)實(shí)駕駛的經(jīng)驗(yàn)，車燈一般只需轉(zhuǎn)過(guò)0-15°即可，只需要所轉(zhuǎn)方向側(cè)的那只前照燈實(shí)現(xiàn)智能轉(zhuǎn)向就可，另一側(cè)前照燈還是保持原來(lái)的方向，如圖6-16。雖簡(jiǎn)化了控制，仍然能夠達(dá)到預(yù)期的效果。它可以通過(guò)控制系統(tǒng)能夠顯著改善各種路況下的照明效果，提高行車安全。5.自動(dòng)緊急制動(dòng)自動(dòng)緊急制動(dòng)AEB（AutonomousEmergencyBraking）是一種汽車主動(dòng)安全技術(shù)，主要由3大模塊構(gòu)成，其中測(cè)距模塊的核心包括微波雷達(dá)、激光雷達(dá)和視頻系統(tǒng)等，它可以提供前方道路安全、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的圖像和路況信息。 AEB系統(tǒng)采用雷達(dá)測(cè)出與前車或者障礙物的距離，然后利用數(shù)據(jù)分析模塊將測(cè)出的距離與警報(bào)距離、安全距離進(jìn)行比較，小于警報(bào)距離時(shí)就進(jìn)行警報(bào)提示，而小于安全距離時(shí)即使在駕駛員沒(méi)有來(lái)得及踩制動(dòng)踏板的情況下，AEB系統(tǒng)也會(huì)啟動(dòng)，使汽車自動(dòng)制動(dòng)，從而為安全出行保駕護(hù)航，如圖6-17。二、ACC1.自適應(yīng)巡航工作原理

A車司機(jī)已經(jīng)激活自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)，并選定了巡航車速V和巡航車距，A車已經(jīng)加速到了選定巡航車速，如圖6-18。2.自適應(yīng)巡航系統(tǒng)功能（1）操縱和顯示（2）系統(tǒng)的接通/關(guān)閉（3）設(shè)定巡航車速（4）識(shí)別前車（5）設(shè)定巡航車距（與前車的距離）（6）司機(jī)接管請(qǐng)求（7）將車速提高到超過(guò)設(shè)定的巡航車速（8）關(guān)閉自適應(yīng)巡航系統(tǒng)（BEREIT模式）（9）激活自適應(yīng)巡航系統(tǒng)（Resume）（10）故障顯示/關(guān)閉3.系統(tǒng)的局限性三、自動(dòng)泊車系統(tǒng)1.自動(dòng)泊車系統(tǒng)組成

（4）泊車輔助按鈕（2）泊車輔助傳感器（1）泊車輔助轉(zhuǎn)向傳感器（3）泊車輔助轉(zhuǎn)向控制單元（5）泊車轉(zhuǎn)向輔助按鈕2.自動(dòng)泊車過(guò)程使用泊車輔助倒入停車空位的過(guò)程被分為下列四個(gè)階段：（1）階段1：激活泊車轉(zhuǎn)向輔助系統(tǒng)（PA）（2）階段2：尋找合適的停車空位（3）階段3：借助泊車轉(zhuǎn)向輔助系統(tǒng)（PA）（4）階段4：泊車輔助轉(zhuǎn)向過(guò)程完成3.自動(dòng)泊車過(guò)程中斷條件

四、自適應(yīng)遠(yuǎn)光燈控制

遠(yuǎn)光燈控制信號(hào)可以采用兩種不同的模式：自動(dòng)遠(yuǎn)光燈（AHB）模式，它提供二進(jìn)制開/關(guān)控制；自