1、汽車現(xiàn)代設計方法課程論文題 目：汽車智能化設計技術學院 工程技術學院 專業(yè) 車輛工程 姓名 李志 指導教師2013 年 月 5 日目錄摘要：2關鍵字：2一、自適應巡航系統(tǒng)21巡航控制系統(tǒng)42ACC的作用與工作原理43ACC的關鍵技術531 雷達的性能532 目標車輛的識別和跟蹤54ACC系統(tǒng)當前要解決的問題65ACC的發(fā)展趨勢751 傳感技術752 完善現(xiàn)有的功能，集成化753 全速范圍的自動起步技術7二、夜視系統(tǒng)71主動式紅外夜視技術92被動式熱成像技術93主動式與被動式夜視技術比較94圖像處理技術105汽車夜視系統(tǒng)發(fā)展10三、汽車自動駕駛系統(tǒng)研究設計101自動駕駛系統(tǒng)簡介112自動駕駛系統(tǒng)

2、原理及設計結構113軟件部分11四、結束語11五、致謝12參考文獻：12汽車智能化設計技術摘要：近些年來，汽車智能化技術正在逐步得到廣泛的應用，這項技術使汽車的操作性更簡單，行駛安全性也更好。越來越多的企業(yè)開始涉足這塊領域，將尖端的IT技術運用到汽車領域中，為消費者駕車出行帶來更多美好體驗。據(jù)統(tǒng)計，近五年來，汽車產(chǎn)業(yè)領域超過90%的創(chuàng)新都與汽車智能化系統(tǒng)相關。汽車全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GSP)、汽車慣性導航系統(tǒng)(INS)、智能巡航系統(tǒng)(ICC)、各種雷達避撞系統(tǒng)紛紛登臺。車聯(lián)網(wǎng)除了可以提供行車安全、停車引導等應用信息外，還可以輕易開發(fā)出娛樂、遠程通信等功能，汽車智能化系統(tǒng)改善交通安全已得到廣泛認可

3、，汽車智能化應用也將是未來汽車安全產(chǎn)品的發(fā)展趨勢。關鍵字：汽車，智能化，自適應巡航系統(tǒng)，夜視系統(tǒng)，自動駕駛一、自適應巡航系統(tǒng)自適應巡航控制系統(tǒng)是一種智能化的自動控制系統(tǒng)，它是在早已存在的巡航控制技術的基礎上發(fā)展而來的。在車輛行駛過程中，安裝在車輛前部的車距傳感器（雷達）持續(xù)掃描車輛前方道路,同時輪速傳感器采集車速信號。當與前車之間的距離過小時，ACC控制單元可以通過與制動防抱死系統(tǒng)、發(fā)動機控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)動作，使車輪適當制動，并使發(fā)動機的輸出功率下降，以使車輛與前方車輛始終保持安全距離。自適應巡航控制系統(tǒng)在控制車輛制動時，通常會將制動減速度限制在不影響舒適的程度，當需要更大的減速度時，ACC控制單

4、元會發(fā)出聲光信號通知駕駛者主動采取制動操作。當與前車之間的距離增加到安全距離時，ACC控制單元控制車輛按照設定的車速行駛。1巡航控制系統(tǒng)按司機要求的速度合開關之后，不用踩油門踏板就自動地保持車速，使車輛以固定的速度行駛，采用了這種裝置，當在高速公路上長時間行車后，司機就不用再去控制油門踏板，減輕了疲勞，同時減少了不必要的車速變化，可以節(jié)省燃料。巡航控制系統(tǒng)英文名稱為Speed Control System或Cruise Control System，這是一種減輕駕車者疲勞的裝置。當汽車在長距離的高速公路行駛時，啟動巡航控制系統(tǒng)就可以自動將汽車固定在特定的速度上，免除駕車者長時間腳踏油門踏板之苦

5、。同時，它還能在巡航狀態(tài)下對預定的車速進行加速和減速的調(diào)節(jié)。在上世紀60年代的美國，巡航控制系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應用在汽車上，目前國內(nèi)生產(chǎn)的一些中高檔車如帕薩特、雅閣等也都安裝有巡航控制系統(tǒng)。另外，巡航控制系統(tǒng)還有節(jié)省燃料和減少排放的好處，因為汽車都有對應的經(jīng)濟速度，當駕駛者將巡航控制系統(tǒng)調(diào)置在經(jīng)濟速度上就可以起到省油的作用。2ACC的作用與工作原理ACC的英文全稱是“Adaptive Cruise Control”，中文意思是“自適應巡航控制”。 自適應巡航控制系統(tǒng)是一種智能化的自動控制系統(tǒng)，它是在早已存在的巡航控制技術的基礎上發(fā)展而來的。在車輛行駛過程中，安裝在車輛前部的車距傳感器（雷達）持續(xù)掃描

6、車輛前方道路，同時輪速傳感器采集車速信號。當與前車之間的距離過小時，ACC控制單元可以通過與制動防抱死系統(tǒng)、發(fā)動機控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)動作，使車輪適當制動，并使發(fā)動機的輸出功率下降，以使車輛與前方車輛始終保持安全距離。自適應巡航控制系統(tǒng)在控制車輛制動時，通常會將制動減速度限制在不影響舒適的程度，當需要更大的減速度時，ACC控制單元會發(fā)出聲光信號通知駕駛者主動采取制動操作。當與前車之間的距離增加到安全距離時，ACC控制單元控制車輛按照設定的車速行駛。巡航速度控制是按駕駛員的意愿設定車速并保持等速行駛，所以也稱設定速度控制。與巡航速度控制不同的是，自適應巡航速度控制是當本車前方無行駛車輛時，本車將處于普通

7、的巡航行駛狀態(tài)，ACC系統(tǒng)按設定車速對車輛進行勻速控制。當本車前方有目標車輛，且目標車輛的行駛速度小于設定速度時，ACC系統(tǒng)將控制本車進行減速，確保兩車間的距離為所設定的安全距離，減速至理想的目標值之后采用跟隨控制。與目標車輛以相同的速度行駛，當前方的目標車輛發(fā)生移線，或本車移線行駛使得本車前方又無行駛車輛時，對本車進行加速控制，使本車恢復到設定速度并勻速控制。當駕駛員參與車輛駕駛后，ACC系統(tǒng)將自動退出對車輛的控制。3ACC的關鍵技術31 雷達的性能雷達的功用是測知相對車距 、相對車速 、相對方位角等信息 , 其性能的優(yōu)劣直接關系到 ACC 系統(tǒng)性能的好壞 。 當前應用到 ACC 系統(tǒng)上的雷

8、達主要有單脈沖雷 達 、微波雷達 、激光雷達以及紅外探測雷達等 。 單脈沖雷達和微波雷達是全天候雷達 , 可以 適用各種天氣情況 , 具有探測距離遠 、探測角度范圍大 、跟蹤目標多等優(yōu)點 。 激光雷達對工 作環(huán)境的要求較高 , 對天氣變化比較敏感 , 在雨雪天 、風沙天等惡劣天氣探測效果不理想 , 探測范圍有限 , 跟蹤目標較少 , 但其最大的優(yōu)點在于探測精度比較高 , 價格低 , 易 于控制和進行二次開發(fā) 。 紅外線探測在惡劣天氣條件下性能不穩(wěn)定 , 探測距離較短 , 但價格便宜。 無論使用何種類型的雷達 , 確保雷達信號的實時性處理是要首先考慮的問題 。 隨著汽 車電子技術的迅速發(fā)展 ,

9、現(xiàn)在大都利用 DSP 技術來處理雷達信號 , 應用 CAN 總線輸出雷達信號 。 32 目標車輛的識別和跟蹤雷達只能將它所探測到的物體信息傳遞給 ACC ECU , ECU 要根據(jù)傳來的信息進行識別 , 從中確定一主目標用做 ACC 控制中的參照物 , 依據(jù)兩者 間的相對運動及距離控制主車的行駛速度。 主目標是可變的 , 不同廠商開發(fā)的 ACC 系統(tǒng)對 主目標的選取模式是不同的 , 一般 ACC 系統(tǒng)將與主車間距離最近的車輛視為主目標 , 而有些系統(tǒng)則將與主車位于同一車道上距離最近的車輛視為主目標 。 ACC 系統(tǒng)不但要確定主目 標 , 而且還應該能夠?qū)ζ溥M行跟蹤 , 無論是彎道還是上下坡道都

10、要保證主目標的一致性 , 以 減少系統(tǒng)的誤報率 . 對主目標進行跟蹤的另外一個好處就是可以根據(jù)主目標的運行情況來預 測出主車在未來時間內(nèi)運行狀態(tài) 。 例如 , 主車現(xiàn)沿直道行駛而此時主目標車輛已進入彎道 , 由于 ACC 系統(tǒng)可對主目標進行跟蹤 , 故不會將正前方的護欄或旁車道上的車輛視為主目標 , 從而避免了誤報的產(chǎn)生 ; 同時主車根據(jù)主目標的運行軌跡判斷出前方是彎道路況 , 可以使主 車提前做好減速轉(zhuǎn)向的準備。 當前 ACC 系統(tǒng)對目標的識別判定技術上已經(jīng)有了很大進展 , 但對主目標的跟蹤以及 ACC 系統(tǒng)與習慣性駕駛之間的矛盾等問題還有待解決。4 ACC 系統(tǒng)當前要解決的問題 車輛的主動

11、制動 . 由于車輛在道路中行駛狀況十分復雜 , 使 ACC 系統(tǒng)對主目標的識別十分困難 , 誤報率 很高 . 當前為了解決這一問題所采取的措施包括在車輛前部加裝一個紅外成像系統(tǒng) , 將所成 的平面圖像提供給駕駛員進行參考以及記錄車輛在每一時刻相對于主車的位置 , 對車輛進行 實時跟蹤 、預測 . 現(xiàn)在對目標車輛的跟蹤研究還只局限于一維的水平上 . ACC 通過雷達只 能進行水平方向上的彎道跟蹤或豎直方向上的上 、下坡道跟蹤 . 日本豐田公司開發(fā)的 ACC 系統(tǒng) , 通過將激光雷達掃描回來的圖像在豎直方向上進行分割 , 初步實現(xiàn)了對目標車輛上下 坡道的判別與跟蹤。Bosch 公司正在研制的 AC

12、C 系統(tǒng) , 利用微波雷達來探測 、記錄目 標車輛的位置 , 再利用這些位置信息分析和判斷目標車輛的行駛路線 , 目前這項研究還只限 于對水平彎道的識別 . 雖然這兩項研究取得了一定的成果 , 但離實際應用還有一段距離 . ACC 系統(tǒng)對車輛速度的調(diào)節(jié)主要是通過控制發(fā)動機節(jié)氣門開度和自動降低檔位來實現(xiàn) 的 1218 . 但是由于節(jié)氣門和換檔調(diào)節(jié)在時間上有一定的滯后 , 當主車前方有車輛并入或有 其它緊急情況發(fā)生時 , 這樣的速度調(diào)節(jié)不足以為駕駛員提供充足的第一反應時間 , 因此 ,ACC 系統(tǒng)應該與車輛的制動系統(tǒng)直接相連 , 具有主動制動功能 .5ACC的發(fā)展趨勢51 傳感技術由于電子技術的進

13、步可生產(chǎn)出更緊湊、更加集成的器件，所以ACC系統(tǒng)的傳感器和電控單元的外形尺寸將縮小到比現(xiàn)有的安裝空間小一半多。為了能在狹窄彎道的鄉(xiāng)村公路上也能使用ACC系統(tǒng)，需要將傳感器識別范圍擴大一倍。52 完善現(xiàn)有的功能，集成化完善現(xiàn)有的功能是為了使未來的ACC系統(tǒng)在選擇目標時更可靠，具有更好的控制適應性，在變換車道及彎道時具有和諧的控制性能。集成化有助于降低成本，增強各系統(tǒng)間的內(nèi)在聯(lián)系，充分利用各種車輛信息，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。53 全速范圍的自動起步技術至今的ACC系統(tǒng)在車速低于30 kmh的稠密交通情況下會自動關閉。全速范圍的自動起步技術使ACC系統(tǒng)能在近距離范圍快速識別本車前面的障礙物，

14、當前面行駛的汽車再次起步時，用攝像系統(tǒng)得到的有用信息在沒有駕駛員操縱下可完全自動起步。這要求ACC系統(tǒng)具有更好的近距離探測能力，更快的信號處理功能，更迅速的系統(tǒng)反映。這樣既使在堵車情況下也無須駕駛員參與，只需操縱車輛的轉(zhuǎn)向即可，駕駛員可以完全從煩瑣的駕駛操作中解放出來。二、夜視系統(tǒng)夜視是指在黑暗隋況下看東西的能力。無論是通過生物或技術手段，使夜視成為可能需要滿足兩個條件，一是具有足夠的光譜范圍、二是要具有足夠的光譜強度。人眼本身是一個極好的光學系統(tǒng)，但僅對波長為380-780 nlTl一段范圍很窄的可見光譜產(chǎn)生光譜響應。在晚上，70的光譜是處于紅外范圍的。在月光和星光下典型的光譜分布，基本上，

15、紅外光譜占有大部分，在星光下，可見光譜已經(jīng)很少， 因此人類的眼睛不具有夜視功能。若想在夜間看到東西，就需要借助于夜視系統(tǒng)。根據(jù)夜視系統(tǒng)本身是否帶有紅外輻射源而有主動式和被動式之分，前者叫做主動式紅外夜視技術，后者則稱為被動式熱成像技術。圖所示為主動式汽車紅外夜視系統(tǒng)，主要由紅外照射燈、CCD攝像機、圖像處理系統(tǒng)及車載顯示器組成。紅外照射燈發(fā)射出紅外光，物體反射后，被車載CCD攝像機所接收，轉(zhuǎn)化為圖像信號，經(jīng)過圖像處理系統(tǒng)，就可以在顯示器上顯示出來。被動式汽車紅外夜視系統(tǒng)則不具有主動發(fā)射源，只接收物體自身發(fā)出紅外光。一般的汽車前照燈只能照射80 m左右，而夜視系統(tǒng)至少可看劍幾百米以外的路況信息，

16、耗電量卻是前照燈的四分之一。由于能在更遠的距離發(fā)現(xiàn)前方的行人，兇此駕駛員有足夠的時間做出反應。另一方面，由于采用的是紅外傳感技術，即使打開汽車前照燈也不影響圖像的顯示，迎面駛來汽車的強烈車燈光線也不會造成夜視系統(tǒng)致盲。特別是夜晚兩車相會時， 雙方駕駛員可通過夜視屏觀察前方路況， 以避免刺眼的眩光 。1主動式紅外夜視技術把景物反射的或自身輻射的紅外輻射圖樣，轉(zhuǎn)換成人眼可觀察圖像的技術稱為紅外成像技術。以紅外輻射源照射物體，利用反射來的紅外輻射得到被照物體的像，稱為主動式紅外成像 。2被動式熱成像技術任何絕對零度以上的物體都具有熱輻射本領，輻射體的溫度不同其輻射的能量及波長成分也不同?？茖W試驗證明

17、，光的熱效應是由紫光到紅光逐漸增大的，而且熱效應最大的位于紅光的外面，稱之為“紅外光”。熱成像系統(tǒng)的作用就是基于日標與背景的溫度及輻射發(fā)射率的差異， 利用輻射測溫技術對目標逐點測定輻射強度，而形成町見的目標熱圖像 。利用物體自身發(fā)射的紅外輻射攝照物體的像，稱為被動式紅外成像。3主動式與被動式夜視技術比較Tsimhoni(2004)等人比較了使用近紅外和遠紅外輻射技術對行人的探測，結果表明遠紅外輻射夜視儀具有更大的優(yōu)勢，因為行人的輻射熱量大，適宜遠紅外探測技術。Parkes，Ward，and Bossi(1995)研究則表明遠紅外探測技術太過于依賴熱量，因此可能導致不可預知的結果。4圖像處理技術

18、對近紅外傳感器，需要降低眩光效應和增強圖像對比度(Rumar，2002)。智能自動圖像處理技術是一種更加先進的技術，可以對遠紅外傳感圖像的低對比度起補償作用，可以用于檢測和增強熱物體的輪廓(Bertozzi，Broggi，Pascoli，Graf,&Meinecke，2004)。在一個基于知識分類的處理進程中，可以用電腦程序加以辨認物體，舉例來說，可以辨認行人。甚至可以將可獲得的光學和聲學信號結合起來處理，增強認知性，可以進一步防止危險。5汽車夜視系統(tǒng)發(fā)展目前，國外的很多高級汽車上都采用了汽車夜視系統(tǒng)。美國Cadillac車的夜視系統(tǒng)使用熱成像技術。人類、動物和行駛中的車輛與背景相比熱

19、量較高。夜視系統(tǒng)的功能就是將物體發(fā)出的熱量通過特殊的裝置收集起來，轉(zhuǎn)換成為人類肉眼可見的圖像。是采用非冷卻焦電型熱影像電極(UFPA)傳感器和液晶顯示設備抬頭顯示器(HUD)所組成。該系統(tǒng)可幫助駕駛者看見使用汽車遠光燈無法清楚辨識的物體，是以抬頭顯示器的單色虛擬圖像投影于前保險桿附近的位置，駕駛者可將此虛擬圖像當作前方視野的一部份來注視而不會妨礙到駕駛者的視野，在觀看虛擬圖像時，無須移動視線或改變視線的焦點 。三、汽車自動駕駛系統(tǒng)研究設計1自動駕駛系統(tǒng)簡介自動駕駛系統(tǒng)是使汽車工作在發(fā)動機有利轉(zhuǎn)帶范圍內(nèi)，減輕駕駛員的駕駛操縱勞動強度，提高行駛舒適性的汽車自動行駛裝置。自動駕駛系統(tǒng)英文為cruise control system，縮寫為CCS。自動駕駛系統(tǒng)又稱為巡航行駛裝置、速度控制系統(tǒng)、恒速行駛系統(tǒng)或巡行控制系統(tǒng)等。2自動駕駛系統(tǒng)原理及設計結構汽車電子自動駕駛系統(tǒng)，有相連的發(fā)射器、接收器、電磁執(zhí)行器和常閉斷電開關，發(fā)射器有PT2262L編碼芯片電路，其四個數(shù)據(jù)輸入端分別連有解除開關、定速開關、減速開關和加速開關。3軟件部分控制模塊U(STC12LE5201AD)由單片機完成，具有穩(wěn)壓作用，同時寫有程序,對整機進行控制。四、結束語