現(xiàn)代汽車新技術(shù)概論第十章智能汽車與智能交通運(yùn)輸?shù)谑轮悄芷嚺c智能交通運(yùn)輸學(xué)習(xí)目標(biāo)了解智能汽車與智能交通運(yùn)輸?shù)幕靖拍睢⒀芯績?nèi)容及發(fā)展趨勢。了解幾種現(xiàn)代汽車智能新技術(shù)，特別是汽車巡航控制系統(tǒng)，包括其概念、工作原理以及發(fā)展現(xiàn)狀等。了解智能交通國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，掌握智能交通的相關(guān)子系統(tǒng)及其工作原理。上一頁下一頁第十章智能汽車與智能交通運(yùn)輸10.1智能交通運(yùn)輸概述一、智能交通運(yùn)輸?shù)母拍詈蛢?nèi)容二、世界智能汽車的研究與發(fā)展

10.2現(xiàn)代汽車智能新技術(shù)一、現(xiàn)代的汽車智能新技術(shù)

10.3智能交通運(yùn)輸一、國內(nèi)外智能交通系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀二、智能交通的相關(guān)子系統(tǒng)及基本原理上一頁下一頁10.1概述一、智能交通運(yùn)輸?shù)母拍詈蛢?nèi)容1、概念：

它是在較完善的道路設(shè)施基礎(chǔ)上將信息技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、電子傳感技術(shù)、全球定位技術(shù)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)處理技術(shù)以及系統(tǒng)工程技術(shù)等有機(jī)地集成運(yùn)用于整個(gè)地面交通管理體系，而建立起的一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效、智能的交通運(yùn)輸管理系統(tǒng)。2、工作流程：上一頁下一頁返回進(jìn)行合理的調(diào)度選擇交通方式和路線各種信號管理部門用戶

3、智能交通運(yùn)輸系統(tǒng)的范圍：上一頁下一頁返回ITS緊急救援系統(tǒng)（EMS）電子收費(fèi)系統(tǒng)（ETC)貨運(yùn)管理系統(tǒng)先進(jìn)的汽車控制系統(tǒng)（AVCS）先進(jìn)的公共交通系統(tǒng)（APTS）先進(jìn)的交通管理系統(tǒng)（ATMS）先進(jìn)的交通信息服務(wù)系統(tǒng)（ATIS)二、世界智能汽車的研究與發(fā)展智能汽車(intelligentvehicles，IV)是智能交通系統(tǒng)(intelligenttransportationsystems，ITS)的重要構(gòu)成部分，其研究的主要目的在于降低日趨嚴(yán)重的交通事故發(fā)生率，提高現(xiàn)有道路交通的效率，在某種程度上緩解能源消耗和環(huán)境污染等問題。1、智能汽車的產(chǎn)生與發(fā)展：20世紀(jì)50年代初美國BarrettElectronics公司研究開發(fā)出的世界上第一臺自動引導(dǎo)汽車系統(tǒng)（AutomatedGuidedVehicleSystem，AGVS）。在20世紀(jì)60～70年代，AGVS的研究在西歐許多國家得到了迅速的發(fā)展，并將AGVS的應(yīng)用擴(kuò)展到工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。1974年，瑞典的VolvoKalmar轎車裝配工廠為了提高運(yùn)輸系統(tǒng)的靈活性，以便向裝配工人機(jī)動地提供各種零配件，許多西歐國家紛紛效仿Volvo公司，并逐步使AGVS在裝配工業(yè)中成為一種流行的運(yùn)輸手段。進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來，隨著汽車市場競爭激烈程度的日益加劇和智能運(yùn)輸系統(tǒng)(ITS)研究的興起，國際上對于智能汽車及其相關(guān)技術(shù)的研究成為熱門,一批有實(shí)力有遠(yuǎn)見卓識的汽車行業(yè)大公司、研究院所和高等院校也正展開智能汽車的研究。目前它已成為世界眾多發(fā)達(dá)國家重點(diǎn)發(fā)展的智能交通體系中的重要組成部分,也是世界車輛工程領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和汽車工業(yè)增長的新動力。上一頁下一頁返回世界各國著名大學(xué)也參與到智能汽車的開發(fā)中，如麻省理工學(xué)院、斯坦福大學(xué)、卡耐基—梅隆大學(xué)、劍橋大學(xué)、東京大學(xué)等。他們在人工智能、機(jī)器人視覺、自動駕駛和汽車自動導(dǎo)航等領(lǐng)域都有深入的研究。我國的相關(guān)研究也已展開。清華大學(xué)汽車研究所是國內(nèi)最早成立的主要從事智能汽車及智能交通的研究單位之一，在汽車導(dǎo)航、主動避撞、車載微機(jī)等方面進(jìn)行了廣泛而深入的研究。上海市“智能汽車車內(nèi)自主導(dǎo)行系統(tǒng)”的一種樣車，2000年7月19日通過市科委鑒定，它標(biāo)志著上海智能交通系統(tǒng)進(jìn)入實(shí)質(zhì)性實(shí)施階段。國防科大成功試驗(yàn)了第四代無人駕駛汽車，它的最高時(shí)速達(dá)到了75.6公里，創(chuàng)國內(nèi)最高紀(jì)錄。西北工業(yè)大學(xué)空管所、吉林交通大學(xué)、重慶大學(xué)等都在展開相關(guān)研究。這一新興學(xué)科吸引著越來越多的研究機(jī)構(gòu)、學(xué)者加入到智能汽車相關(guān)技術(shù)開發(fā)研究中來。2、智能汽車的主要研究內(nèi)容（1）防撞預(yù)警系統(tǒng)防撞預(yù)警系統(tǒng)的功能主要包含前進(jìn)或倒車時(shí)的防撞提醒進(jìn)入駕駛盲點(diǎn)時(shí)提供預(yù)警，車輛起步或車輛發(fā)生變道時(shí)進(jìn)行提示能夠檢測道路行人狀況，避免同行人發(fā)生碰撞。此外，對駕駛員進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控也是該系統(tǒng)的研究內(nèi)容。預(yù)警系統(tǒng)通過對駕駛員進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測,如果系統(tǒng)認(rèn)為駕駛者精神不夠集中或者產(chǎn)生疲倦時(shí)向其發(fā)出警告，提醒駕駛者可能存在安全隱患。如果駕駛者沒能或無法做出必要的動作，防撞系統(tǒng)會強(qiáng)行控制轉(zhuǎn)向或制動系統(tǒng)，將車輛控制在安全狀態(tài),從而避免事故發(fā)生。（2）輔助駕駛系統(tǒng)輔助駕駛系統(tǒng)也被稱為智能巡航控制系統(tǒng)(intelligentcruisecontrolsystem，ICCS)，其主要功能如下：①在交通狀況良好的情況下根據(jù)發(fā)動機(jī)工況調(diào)節(jié)油門開度，使車輛以設(shè)定車速巡航并保持安全車距。②在惡劣天氣狀況下，輔助操控車輛，保障行車安全。③在變并道、超車時(shí)，根據(jù)前后車輛行駛情況保持車輛最佳車速與最佳車距。④當(dāng)有緊急情況發(fā)生而駕駛員疏忽或疲于應(yīng)付時(shí)，自動減速或緊急制動避免碰撞事故的發(fā)生。（3）自主駕駛系統(tǒng)自主駕駛系統(tǒng)是智能車輛研究的最高級階段，車輛能夠通過車內(nèi)的傳感器感知車身和環(huán)境信息，利用各種智能算法進(jìn)行決策控制，并以此作為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)自主行駛?cè)蝿?wù)。其中，如何使智能車輛與普通車輛共同行駛在現(xiàn)有道路之中也是有待于攻破的難題之一。3、智能汽車的研究方向：

研究內(nèi)容主要包括駕駛員行為分析、環(huán)境感知、極端情況下的自主駕駛以及規(guī)范環(huán)境下的自主導(dǎo)航等；按駕駛員對汽車的控制方式和自主程度來分，又包括控、警告系統(tǒng)、半自主式汽車控制系統(tǒng)以及自主汽車控制系統(tǒng)等。4、智能汽車的研究范圍：一個(gè)正在具有應(yīng)用價(jià)值的智能汽車系統(tǒng)具備實(shí)時(shí)性、魯棒性、實(shí)用性這三方面技術(shù)特點(diǎn)。智能汽車的研究涉及加速檢測控制、計(jì)算機(jī)視覺、傳感器數(shù)據(jù)融合、汽車工程等諸多領(lǐng)域，可以說，智能汽車的研究是計(jì)算機(jī)視覺與計(jì)算機(jī)控制研究在汽車工程上的綜合。計(jì)算機(jī)視覺在智能汽車中存在優(yōu)缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)是：檢測信息量大、能夠遙測等；缺點(diǎn)：實(shí)時(shí)性較差。所以在研究中一般是通過一些特殊圖像處理方式。 傳感器融合技術(shù)，即將多個(gè)傳感器采集的信息進(jìn)行合成，形成對環(huán)境特征綜合描述的方法，能夠充分利用多傳感器數(shù)據(jù)間的冗余和互補(bǔ)特性，獲得我們需要的、充分的信息。目前，在智能汽車領(lǐng)域，除視覺傳感外，常用的還有雷達(dá)、激光、GPS等傳感器智能控制具有以知識表示的非數(shù)字廣義模型和以數(shù)學(xué)模型表示的混合控制過程，也往往是那些含有復(fù)雜性、不完全性、模糊性和不確定性以及不存在已知算法的非數(shù)字過程，并以知識進(jìn)行推理，以啟發(fā)來引導(dǎo)求解過程等特點(diǎn)，其本質(zhì)與智能汽車的本質(zhì)相一致，故在智能汽車上取得了廣泛的應(yīng)用。上一頁下一頁返回10.2現(xiàn)代汽車智能新技術(shù)1、上一頁下一頁返回汽車智能技術(shù)汽車GPS系統(tǒng)汽車智能避撞系統(tǒng)汽車智能“黑匣子”汽車智能駕駛系統(tǒng)汽車巡航控制系統(tǒng)智能式車速控制系統(tǒng)智能式前照燈駕駛員分神監(jiān)視系統(tǒng)汽車夜視系統(tǒng)汽車智能空調(diào)汽車智能安全氣囊汽車智能鑰匙汽車智能懸架汽車智能輪胎智能玻璃

汽車GPS系統(tǒng)，也稱全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)。它是依靠地球周圍的24顆定位衛(wèi)星；不斷對地面發(fā)射并提供三維位置、三維速度的電子信息，使地球上安裝的接收設(shè)備接收到這些信息并用于中轉(zhuǎn)設(shè)備對這些信息進(jìn)行分析，從而判定發(fā)射信息的物體所處方位的一種定位系統(tǒng)。其作用可以顯示汽車在電子地圖的位置，查詢酒店等。汽車智能避撞技術(shù)首先解決的問題就是汽車之間的安全距離。汽車與汽車之間的距離小于這個(gè)安全距離，就應(yīng)該自動報(bào)警，并采取制動措施。目前測定汽車之間安全距離的方法有超聲波測距、微波雷達(dá)測距和激光測距等。汽車智能“黑匣子”能客觀地記錄機(jī)動汽車發(fā)生車禍前駕駛員的操作過程，有效地提供駕駛員在事故發(fā)生前作出的種種反應(yīng)。這種黑匣子與普通煙盒差不多大，構(gòu)件包括可以儲存、收集和傳輸數(shù)據(jù)的蜂窩電話，其外部有保險(xiǎn)裝置。車禍發(fā)生后，該黑匣子會自動打開，利用傳感器記錄下汽車的行駛速度以及出車禍時(shí)汽車的撞擊位置，然后將這些信息傳給中央通信系統(tǒng)。黑匣子內(nèi)嵌有全球定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)處理與傳輸功能。上一頁下一頁返回汽車智能駕駛系統(tǒng)相當(dāng)于機(jī)器人，能代替人駕駛汽車。它主要通過安裝在前后保險(xiǎn)杠及兩側(cè)的紅外線攝像系統(tǒng)對汽車前后左右的一定區(qū)域進(jìn)行不停的掃描和監(jiān)視，通過車內(nèi)計(jì)算機(jī)、電子地圖、光化學(xué)傳感器等對紅外線攝像頭傳來的信號進(jìn)行分析計(jì)算，并根據(jù)道路交通信息管理系統(tǒng)傳來的交通信息發(fā)出指令，代替人的大腦指揮執(zhí)行系統(tǒng)操縱汽車。汽車智能駕駛系統(tǒng)的特點(diǎn)在于事故的早期探測與早期操作、排除駕駛員人為錯誤、排除駕駛員心理影響及個(gè)別汽車的控制可能性。汽車智能輪胎計(jì)算機(jī)芯片或?qū)⑿酒c輪胎相連接。計(jì)算機(jī)芯片在行駛狀態(tài)下能自動監(jiān)控并調(diào)節(jié)輪胎的溫度和氣壓，保證行車安全。汽車智能懸架系統(tǒng)由電子裝置控制，可根據(jù)路面情況調(diào)節(jié)懸架彈性元件的剛度和減震器的阻力，使振動和沖擊迅速消除。智能鑰匙能發(fā)射出紅外線信號，既可打開車門、行李箱和燃油加注孔蓋，也可以操作汽車的車窗和天窗。其余各種智能技術(shù)使汽車良好行駛，提高駕駛?cè)藛T的舒適性以及汽車的經(jīng)濟(jì)性。

上一頁下一頁返回2、汽車巡航控制系統(tǒng)（1）定義：汽車巡航控制系統(tǒng)的英文為CRUISECONTROLSYSTEM，其縮寫為CCS。巡航控制系統(tǒng)還被稱為“恒速控制系統(tǒng)”、“車速控制系統(tǒng)”或“巡行控制系統(tǒng)”等。（2）優(yōu)點(diǎn)：無論風(fēng)力和道路坡度這些能引起汽車的行駛阻力發(fā)生變化的因素如何變化，只要在發(fā)動機(jī)功率允許范圍內(nèi)，汽車的行駛速度便可保持不變；汽車在定速行駛時(shí)，駕駛員負(fù)擔(dān)明顯減輕，提高了駕車的舒適性；有效地降低了燃油的消耗，減少了有害氣體的排放。（3）發(fā)展趨勢：未來轎車的巡航系統(tǒng)將會與GPS相結(jié)合，通過車輪傳感器、地磁傳感器和偏航傳感器獲取數(shù)據(jù)，確定汽車的速度和位置。上一頁下一頁返回10.3智能交通運(yùn)輸

智能交通系統(tǒng)ITS是在傳統(tǒng)的交通系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型交通系統(tǒng)。ITS的總體框架結(jié)構(gòu)，在國際標(biāo)準(zhǔn)尚未形成之前，大都是按美國制定的ITS結(jié)構(gòu)框架（NationalArchitecture，簡稱NA）來考慮的。NA將ITS劃分為19個(gè)子系統(tǒng)，并對各子系統(tǒng)的功能進(jìn)行了分配,19個(gè)子系統(tǒng)之間的相互關(guān)系如圖10.1所示:上一頁下一頁返回

圖10.1NA框架及子系統(tǒng)相互關(guān)系

其特點(diǎn)是：交通基礎(chǔ)設(shè)施智能化；車輛智能化；交通運(yùn)輸系統(tǒng)智能化以及一體化。上一頁下一頁返回1、國內(nèi)外智能交通系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀國外：美國，開始時(shí)各州、市推出的ITS稱為IVHS（IntelligentVHS），1994年IVHS更名為ITS，其實(shí)施戰(zhàn)略是通過實(shí)現(xiàn)面向21世紀(jì)的“公路交通智能化”，從根本上解決和減輕交通事故，低效率和能源浪費(fèi)等交通中存在的問題，取得了重大成就。在歐洲ITS始于20世紀(jì)70年代末，到80年代中期ITS的研究計(jì)劃開始大規(guī)模實(shí)施， 目前已進(jìn)入第二階段的研究開發(fā)，計(jì)劃在全歐范圍內(nèi)建立專門的交通無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)、智能交通系統(tǒng)的交通管理、汽車行駛和電子收費(fèi)等。1996年又開始執(zhí)行歐洲高效安全交通系統(tǒng)計(jì)劃。從20世紀(jì)80年代中期至90年代中期的10年時(shí)間，相繼完成了路車之間的通信系統(tǒng)（RACS）、先進(jìn)的管理交通信息控制系統(tǒng)、交通信息通信系統(tǒng)、寬區(qū)域旅行信息系統(tǒng)、超智能汽車系統(tǒng)、安全汽車系統(tǒng)及新交通管理系統(tǒng)等。國內(nèi)：我國ITS的發(fā)展起步較晚，從80年代開始在交通管理和交通工程的基礎(chǔ)上逐步發(fā)展起來的，20世紀(jì)90年代中期開始進(jìn)行有關(guān)ITS理論和技術(shù)的研究開發(fā)，1999年由科技部牽頭與有關(guān)部委聯(lián)合成立了全國智能交通系統(tǒng)協(xié)調(diào)小組，共同推動交通系統(tǒng)的智能化發(fā)展，相繼完成了中國ITS體系框架和標(biāo)準(zhǔn)體系及其他相關(guān)的技術(shù)研究。上一頁下一頁第三章電容式傳感器返回2、智能交通的相關(guān)子系統(tǒng)及基本原理（1）交通信號自動控制系統(tǒng)交通信號自動控制系統(tǒng)(AutomaticTrafficSignalControlSystem，簡寫ATCS)一般是指用計(jì)算機(jī)來自動、集中控制分散在各個(gè)交叉口交通信號燈的一類信號控制系統(tǒng)，也可以叫做交通信號計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（ComputerizedTrafficSignalControlSystem）。在城市道路上，交通信號自動控制系統(tǒng)一般由汽車檢測設(shè)施，交通控制中心計(jì)算機(jī)硬件設(shè)施、交通信號配時(shí)的交通模型與優(yōu)化等計(jì)算機(jī)軟件、信號控制器（機(jī)）及信息傳輸路線組成；在高速公路上，還有匝道信號、可變信號標(biāo)志等（圖10.2）。上一頁下一頁返回

圖10.2交通控制中心與道路設(shè)施示意圖上一頁下一頁返回（2）路線導(dǎo)行系統(tǒng)

路線導(dǎo)行系統(tǒng)，一般是指用計(jì)算機(jī)根據(jù)道路網(wǎng)絡(luò)上各條道路的交通標(biāo)志，給出行汽車提供“最佳路線”的導(dǎo)行信息，使之能避開交通擁擠嚴(yán)重的路線，改行交通密度比較小的路線，以最短的時(shí)間到達(dá)目的地，并實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)整體交通流優(yōu)化的一種交通信息發(fā)布系統(tǒng)的統(tǒng)稱。其中通常的路線誘導(dǎo)系統(tǒng)（RouteGuidanceSystem，簡寫RGC）與汽車導(dǎo)行系統(tǒng)（VehicleNavigationSystem.簡寫VNS），是兩個(gè)不同的名字，他們的功能也略有差異。路線導(dǎo)行系統(tǒng)的作用：向出行者提供路線導(dǎo)行信息，兼有先進(jìn)交通信息系統(tǒng)與先進(jìn)交通管理系統(tǒng)的重要組成部分。 路線導(dǎo)行系統(tǒng)的組成和運(yùn)行過程：路線導(dǎo)行系統(tǒng)一般由路線交通狀況檢查設(shè)施、交通信息和綜合交通管理中心計(jì)算機(jī)硬件設(shè)施、路線導(dǎo)行交通狀況預(yù)測、動態(tài)交通分配、導(dǎo)行路線優(yōu)選與產(chǎn)生等計(jì)算機(jī)軟件、導(dǎo)行路線及交通狀況信息發(fā)布接收顯示設(shè)施及信息傳輸線路組成。組成如圖10.3所示。上一頁下一頁返回

圖10.3路線導(dǎo)行系統(tǒng)運(yùn)行過程上一頁下一頁返回（3）交通異常（突發(fā)、偶發(fā)）事件監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)交通異常事件監(jiān)測系統(tǒng)的原因：減輕傷亡損失，對交通異常事件應(yīng)有及早發(fā)現(xiàn)措施。發(fā)生異常事件后，應(yīng)采取緊急救援措施及早搶救、清除事故。這些措施的實(shí)施，都屬于交通異常事件檢測系統(tǒng)。交通異常(突發(fā))事件檢測系統(tǒng)由交通狀況檢測、撿測數(shù)據(jù)處理、信號控制及信息顯示等設(shè)施構(gòu)成。 交通異常事件監(jiān)測的基本原理是：汽車在正常情況下行駛時(shí)的車流，用檢測器監(jiān)測時(shí)，測得的車流參數(shù)符合一定的規(guī)律。一旦監(jiān)測到的車流參數(shù)不符合規(guī)律時(shí)，即有交通異常事件發(fā)生的可能。由于汽車行駛的道路條件不同，交通異常事件的檢查判斷在高速道路同城市間道路上有很大的區(qū)別。其中高速道路交通異常事件的監(jiān)測和城市道路交通異常事件的檢測方法分別如圖10.4和10.5：上一頁下一頁返回

圖10.4瓶頸段上下游車流狀態(tài)的差異上一頁下一頁返回

圖10.5交通事件圖像處理檢測系統(tǒng)上一頁下一頁返回

組成：交通事件