智能车发展现状和前景

摘要: 智能车辆作为智能交通系统的重要组成部分,能够提高驾驶安全性,大幅改善公路交通效率,降

低能源消耗量,该技术的研究日益受到国内外学者的关注。给出了智能车辆研究的主要内容和该领域当

前的研究概况;讨论了该技术涉及的关键技术,分析了各项技术存在的优缺点,并指出了在今后进一步研

究中值得关注的5项问题。

关键词: 智能交通系统; 智能车辆; 传感器; 数据融合; 车辆安全

Survey of intelligent vehicles development and its key supporting technologies

L I Shun2ming, SHEN Huan, MAO J ian2guo, XIN J iang2hui, M IAO Xiao2dong

( College of Energy & Power Eng ineer ing, Nan jing Un iversity of Aeronautics and Astronautics, Nan jing 210016, Ch ina)

Abstract: Intelligent vehicle ( IV ) is an important constituent of future intelligent transportation systems. IV systems can offer the potential to significantly enhance safety and operational efficiency. The field of IV is rap idly growing worldwide. The major content of IV study and the current research status are given. Some key supporting technologies are discussed, and an analysis is made on these technologies between the advantages and disadvantages. 5 key issueswhich remain open in this field are poined out.

Key words: intelligent transportation system; intelligent vehicle ( IV) ; sensor; data fusion; automobile safety

引言

智能车辆( intelligent vehicles, IV)是智能交通系统( in2telligent transportation systems, ITS)的重要构成部分,其研究的主要目的在于降低日趋严重的交通事故发生率,提高现有道路交通的效率,在某种程度上缓解能源消耗和环境污染等问题。

智能车辆利用各种传感技术获取车体自身和车外环境的状态信息,经过智能算法对其进行分析、融合处理,将最终的决策结果传递给驾驶者,在危险发生之前,提醒驾驶员做出必要的回避动作,避免事故发生;在紧急状况下,驾驶者无法做出反应时,智能车辆则自主完成规避危险任务,帮助驾驶人员避免危险发生。

美国开始组织实施智能车辆先导( intelligent vehicle ini2tiative, IV I) 计划[ 1 ] , 欧洲提出公路安全行动计划( roadsafety action p rogram, RSAP) [ 2 ] ,日本提出超级智能车辆系

统。我国科技部则于2002年正式启动了“十五”科技攻关计划重大项目[ 3 ] ,智能交通系统关键技术开发和示范工程,其中一个重要的内容就是进行车辆安全和辅助驾驶的研究。预计在2020年之前进入智能交通发展的成熟期,人、车、路之间可以形成稳定、和谐的智能型整体。

1智能车辆研究的主要内容

1. 1防撞预警系统

防撞预警系统的功能主要包含前进或倒车时的防撞提醒,进入驾驶盲点时提供预警,车辆起步

或车辆发生变道时进行提示,能够检测道路行人状况,避免同行人发生碰撞。

此外,对驾驶员进行实时监控也是该系统的研究内容。预警系统通过对驾驶员进行实时检测,如果系统认为驾驶者精神不够集中或者产生疲倦时向其发出警告,提醒驾驶者可能存在安全隐患。如果驾驶者没能或无法做出必要的动作,防撞系统会强行控制转向或制动系统,将车辆控制在安全状态,从而避免事故发生。

1. 2辅助驾驶系统

辅助驾驶系统也被称为智能巡航控制系统( intelligentcruise control system, ICCS) ,其主要功能如下:

1)在交通状况良好的情况下,根据发动机工况调节油门开度,使车辆以设定车速巡航并保持安全车距。

2)在恶劣天气状况下,辅助操控车辆,保障行车安全。

3)在变并道、超车时,根据前后车辆行驶情况保持车辆最佳车速与最佳车距。

4)当有紧急情况发生而驾驶员疏忽或疲于应付时,自动减速或紧急制动避免碰撞事故的发生。

1. 3自主驾驶系统

自主驾驶系统是智能车辆研究的最高级阶段,车辆能够通过车内的传感器感知车身和环境信息,利用各种智能算法进行决策控制,并以此作为依据,实现自主行驶任务。其中,如何使智能车辆与普通车辆共同行驶在现有道路之中也是有待于攻破的难题之一。

2智能车辆研究中的关键技术

2. 1传感技术

要达到自主行驶的目的前提是能够掌握足够多的信息,这些信息的采集则需要通过各种传感器来获得,而数据的准确性与有效性直接关系到决策的成败。

1)雷达系统

雷达是一种主动型传感器[ 4 ] ,能够直接测量距离、速度、方位等,而不需要复杂的设计与繁复的计算。此外,在阴雨等恶劣天气影响下,雷达系统仍然能够工作。在各种雷达系统中,激光雷达较毫米波雷达能够提供更高的精度,但由于成本也很高,其推广受到一定的阻碍。

然而,雷达系统也存在一些缺点。例如:光谱分辨率和扫描速度较低;当多个车辆行驶在同一个方向上时,多个雷达之间会产生干涉,这是主动型传感器难以回避的问题。

2)机器视觉

CCD等成像元件由于无法提供直接的物理数据,被归于被动型传感器。但其成本相对雷达系统来说非常低,可以在车辆中安装多个摄像机,从不同角度全方位拍摄车外环境。目前, CCD 主要用于提取车道线[ 5 ] ,识别近距离内的障碍物、行人、交通信号等,这些也是主动型传感器无法替代的。其缺点是容易受环境影响,在能见度较低时无法使用。可以同主动型传感器结合使用,取长补短。

3)高精度GPS

高精度GPS可以提供准确的车辆位置、行驶方向、速度、加速度等车辆状态信息。配合电子地图和先进的匹配算法能够提供丰富的道路信息,如,弯道曲率、道路结构等,这是一般传感器所无法提供的。厘米级GPS能够更精确地进行车辆定位、道路跟踪。由于GPS的工作依赖于卫星信号,因此,在卫星信号不佳或信号无法获取的情况下失效。

4)磁道钉

磁道钉是一种能够提供全天候道路指引的技术手段,且不受天气的影响。将磁道钉分散布置在道路中,利用磁传感器采集道路的磁场分布来确定车辆在道路中的位置,必要的话利用计算机视觉给予辅助信息,从而完成车辆导航。但这些道路的建设需要破坏已有的公路地基,且成本较高,该方式的普及也受到了一定的制约。