基于ITS的汽車電子監測技術設計

張海波

（南充職業技術學院 四川 南充 637000）

基于ITS的汽車電子監測技術設計

張海波

（南充職業技術學院 四川 南充 637000）

為了解決汽車數量劇增帶來的交通安全問題，建立了智能交通系統，即ITS，對于提高汽車交通安全具有重要意義。同時為了進一步從根本技術上實現對汽車交通安全的控制管理，開始了汽車電子監測技術的研究。論文首先分析了智能交通系統（ITS）的功能、作用，并闡釋了汽車電子監測技術的定義及主要技術，最后重點分析了在ITS基礎上的汽車電子監測技術設計，主要是從各個功能組成模塊進行分析，共同組成了整個監測系統。

ITS；汽車；電子監測技術；設計

隨著經濟的不斷發展，汽車在人們的日常生活中成為重要的交通工具。隨之而來的交通事故、交通堵塞等問題，也成為急待解決的主要難題，于是出現了智能交通系統（ITS），為解決汽車帶來的交通問題做出巨大貢獻。從ITS汽車電子監測技術的研究來看，目前主要集中在對電子監測技術的應用方面，對汽車電子監測的關鍵性技術設計還顯得有些薄弱。本文基于ITS理論技術對汽車電子監測技術設計進行了關鍵性技術的分析和探討，并指出了它在實際應用中存在的問題及對策。

1 智能交通系統

智能交通系統，簡稱ITS，是利用先進的計算機信息技術、處理技術、電子自動控制技術以及數據通訊傳輸技術等，綜合有效的適用于整個交通管理體系中，對人、路、車實現規范統一的安排指揮，在大范圍內全方位的進行交通運輸綜合管理的一種系統[1]。此系統具有實時、準確、高效的特點。在智能交通系統應用過程中，加強汽車行使安全，并提高汽車故障的診斷功能，在一定程度上提高汽車行使的安全系數。

2 汽車電子監測技術概述

2.1 汽車電子監測的含義

汽車電子監測主要包括兩方面，一是有效的監測汽車在運行過程中，是否出現跑偏、轉向失靈等異常情況，并及時給予必要的安全控制措施保障；二是，通過異常行使車輛的故障監測，保障汽車的安全總成。而在ITS系統中，汽車電子監測技術主要是通過在線監測信號，將故障車輛的情況迅速的傳遞給ITS系統，進行準確及時的安全指揮，同時傳輸到故障維修中心，第一時間對故障車輛給予維修指導，并有效的對堵塞交通進行疏導，保證交通順暢。

通常基于ITS的汽車電子監測技術，主要實現的是對汽車安全行駛狀況的監測，其中整個系統主要包括汽車運行狀態監測模塊、安全總成故障診斷模塊兩部分，與車輛通訊設備、報警裝置、微處理等共同組成汽車的電子監測系統，將汽車的異常現象和安全診斷結果進行傳輸。

2.2 汽車電子監測關鍵技術分析

在整個ITS系統中主要作用于汽車電子監測的技術分為3大組成部分，它們共同為汽車安全行駛提供技術保障。

1）汽車電子技術

汽車電子技術與我國經濟的發展息息相關，無論是真空管、晶體管還是集成電路的技術進步，都為實現計算機信息技術電子裝置提供了堅實的技術基礎。而目前，在國外一些發達國家，汽車電子技術已步入新的時代，實現了電子技術、自動優化控制技術、傳感器技術以及機電一體耦合技術的綜合交叉，進入了小系統商品成熟階段[2]。其中傳感器是汽車電子監測技術在重點，是唯一獲得電子設備外信息的途徑，能夠有效的實現對汽車安全行使的監測。

2）傳感器

傳感器又被稱作轉換器，能夠將汽車電子設備外的信號進行變換，將被監測的非電量有效的轉換為電量，實現電能形態的變換。而在汽車技術中使用的傳感器，能夠有效的促進汽車的高檔化、自動化和電子化的實現。為了進一步的從汽車的設計上，避免安全故障、高燃耗等問題，利用傳感器對汽車多樣過程的控制進行參數檢測是必要的，并通過微電腦信息處理功能，能夠成為汽車電子化的關鍵技術之一。

通常傳感器會根據汽車的設計、軟硬件、電氣、機械的不同，而在數量上有所差距，盡量從性能、價格、尺寸上對傳感器進行要求。一般傳感器都必須具備以下的要求，首先要能夠適應各種能夠環境。汽車環境溫度變化范圍較大，會在-40～80℃間波動，加之汽車行使的路面狀態、烈日、暴雨等都會造成汽車環境溫度的懸殊變化，因此設計的傳感器必須具有耐震、耐水、耐溫、抗電磁干擾等優勢。

3）監測系統

通過計算機實現的監測系統，根據其功能又被稱為計算機數據采集與處理系統，都是利用計算機信息技術對汽車生產過程中的參數、工礦進行數據信息的巡回檢測。而計算機監測系統主要功能包括采集數據，實現操作人員的指令信息，進行采集數據的處理，保存數據，將數據信息顯示報道出來，進行汽車事故報警和表格打印等。同時監測系統的信息處理只是將生產過程的信號進行必要的預處理，而監測系統的輸出是通過外部設備和人機接口實現的，能夠有效的提供各項數據信息，以供操作人員進行分析判斷，掌握最先的汽車生產情況，對整個過程實現監視。

3 基于ITS的汽車電子監測技術設計

3.1 汽車電子監測系統分析

為進一步提高汽車電子監測技術，通過對各系統組成部分的優化發展，能夠有效的形成組件式的汽車電子檢測系統，大大提高汽車交通安全的同時，又便于進行系統的開發管理。從汽車電子監測技術的整體功能上來說，系統的組成部分包括數據采集、數據處理及信息輸出、執行模塊等部分。

其中監測系統中的數據采集模塊，是利用傳感器、激光雷達、超聲波、紅外線、攝像機等技術工具實現的，對汽車整個運行狀況及路面的監測，類似于監測系統的眼睛。汽車在行駛過程中，一般都會隨著路況的不同而進行路線的改變，多出現轉向、制動等現象，而這些情況也最容易導致汽車出現異常和故障，嚴重影響汽車的交通安全。利用汽車生產安裝的傳感器、攝像機和紅外線等工具，能夠快速穩定的反映出整個汽車情況，得到全局信號，實現對汽車監測數據信息的采集。同時利用傅立葉還能對汽車數據信息進行一定的分析、判定，并對汽車故障進行及時診斷，將所有信息實現時域定位，自行進行汽車交通安全的監測。

同時傳感器能夠準確快速的測算出汽車間的安全距離，指揮車輛進行橫向、縱向控制。其中進行橫向距離測算時，會利用DGPS進行周期采樣，一般為200 ms控制周期為50 ms。當然利用汽車前輪的轉角變化量也能計算出汽車橫向位置，采用下列公式就能推算出汽車前輪目標轉角變化量[3]：

上式中的Tc為汽車橫向控制周期，而K1和 K2是依照目標路徑誤差（ε）最小原則來實現的橫向安全距離計算。而縱向汽車間距，主要是通過油門、制動來實現的控制，同時應用了非線性滑模控制理論，推測出前后車間距s（t）的控制。在下列算式中，K＞0的系數。

根據我國出現的汽車追尾碰撞預警系統分析，我國在智能交通系統中采取的安全車間距離計算是通過以下公式實現的：

在上式中， Tγ通常代表汽車駕駛員的反應時間，多為0.5～2 s間； Td是制動協調時間，一般為0.2 s；V為自身駕駛汽車的速度， Vrel是前后兩車的相對速度，α是減速度。根據公式就可以算出 Vrel，通過實際車距離和時間微分獲得：

而數據處理模塊，是通過車載計算機來進行的，一般都是嵌入式系統，具有實時性和可靠性等特點。數據處理模塊位于數據采集和信息輸出、執行模塊間，實現著整個汽車電子監測系統的傳遞作用，相當于監測系統的心臟、大腦。它能夠將所有汽車故障的自行診斷，與整體車輛進行結合，綜合的實現對車輛整體狀態的監控。最后的監測信息輸出、執行，能夠全面有效的顯示各種數據信息、警告、信息存儲等，能夠將汽車異常故障處理的最終結果進行傳達，類似于監測系統的嘴。

3.2 .基于ITS的汽車電子監測技術設計

基于ITS的汽車電子監測技術在設計上，首先需要強調的是數據采集方案的設計。多數汽車電子監測技術在數據采集上，采用的是程序輪詢式，指根據系統的功能，提前設置好數據采集的時間間隔，再對需要獲取信號的設備進行信息的采集。當然對于這些采集的信息也要進行必要的處理，保證信號源設備的高級別，及時的實現系統的數據信息處理，如：剎車系統、安全系統等都需要進行優先數據采集處理[4]。主要集中在對以下幾個方面的系統開發和技術設計。

首先是系統組成。監測系統主要由數據采集、數據處理、信息傳輸與執行3大模塊組成。其具體工作流程如圖1所示。

圖1 汽車電子監測技術系統組成構架圖Fig.1 Structure diagram of automobile electronic monitoring system

其中監測系統中的數據采集模塊，是利用傳感器、激光雷達、超聲波、紅外線、攝像機等技術工具實現的，對汽車整個運行狀況及路面的監測，類似于監測系統的“眼睛”。汽車在行駛過程中，一般都會隨著路況的不同而進行路線的改變，多出現轉向、制動等現象，而這些情況也最容易導致汽車出現異常和故障，嚴重影響汽車的交通安全。利用汽車生產安裝的傳感器、攝像機和紅外線等工具，能夠快速穩定的反映出整個汽車情況，得到全局信號，實現對汽車監測數據信息的采集。同時利用傅里葉還能對汽車數據信息進行一定的分析、判定，并對汽車故障進行及時診斷，將所有信息實現時域定位，自行進行汽車交通安全的監測。整個汽車運行狀態監測模塊實行過程如圖2所示：

圖2 汽車電子檢測系統數據處理結構Fig.2 Structure of data processing of automobile electronic detection system

當然在進行時間間隔設置時，也可以根據信號源設備的優先程度進行不同時限設置，信號源設備優先級越高，時間間隔就越短；反之，時限間隔越長。這樣能夠及時的保證整個監測系統信號源信息的及時采集，并對其進行合理判斷，保證設備的運行[5]。同時信號中斷式、用戶查詢式數據采集方法，也是常見的汽車電子監測系統數據采集方案，它們3種不同數據采集方式，共同作用于汽車電子監測系統。汽車電子監測系統整體功能流程圖如圖3。

而汽車電子監測系統主要是在車載嵌入式計算機系統上實現的，在設計過程中，要重點考慮監測系統的實時性、可靠性和可伸縮性[6]。上圖所示的輸入面板，是用戶與系統進行交互的接口，汽車用戶可以有效的通過輸入面板，進行各項數據信息的查詢，為自身汽車行使提供實時監測。同時進入存儲器就能查詢到汽車在整體行使過程中的各項數據參數，包括對汽車故障異常的分析數據，駕駛過程的環境、路況分析，都可以及時的提供最全面完成的監測數據。

圖3 汽車電子監測系統整體功能流程圖Fig.3 The function chart of automobile electronic monitoring system

4 結束語

在智能交通系統（ITS）的綜合管理指揮下，為我國的交通安全提供了一定幫助，但是并不能從根本上改善汽車交通安全問題。于是在ITS系統的基礎上，開始了對汽車電子監測技術的研究，對于提高汽車行使安全具有重要意義。同時整個汽車電子監測系統，是由相對獨立的不同模塊組成的，更便于模塊化結構功能的實現，也能夠對各個模塊進行新內容的優化發展，利于進行系統的后期維護更新。

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Automotive electronic monitoring technology based on the design of ITS

ZHANG Hai-bo
（Nanchong Professional Technic College, Nanchong 637000, China）

In order to solve the dramatic increase in the number of cars brought traffic safety issues, the establishment of intelligent transportation systems, namely ITS, to improve vehicle traffic safety is important. Meanwhile, in order to further realize the car traffic safety control management from the fundamental technology, began to study automotive electronic monitoring technology. Thesis analyzes the Intelligent Transportation Systems (ITS) function, role, and explain the definition of automotive electronic monitoring technology and key technology, and finally focuses on the design of automotive electronic monitoring technology based on ITS, mainly composed from various functional modules for analysis, a common component of the monitoring system.

ITS; cars; electronic monitoring technology; design

[TN98]

A

1674-6236(2014)14-0092-03

2014-02-14 稿件編號：201402045

張海波（1977—）,男,四川南充人，碩士，講師。研究方向:電子技術、電氣工程。