智能車輛系統發展概述

李明軒　張加特　雷超帆

摘 要：介紹智能車輛系統的研究內容、研究與應用現狀。智能車輛的使用可以改善道路安全狀況，提高道路的利用率。智能車輛的行駛環境是很復雜的，為了得到一個可靠的決策，必須利用道路信息，其他車輛和目標的位置和動態信息和司機的狀態信息等多源信息。智能車輛研究涉及的關鍵技術主要包括傳感器技術、機器視角、GPS 技術、通訊技術和數據融合技術等，尤其是數據融合技術中的多目標跟蹤與匹配以及基于卡爾曼濾波器的狀態估計技術等。

關鍵詞：智能車輛；傳感器；數據融合

作為智能交通系統（ ITS： Intelligent TransportationSystem） 的一個重要組成部分，智能車輛系統（ IV：Intelligent Vehicles） 利用傳感器技術、信號處理技術、通訊技術、計算機技術等，辨識車輛所處的環境和狀態，并根據各傳感器所得到的信息作出分析和判斷，或者給司機發出勸告和報警信息，提請司機注意規避危險； 或者在緊急情況下，幫助司機操作車輛（即輔助駕駛系統） ，防止事故的發生，使車輛進入一個安全的狀態； 或者代替司機的操作，實現車輛運行的自動化。

1 智能車輛的研究內容

智能車輛系統的研究內容主要包括3 個部分，即為司機提供勸告或預警信號的系統，如車輛碰撞預警系統等； 在一定的條件下對車輛實施控制的系統，如輔助駕駛系統或緊急情況下的干預如碰撞規避系統等； 車輛的全控操作即車輛的自動化，如車輛在自動高速公路上的自動駕駛等。

1.1 碰撞預警和司機勸告系統

碰撞預警和司機勸告系統利用安裝于車上的各種傳感器，實時監測車輛周圍的行駛環境，并對得到的信息進行分析處理，當發現有危及本車行車安全的行為或狀態時，及時發出報警或勸告信號，提醒本車司機及時處理。報警系統一般包括追尾碰撞報警、盲區報警、離道報警、變道或合道報警、交叉道口碰撞報警、行人檢測與報警、后碰撞報警以及司機狀態監測與報警等不同組成部分，其目的就是檢測到有任何一種危險時，在司機的有效安全反應時間內，提醒司機注意或采取措施，防止有損車輛安全的事件發生。

1.2 車輛輔助駕駛系統

輔助駕駛系統是在一定的條件下，對車輛實施自動控制的智能系統。當碰撞預警系統檢測到有碰撞危險，向司機多次發出報警或勸告信息，司機都未能及時對報警信號進行處理，危險程度越來越高時，碰撞規避系統接管對車輛的控制，通過制動、駕駛、油門調節等機動措施，使車輛恢復到一個安全狀態。輔助駕駛系統包括自適應巡行控制系統（ACC： AdaptiveCruise Control） ，車道保持系統和安全停車系統等。1.3 車輛自動化系統

為了減輕司機的勞動強度，避免長時間枯燥地重復某一動作，發展了各種類型的車輛自動控制系統，用以完全取代人的操作，如在交通擁擠的場合，車輛基本上處于運行和停止兩種狀態之間，司機不斷地重復著同一動作，在這種情況下，低速自動化（LSA：low speed automation） 可以代替司機的操作，從事這種單一、枯燥操作。小間距車列（platoon） 系統（或稱為車群系統） ，利用車與車間的通訊系統，及時將前車當前的運行狀態、下一步要采取的措施、目的地等信息告訴后車，后車根據前車的狀態和動作，及時調整運行策略，始終與前車保持一個較小的安全車距。車列系統內各車的間距可以小到幾米或十幾米，因而，它可以大大提高道路的通行能力和道路的利用率。利用GPS 和數字地圖等組成的電子導航系統，可以控制車輛在隔離或封閉區域如公交車道、貨場等區域內自動運行。

2 智能車輛的研究與應用現狀

2.1 碰撞報警系統

全世界每年因為車輛碰撞所造成的財產損失以千億計，人員死亡約百萬人，而70 %～90 %的交通事故是人為因素造成的，其中56 %是司機識別錯誤引起的。因此，利用各種傳感器技術，提高對環境的辨識能力，是減少交通事故的一個有力措施。美國、日本和歐洲的眾多汽車廠家和研究機構，利用安裝于車上的各種傳感器如毫米波雷達、激光雷達、機器視角及超聲傳感器等，制成了各種報警系統的樣機，并進行了各種試驗，這些系統能隨時給司機發出各種報警和勸告信息。由于交通環境的復雜性，虛警和可靠性問題是一直困繞碰撞報警（CW：Collision Warning） 系統應用的一個重要原因，如基于雷達的CW系統一般不易區分前面正在變道的車輛和正在轉彎的車輛，基于機器視角的CW系統往往不能精確確定目標的位置等。最小的虛警率、最大的可靠性、盡量低的價格等要求，使得CW系統在一般車輛上的應用進展緩慢。

2.2 輔助駕駛系統

在某種意義上可以認為，碰撞報警系統與車輛控制系統組成了輔助駕駛系統。如防追尾碰撞系統就涉及車輛追尾碰撞報警，車輛的縱向控制（減速或制動） 和橫向控制（變道行駛，彎道行駛） 等。高級的輔助駕駛系統就是自適應巡行控制（ACC） ，本田、尼桑和豐田已開發了相應的系統涉及車道定位、間距控制、自動制動、障礙物報警及打瞌睡報警等安全子系統。歐洲則致力于司機狀態檢測、道路條件測量、圖像加強（增強） 以及傳感器融合等。實際運行表明，ACC 可以降低司機的疲勞度，提高燃料的利用率?，F在的ACC 系統適合于高速公路系統，正在研制的下一代將會支持交通擁擠狀況下的停止運行工作方式。

根據道路情況，自動調整車輛速度是提高安全性的又一種手段。這種系統利用路邊的通訊設施或衛星定位系統以及包含特定路段限速信息的在線地圖，要求或控制車輛在不同路段，以不同的最大車速運行。荷蘭、英國、韓國以及瑞典等國建立了類似的試驗系統，試驗表明，采用這種系統后事故降低了約20 %。

2.3 車輛的自動化操作

車輛的全自動操作具有行駛安全、便于形成高效率的交通流、方便司機、提高道路利用率等特點，這種系統在20 世紀90 年代已有樣機展示。如美國的NvLabO5 系統，德國的VaMoRsOP 和Caravelle 系統等。

智能車輛系統是一個高技術密集，各學科交錯的領域，涉及到傳感器技術、信號處理技術、通信技術、計算機技術、系統工程技術等高新技術。美國、日本、歐盟等發達國家對智能車輛系統的研究給予了足夠的重視，投入了大量的人力、物力和財力，可以預見智能車輛系統在未來的幾年內會有一個持續穩定的研究和開發過程。我國在智能車輛系統的研究領域與國外有一定的差距，而智能車輛系統的研究會促進汽車工業及其他相關產業的發展，其中蘊涵著巨大的市場潛力。因此，我們應在政府的有效組織下，聯合有關的研究機構、汽車廠商、高等院校等，發揮各自的優勢，爭取在智能車輛系統領域縮小與國際先進水平的差距，盡早開發這一潛在的巨大市場。